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Single Pair Ethernet - HARTING T1 Industrial

La tecnologia di connessione T1 rende semplice e redditizio l'impiego di Ethernet, dalle applicazioni su cloud al più piccolo dei sensori

Una coppia di conduttori è sufficiente - ritorto è meglio!

Tw1ster, il nostro piccolo gigante con tecnologia a doppino ritorto, trasporta dati e alimentazione dove prima non era possibile, rivoluzionando il tradizionale sistema bus.  Per il doppino semplice Ethernet HARTING fa affidamento sulle sinergie che scaturiscono da ricerca, industria e standardizzazione. Nell'ambito di queste sinergie, i comitati internazionali per la standardizzazione hanno attuato un processo di selezione multistadio conclusosi a favore del connettore SPE di HARTING Technology Group. Questo garantisce sicurezza ai progettisti di nuove apparecchiature o sensori/attuatori, consentendo loro di dare inizio all'implementazione dello SPE nella tecnologia impiegata nei propri dispositivi.

Tw1ster non solo precorre i tempi futuri con la trasmissione Ethernet a doppino semplice, ma è stato anche omologato in conformità alla norma IEC 63171-6 (già IEC 61076-3-125). Infatti, dopo un processo di selezione multistadio, la commissione elettrotecnica internazionale (IEC) ha eletto HARTING T1 Industrial il connettore del futuro nel campo delle connessioni Ethernet a doppino semplice per le applicazioni industriali. Facciamo i complimenti al nostro eroe e continueremo a lavorare per garantire che rimanga lo standard industriale anche negli anni a venire.

Fantastico! Tw1ster adesso è omologato in conformità alla norma IEC 63171-6

La tendenza del settore IT a produrre dispositivi e apparecchiature sempre più piccole ed efficienti è oramai un dato di fatto e si sta espandendo anche in altri comparti commerciali. Nonostante velocità di trasferimento dati più elevate e la parallela trasmissione di alimentazione (alimentazione remota), i componenti di cablaggio devono diventare più piccoli e pesare di meno. La nuova tecnologia Ethernet a doppino semplice SPE, basata su standard di trasmissione conformi alla norma IEEE 802.3, viene attualmente adottata nelle nuove generazioni di automobili al posto del CAN e di altri sistemi bus. In futuro i controlli, le funzioni di comunicazione e quelle di sicurezza saranno gestite in maniera uniforme tramite Ethernet, un requisito fondamentale, ad esempio, per la guida in rete o autonoma.

SPE consente oggi di trasmettere dati via Ethernet tramite una sola coppia di fili, fornendo al contempo l'alimentazione agli apparecchi terminali mediante PoDL, Power over Data Line. Sino ad oggi a questo scopo erano necessari due coppie di fili per fast Ethernet (100 MB) o quattro per Ethernet Gigabit. Adesso vogliamo sfruttare questi vantaggi anche nell'automazione industriale. Qui SPE consente di collegare senza barriere equipaggiamento, sensori/attuatori e molto altro ancora attraverso la comunicazione end-to-end su base IP fin sul campo. Integrando le interfacce Ethernet in semplici sensori, videocamere, dispositivi di lettura / identificazione e simili, diventa così possibile realizzare la Integrated Industry e IIoT.

Connettore HARTING T1 Industrial IP e presa femmina

SPE fornisce un vantaggio decisivo se confrontato con i sistemi bus o le interfacce corrente/tensione analogiche che ancora oggi si trovano nelle applicazioni sul campo. Questo rende "smart" il livello di tecnologia sul  campo e semplifica l'impostazione di parametri, l'inizializzazione e la programmazione. L'installazione, l'esercizio e la manutenzione delle apparecchiature diventano più efficienti e più economici. Applicato alle macchine, ai robot e all'industria ferroviaria, SPE consente un ulteriore guadagno in termini di spazio e peso. L'intero cablaggio risulta più semplice e sensibilmente più veloce da installare.

