Products & Solutions

Single Pair Ethernet – HARTING T1 Industrial

Dankzij T1-connectiviteit is het ethernet gemakkelijk en betaalbaar – en kan het worden gebruikt van de cloud tot de kleinste sensor

Een paar draden is voldoende – we draaien er niet omheen!

Ons reusje Tw1ster brengt data en vermogen in één paar draden naar eerder onbereikbare locaties en daagt zo bestaande bussystemen uit. HARTING rekent op een alliantie van onderzoek, industrie en standaardisering voor het Single Pair Ethernet. Als lid van deze alliantie hebben internationale standaardiseringscommissies een meerfasig selectieproces afgerond ten gunste van het SPE-aansluitvlak van de HARTING Technology Group. Dit verzekert ook de planning van de beveiliging door ontwerpers van nieuwe apparaten of sensor/actuator-technologie, waardoor ze actief van start kunnen gaan met de implementatie van SPE in de betreffende apparaattechnologie.

Tw1ster beschikt met zijn Single Pair Ethernet-transmissie niet alleen over de visie van een superheld, maar kan ook een industriestandaard IEC 63171-6 (voorheen IEC 61076-3-125) op zijn naam schrijven. Na een meerfasig selectieproces heeft de IEC, de internationale organisatie voor standaarden, HARTING T1 Industrial gekozen als de toekomst op het gebied van aansluitvlakken voor industriële toepassingen voor Single Pair Ethernet. Wij feliciteren onze held en blijven eraan werken dat deze in de toekomst de industriestandaard blijft.

Fantastisch! Tw1ster is nu gestandaardiseerd volgens IEC 63171-6

De ontwikkeling in de IT-wereld in de richting van steeds kleinere en efficiëntere apparaten is bekend. Toch speelt deze trend ook in andere bedrijfstakken. Ondanks hogere transmissiesnelheden en parallelle transmissie van vermogen (voeding op afstand) dienen bekabelingscomponenten nog kleiner en lichter te zijn. Op basis van transmissiestandaarden volgens IEEE 802.3 werd de nieuwe Single Pair Ethernet-technology SPE onlangs geïntegreerd in nieuwe generaties motorvoertuigen en vervangt deze daar CAN- en andere bussystemen. Regelingen, communicatie en veiligheidsfuncties zullen in de toekomst uniform via het ethernet werken. Dit is een basisvoorwaarde voor rijden met netwerkkoppelingen en later ook voor autonoom rijden.

What is Single Pair Ethernet

SPE maakt nu de datatransmissie via het ethernet mogelijk met gebruik van slechts twee draden en de gelijktijdige voeding voor klemmen via PoDL – Power over Data Line. Tot dusver waren er twee dubbele draden voor Fast Ethernet (100 Mb) of vier dubbele draden voor Gigabit of Ethernet nodig om dit te bereiken. Het zou ook mooi zijn om deze voordelen in de industriële automatisering te gebruiken. SPE staat de barrièrevrije verbinding van apparatuur, sensor/actuatortechnologie en nog veel meer toe via  end-to-end IP-gebaseerde communicatie tot op veldniveau. Dankzij de mogelijkheid om ethernetinterfaces in simpele sensoren, camera's, lees-/ID-apparaten of vergelijkbare apparatuur te integreren, kunnen we geïntegreerde industrie en IIoT implementeren.

HARTING T1 Industrial IP-connectoren en apparaatcontacten

SPE biedt een doorslaggevend voordeel vergeleken met bussystemen of analoge stroom-/spanningsinterfaces, zoals er vandaag de dag nog in het veld bestaan.  Daardoor worden het veldniveau  smart en de parameterinstelling, initialisering en programmering vereenvoudigd. Set-up, bediening en onderhoud van apparatuur wordt efficiënter en betaalbaarder. SPE in machines, robots en in spoorwegtechnologie helpt ook om gewicht en ruimte te besparen. De complete bedrading kan eenvoudiger en aanzienlijk sneller worden geïnstalleerd.

Consequente compatibiliteit van apparaten, kabels en connectoren

De voorwaarde voor grootschalig gebruik en succesvolle marketing van SPE-technologie is de consequente compatibiliteit van apparaten, kabels en connectoren. Dit wordt verzekerd door de internationale standaardisering (ISO/IEC en IEEE 802.3).  Begin 2018 organiseerde ISO/IEC een internationaal selectieproces voor de bekabeling en de selectie van een gestandaardiseerd SPE-aansluitvlak, waaraan meer dan 20 internationale commissies van deskundigen deelnamen. Twee connectorvlakken kwamen uit dit selectieproces als voorkeursoptie uit de bus:

Met SPE en een geminiaturiseerde interface introduceert HARTING volledig nieuwe mogelijkheden in de automatisering
  • Voor gebouwenbekabeling is er het aansluitvlak volgens IEC 63171-1: dit aansluitvlak is gebaseerd op het voorstel van het bedrijf CommScope en staat bekend onder het synoniem Variant 1 (LC style) voor M1I1C1E1-omgevingen
  • Het aansluitvlak volgens IEC 63171-6 (voorheen IEC 61076-3-125) voor industriële en aan de industrie verwante toepassingen: dit aansluitvlak dat is gebaseerd op het voorstel van HARTING, is speciaal ontworpen voor gebruik onder omgevingsomstandigheden tot en met M3I3C3E3 en staat bekend als Variant 2 (industriële stijl). Dit SPE-connector-design kan 1 GBit/sec bereiken voor kortere afstanden en 10 Mbit/sec voor langere afstanden. Dit heeft aansluitvlakken die compatibel kunnen worden ingestoken.

