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Ethernet à paire unique – HARTING T1 Industrial

La connectivité T1 facilite la mise en place de réseaux Ethernet à moindre coût – et elle peut être utilisée des systèmes cloud aux capteurs les plus petits

Une paire unique de fils suffit - Let's twist !

Tw1ster, notre petit géant, assure la transmission de données et l'alimentation électrique avec une paire de fils en des points jusqu'alors inaccessibles, défiant ainsi les systèmes de bus traditionnels.  HARTING s'appuie sur une alliance d'organismes de recherche, de l'industrie et de normalisation pour les réseaux Ethernet à paires uniques. En tant que membre de cette alliance, les organismes de normalisation internationaux ont réalisés un processus de sélection en plusieurs étapes qui s'est soldé par l'adoption de la face d'accouplement SPE du HARTING Technology Group. Ceci permet également aux concepteurs de nouveaux appareils ou de technologies de capteurs ou d'actionneurs de bénéficier d'une assurance pour la planification, leur permettant de démarrer activement l'implémentation du système SPE dans les technologies de leurs différents appareils.

Tw1ster, avec sa transmission Ethernet à paire unique, n'est pas seulement un héros visionnaire, mais a aussi donné son nom à la norme industrielle IEC 63171-6 (auparavant IEC 61076-3-125). Au termes d'un processus de sélection en plusieurs étapes, l'organisme internationale de normalisation, la CEI , a désigné le HARTING T1 Industrial comme la futur face d'accouplement Ethernet standard à paire unique pour les applications industrielles. Nous félicitons notre héros et poursuivront notre travail pour assurer qu'il reste la référence pour cette norme industrielle à l'avenir.

Brillant ! Tw1ster est désormais standardisé en répondant à la norme IEC 63171-6

L'évolution vers des appareils à la fois de plus en plus petits et toujours plus puissant dans le monde de l'informatique est bien connue. Aujourd'hui, cette tendance se retrouve également dans d'autres pans de l'activité économique. Malgré des vitesses de transmission de données plus élevées avec la transmission parallèle d'énergie électrique (alimentation à distance), la taille et le poids des composants doivent être systématiquement réduits. Sur la base des nouvelles normes en matière de transmission conformes à IEEE 802.3, la nouvelle technologie Ethernet SPE vient tout juste d'être intégrée dans les nouvelles générations de véhicules automobiles pour y remplacer les systèmes CAN et d'autres. Dans un avenir proche, les commandes, la communication et les fonctions de sécurité fonctionneront de façon uniforme dans les réseaux Ethernet. Ceci est un prérequis élémentaire à la conduite connectée puis, dans un futur plus éloigné, à la conduite autonome.

La technologie SPE permet désormais la transmission de données par réseau Ethernet avec seulement deux conducteurs tout en permettant simultanément l'alimentation électrique des périphériques en bout de ligne via PoDL – Power over Data Line. Jusqu'à présent, les liaisons Fast Ethernet (100MB) nécessitaient deux paires de conducteurs et les liaisons Gigabit Ethernet quatre paires pour ce faire. Il serait également utile d'utiliser ces avantages dans le domaine de l'automatisation industrielle. SPE permet le raccordement sans barrières d'équipements, de systèmes de capteurs/actionneurs et bien d'autres appareils via une communication IP de bout en bout jusqu'au niveau du terrain. En permettant l'intégration d'interfaces Ethernet dans de simples capteurs simple, des lecteurs/appareils ID ou d'autres équipements similaires, il devient possible de mettre en place des solutions de l'industrie intégrée et de IIdO.

Connecteurs HARTING T1 Industrial et prises d'appareils

Le système SPE présente un avantage décisif comparé aux systèmes de bus ou d'autres interfaces similaires courant/tension, comme on en trouve encore aujourd'hui sur le terrain tous les jours.  Celui-ci confère aux dispositifs de terrain  une intelligence et simplifie le paramétrage, l'initialisation et la programmation. L'installation, l'exploitation et la maintenance des équipements gagnent en efficacité et cela à moindre coût. Les systèmes SPE intégrés dans les machines, les robots ou les technologies ferroviaires contribuent également à réduite le poids et l'espace nécessaire. L'ensemble du câblage est facilité et aussi considérablement plus rapide à installer.