Compatibilità a 360 gradi di apparecchiature, cavi e connettori

La completa compatibilità di apparecchiature, cavi e connettori è il presupposto per l'utilizzo diffuso della tecnologia SPE e di conseguenza per il successo della sua commercializzazione. Questo viene garantito dalla standardizzazione internazionale (ISO/IEC e IEEE 802.3).  All'inizio del 2018 ha avuto luogo un processo di selezione, tramite ISO/IEC, per il cablaggio e la scelta delle tipologie di lato inserzione al quale hanno preso parte oltre 20 gruppi di esperti. Al termine della selezione, due sono state le tipologie di lato inserzione che si sono imposte:

Grazie alla tecnologia SPE e alle interfacce miniaturizzate, HARTING apre scenari completamente nuovi nel campo dell'automazione
  • per i cablaggi nell'edilizia il lato di inserzione conforme alla norma IEC 63171-1, basato sulla proposta di CommScope e noto con il sinonimo di variante 1 (tipologia LC) per ambienti M1I1C1E1
  • per le applicazioni industriali e quelle annesse all'industria il lato inserzione conforme alla norma IEC 61076-6 (già 61076-3-125), basato su una proposta di HARTING e progettato appositamente per l'utilizzo in condizioni ambientali fino alla classe M3I3C3E3 (tipologia industriale). Questa tipologia di connettore SPE è in grado di trasmettere sia a 1 Gbps sulle distanze brevi che a 10 Mbps sulle distanze lunghe e dispone di lati inserzione compatibili fra loro.

L'acronimo MICE (meccaniche, grado IP, climatiche, elettromagnetiche) descrive le condizioni ambientali per le installazioni e fornisce ai progettisti e agli utenti informazioni preziose sulle specifiche relative all'equipaggiamento tecnico e al cablaggio. Vengono descritti requisiti fondamentali quali la resistenza meccanica (M), il grado IPxx (I), la resistenza agli agenti chimici ed atmosferici (C) e la sicurezza elettromagnetica (E). In generale  M1I1C1E1  descrive un ambiente come quelli che si trovano negli edifici adibiti ad uffici, mentre M3I3C3E3 descrive un ambiente estremo, come ad es. nell'industria o in ambienti esterni.

Per HARTING SPE è una tecnologia di punta e il trampolino di lancio per lo sviluppo di numerosi nuovi prodotti

Per l'utente, tuttavia, SPE rappresenta non solo un'opportunità, ma anche una sfida. La nuova tecnologia è altrettanto sicura quanto la precedente? SPE può essere impiegata nell'automazione di processo, con cavi lunghi fino a 1000 m? Quanta potenza può assorbire l'apparecchio terminale? Quando saranno disponibili i connettori e i cavi SPE e saranno sufficientemente standardizzati? HARTING prende sul serio questi interrogativi e ha deciso di dar loro una risposta nell'ambito di una partnership tecnologica.

Il programma WIPANO ("Trasferimento di conoscenza e tecnologia tramite brevetti e norme") è un'iniziativa del Ministero Federale degli Affari Economici e dell'Energia è stato pensato come aiuto per raggiungere questo obiettivo. HARTING, l'università di Reutlingen e LEONI stanno lavorando, all'interno del progetto congiunto NG200, a questioni pressanti inerenti lo SPE, integrando al contempo i risultati nel processo di standardizzazione internazionale. Di recente, con la norma IEC 63171-6 è stato compiuto un passo importante verso la specifica di cablaggi a peso e ingombro ridotto per lati di inserzione a doppino semplice idonei all'industria.

Inoltre si continua a lavorare nella  IEC 61156-xx sui cavi SPE e nella ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 e IEC SC 65/JWG 10 sulle relative norme di cablaggio ISO/IEC 11801 e IEC 61918, con linee guida per l'installazione e valori soglia per la tecnologia SPE. In una fase successiva, sempre nell'ambito del progetto congiunto, si analizzerà la questione legata all'individuazione dei limiti tecnici dei canali di trasmissione SPE. A partire dal 2019 gli utenti SPE non solo avranno a disposizione i prodotti, ma anche norme e linee guida per installare e testare i componenti. La partnership tecnologica di HARTING sostiene i clienti nella realizzazione dello SPE e fornisce quindi effettivi vantaggi in termini di concorrenza. Sulla base di questa tipologia di lato di inserzione HARTING sta preparando una vasta gamma di prodotti per l'industria.

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Single Pair Ethernet - FAQ

Was ist Single Pair Ethernet?

Single Pair Ethernet (SPE) ermöglicht erstmals kosteneffektiv die Nutzung von Ethernet in der gesamten industriellen Automatisierung. Single Pair Ethernet übertragt mit nur einem Adernpaar Daten mit Geschwindigkeiten bis zu 1GBit/s. Damit ist SPE perfekt gemacht für industrielle Anwendungen im Zeitalter von Industrie 4.0 und IIoT. Detaillierte Informationen zu Single Pair Ethernet bietet das kostenlose eBook Single Pair Ethernet.

Welche Vorteile hat Single Pair Ethernet im Gegensatz zu bisherigem Ethernet?

Bisheriges Ethernet benötig zwei oder vier Adernpaare. SPE hingegen nur noch eins. Das bedeutet die Einsparung von Kosten, Gewicht und erschließt durch geringere Größe neue Geräte und damit die industrielle Feldebene. SPE schafft damit die Grundlage für das IIoT.

Welche Standards für Single Pair Ethernet Stecker haben sich durchgesetzt?

2018 gab es einen internationalen Auswahlprozess durch die Gremien ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 und TIA 42 zur Festlegung einheitlicher SPE-Schnittstellen. Im Ergebnis dieser Wahl von über 20 Gremien haben sich zwei Steckgesichter durchgesetzt:

  • für die Gebäudeverkabelung (M1I1C1E1) das Steckgesicht nach IEC 63171-1: Firma CommScope;
  • für die Industrie und industrienahe Anwendungen (M2I2C2E2 und M3I3C3E3) das Steckgesicht nach IEC 63171-6 (bisher IEC 61076-3-125): Harting T1 Industrial.

Damit besteht global große Einigkeit über die SPE-Schnittstellen.

Kann mittels Single Pair Ethernet auch Leistung/Power übertragen werden?

Für die neuen SPE Übertragungsstandards ist auch die Leistungsübertragung genormt. Unter dem Namen PoDL-Power over Data Line können effektiv bis zu 50W Leistung eingespeist werden.

Welche Datenrate kann über Single Pair Ethernet übertragen werden?

Die heute bereits zur Verfügung stehende Ethernet Technologie nach IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 liefert 1GBit/s Übertragungsgeschwindigkeit über nur ein Adernpaar Kupferverkabelung. Aktuell wird bei IEEE an einem weiteren Standard für noch höhere Datenraten bis 10Gbit/s (IEEE 802.3ch) gearbeitet, der für hochauflösende Sensoren und Videoübertragungen benötigt wird. Außerdem wird ein Standard für nur 10Mbit/s (IEEE 802.3cg) erstellt. Dieser Standard erlaubt Übertragungsstrecken bis 1.000 m und kann damit nahezu alle Feldbusse ersetzen.

Woher kommt die Single Pair Ethernet Technologie?

Ausgangspunkt für die Entwicklung von SPE ist der BroadR-Reach Standard, der von der Broadcom Corporation entwickelt wurde. Nachdem die Automobilindustrie auf der Suche nach einem Nachfolger für den CAN-Bus dieses neue TCP/IP basierte Übertragungsverfahren identifiziert hatte, wurde der erste SPE-Standard von der IEEE 802.3 als Standard 100BASE-T1 in IEEE 802.3bw-2015 Clause 96 veröffentlicht. Nun wird SPE auf die Anforderungen der Industrie angepasst.

Bietet Single Pair Ethernet Vorteile in der Automatisierung?