Compatibilité de bout en bout des appareils, des câbles et des connecteurs

La compatibilité de bout en bout des appareils, des câbles et des connecteurs est un préalable à l'utilisation généralisée et, ainsi, à la réussite commerciale de la technologie SPE. Ceci est assuré par la normalisation internationale (ISO/IEC et IEEE 802.3).  Au début de l'année 2018, un processus de sélection a été mis en oeuvre au niveau international par l'ISO/IEC pour le câblage et la sélection d'une face d'accouplement SPE standardisée, auquel plus de 20 organisations d'experts internationaux ont participées. Deux faces d'accouplement ont été retenues au terme de ce processus de sélection :

Avec le système SPE et une interface miniaturisée, HARTING ouvre la voie à des solutions nouvelles dans le domaine de l'automatisation
  • Pour la conception du câblage, la face d'accouplement conforme à l'IEC 63171-1 : cette face d'accouplement repose sur la proposition de la société CommScope, connue également sous le nom de variant 1 (type LC) pour les environnements M1I1C1E1
  • La face d'accouplement conforme à la spécification IEC 63171-6 (auparavant IEC 61076-3-125) pour les applications industrielles et les applications connexes à l'industrie : Cette face d'accouplement repose sur une proposition de HARTING, spécialement conçue pour être utilisée dans des conditions ambiantes pouvant aller jusqu'à M3I3C3E3, et connue comme variante 2 (type industriel). Cette conception de connecteur SPE  est capable de gérer à la fois 1Gbp/s pour les distances plus courtes et 10Mbp/s pour les distances plus longues. Le système dispose de faces d'accouplement interconnectables les unes avec les autres.

MICE (mechanical, ingress, climatic, electromagnetic) décrit les conditions ambiantes des installations. Ainsi, il fournit aux concepteurs et aux utilisateurs de précieuses informations concernant les spécifications des équipements techniques et des câblages. Dans ce contexte, les exigences fondamentales en termes de robustesse mécanique (M), d'indice de protection IPxx (I), de résistances chimique et climatique (C) et la sécurité électromagnétique (E) sont décrites. M1I1C1E1  décrit un environnement que l'on peut retrouver dans un immeuble de bureau, alors que M3I3C3E3 décrit les environnements extrêmes (en milieu industriel ou à l'extérieur).

Pour HARTING, la technologie SPE un enjeu technologique et le point de départ de nombreux développements de produits nouveaux

Pour l'utilisateur toutefois, la technologie SPE n'est pas seulement une opportunité mais aussi un défi. La nouvelle technologie est-elle aussi sûre que la solution existante ? La technologie SPE peut-elle également être utilisée dans les processus automatisés avec des lignes d'une longueur de 1 000m ? Quelle est la puissance que l'appareil terminal peut supporter ? Quand est-ce que les connecteurs et les câbles SPE seront-ils disponibles et normalisés de façon adaptée ? HARTING prend ces questions très aux sérieux et a décidé d'y répondre dans le cadre d'un partenariat technologique.

Le programme WIPANO ("Knowledge and Technology Transfer through Patents and Standards") est une initiative du Ministère Fédéral Allemand de l'Économie et de l'Énergie et doit contribuer à atteindre cet objectif. HARTING, l'Université de Reutlingen et LEONI coopèrent dans le cadre d'un projet conjoint intitulé NG200 pour trouver des solutions à des problèmes SPE urgents tout en intégrant simultanément leurs résultats dans le processus de normalisation internationale. Récemment, avec la norme IEC 63171-6, un pas important a été fait vers la spécification du câblage en réduisant le poids et l'espace requis d'une face d'accouplement à paire unique compatible avec les exigences industrielles.

Un travail continu a été réalisé dans le cadre de la norme  IEC 61156-xx sur les câbles SPE et dans les normes ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 et l'IEC SC 65/JWG 10 sur les normes de câblage associées ISO/IEC 11801 et IEC 61918 avec la mise en place de lignes directrices et de valeurs limites pour SPE. L'une des prochaines étape, dans le cadre du projet conjoint, se penchera sur la question de savoir où se situent les limites techniques d'un canal de transmission SPE. À partir de 2019, les utilisateurs des systèmes SPE pourront non seulement accéder à des produits, mais aussi à des normes et de lignes directrices validées pour l'installation et le contrôle des composants. Le partenariat technologique de HARTING apporte son soutien aux clients lors de l'implémentation des systèmes SPE fournissant ainsi un réel avantage compétitif. Sur la base de cette face d'accouplement, HARTING prépare une gamme complète de produits pour l'industrie.

Consultez l'article technique consacré au  T1 Industrial® ici.

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.