Mit durchgängig normierter SPE Infrastruktur kann Ethernet erstmalig sinnvoll von der Cloud bis in die Sensor-Aktornetzwerke der Feldebene vordringen. Damit werden Medienbrüche vermieden und eine einheitliche Kommunikationsbasis geschaffen. Die Realisierung des IIoT.

Welche Standards gibt es für Single Pair Ethernet-Steckverbinder?

Folgende Normenprojekte für SPE Steckverbinder sind derzeit in Arbeit:

  • IEC 63171 – Basisnorm mit allen notwendigen Spezifikationen und Prüfsequenzen (CD in Vorbereitung)
  • IEC 63171-1 – SPE Steckverbinder der Firma CommScope auf Basis der LC Verriegelung für M1I1C1E1 Anwendungen (CDV verfügbar)
  • IEC 63171-2 – SPE Steckverbinder der Firma Reichle & De-Massari für M1I1C1E1 Anwendungen (CD verfügbar)
  • IEC 63171-3 – SPE Steckverbinder der Siemon basierend auf einem Paar des bekannten Tera Steckverbinders für M1I1C1E1 Anwendungen (NP verfügbar)
  • IEC 63171-4 – SPE Steckverbinder der Firma BKS für M1I1C1E1 Anwendungen (NP verfügbar)
  • IEC 63171-5 – SPE Steckverbinder der Firma Phoenix Contact basierend dem IEC 63171-2 Steckgesicht für M2I2C2E2 und M3I3C3E3 Anwendungen (CD verfügbar)
  • IEC 63171-6 (bisher IEC 61076-3-125) – SPE Steckverbinder der Firmen HARTING und TE Connectivity für M2I2C2E2 und M3I3C3E3 Anwendungen (CDV verfügbar, FDIS in Vorbereitung und finale Veröffentlichung 2019)

Was sind die Vorteile von Single Pair Ethernet für die Automatisierung?

SPE ermöglicht in der Automatisierung die Anbindung der Feldebene mit Gbit/s Ethernet. Damit werden Medienbrüche überflüssig und jeder Sensor wird mit TSN echtzeitfähig.

Was sind die Vorteile von SPE in Bahnanwendungen?

SPE Kabel wiegen pro 100 Meter etwa 1,6 kg weniger als Standard Ethernet-Kabel. Mit dieser Gewichtseinsparung kann ein Bahnbetreiber über einen Lebenszyklus etwa 14.000 Euro Betriebskosten einsparen.

Bietet Single Pair Ethernet Vorteile in der Robotik?

SPE Kabel sind mit nur noch einem Adernpaar deutlich dünner und damit flexibler als Standard Ethernet-Kabel. Je dünner das Kabel ist, desto mehr Biege,- und Torsionszyklen widersteht es. Das bedeutet im Ergebnis eine längere Lebensdauer und Kostenersparnis. Damit ist SPE die ideale Verkabelung für zukünftige Robotikanwendungen.

Kann man Single Pair Ethernet über bestehende Netzwerkkabel übertragen?

Das sogenannte Cable Sharing, also die Übertragung von SPE über vierpaarige Ethernetkabel ist theoretisch möglich aber nicht sinnvoll. Die Übertragungslänge für 1GBit SPE ist momentan noch auf 40 Meter beschränkt. Für eine sichere Übertragung müsste das Kabel einen Cat.7 Standard erfüllen. Dies ist sehr selten der Fall. SPE ist sinnvoller als Ergänzung zu Standard Ethernet und als Ersatz für Feldbusse zu sehen.

Für welche Anwendungen macht Single Pair Ethernet Sinn?

Durch sehr kleine Gerätebuchsen ist SPE die ideale Technologie für moderne Kamerasensoren in industriellen Anwendungen. Sie benötigen hohe Datenraten über eine kleine und robuste Schnittstelle. Diese Anforderungen erfüllt unser HARTING T1 Industrial nach IEC 63171-6.