MICE (mechanisch, toegang, klimatologisch, elektromagnetisch) beschrijft de omgevingsomstandigheden voor installaties. Het biedt ontwerpers en gebruikers dan ook waardevolle informatie over de specificaties van technische apparatuur en bekabeling/bedrading. Als onderdeel hiervan worden de essentiële vereisten voor mechanische robuustheid (M), IPxx-graad (I), chemische en klimatologische bestendigheid (C) en elektromagnetische veiligheid (E) beschreven.  M1I1C1E1  beschrijft een omgeving die u aantreft in een kantoorgebouw en M3I3C3E3 duidt op een zeer extreme (buitenruimte of industriële) omgeving.

Voor HARTING is SPE een technologisch thema en het uitgangspunt voor vele nieuwe productontwikkelingen

Voor de gebruiker is SPE niet alleen een kans maar ook een uitdaging. Is deze nieuwe technologie even veilig als de bestaande oplossing? Kan SPE ook worden gebruikt in de procesautomatisering met kabellengtes van 1000 m? Hoeveel vermogen kan het eindapparaat gebruiken? Wanneer zullen SPE-connectoren en kabels verkrijgbaar zijn en zullen ze dan naar behoren zijn gestandaardiseerd? HARTING neemt deze vragen zeer serieus en heeft besloten om ze te beantwoorden in een technologiepartnerschap.

Het programma WIPANO ("Kennis- en technologieoverdracht door middel van patenten en standaarden") is een initiatief van het Duitse Ministerie van economische zaken en energie dat helpt om dit te bereiken. HARTING, de universiteit van Reutlingen en LEONI werken in het NG200-project samen aan dringende SPE-kwesties en integreren hun resultaten tegelijkertijd in het internationale standaardiseringsproces. Onlangs is met IEC 61076-6 een belangrijke stap gezet voor het specificeren van gewichts- en ruimtebesparende bekabeling voor een single-pair-aansluitvlak dat compatibel is met de industrie.

In  IEC 61156-xx wordt verder gewerkt aan de SPE-kabels en in ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 en IEC SC 65/JWG 10 aan de aanverwante bekabelingsstandaarden ISO/IEC 11801 en IEC 61918 met installatieleidraden en limietwaarden voor SPE. In een latere stap binnen het gezamenlijke project zal de kwestie van de technische limieten van SPE-communicatiekanalen verder worden geadresseerd. Sinds 2019 hebben SPE-gebruikers niet alleen toegang tot producten, maar ook tot geldige standaarden en leidraden voor het installeren en testen van componenten. Het technologiepartnerschap van HARTING ondersteunt klanten, terwijl ze SPE installeren, en levert daardoor echte concurrerende voordelen. Op basis van dit aansluitvlak bereidt HARTING een uitgebreide reeks producten voor de industrie voor.

Lees hier het technisch artikel over  T1 Industrial®.

Single Pair Ethernet - FAQ

Wat is Single Pair Ethernet?

Single Pair Ethernet (SPE) verzekert voor het eerst het rendabele gebruik van het ethernet in elk aspect van de industriële automatisering. Single Pair Ethernet maakt gebruik van één paar draden voor het verzenden van data tot snelheden van 1 GBit/sec. Daardoor is het SPE ideaal voor industriële toepassingen in het tijdperk van Industry 4.0 en IIoT. Dit gratis eBoek, met als titel Single Pair Ethernet, biedt gedetailleerde informatie over het Single Pair Ethernet.

Wat zijn de voordelen van Single Pair Ethernet in vergelijking met het conventionele ethernet?

Voor het conventionele ethernet zijn twee of vier paren draden vereist. Daarmee vergeleken heeft SPE slechts één paar nodig. Dat helpt om kosten en gewicht te verminderen en dankzij zijn kleinere formaat is toegang tot nieuwe apparaten en tot het daaruit voortvloeiende industriële veldniveau mogelijk. Daarom vormt SPE de basis voor IIoT.

Welke standaarden voor Single Pair Ethernet-connectoren hebben de overhand gekregen?

In 2018 hielden de ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3- en TIA 42-commissies een internationaal selectieproces om gestandaardiseerde SPE-interfaces te bepalen. Twee connectorvlakken kwamen voor ruim 20 commissies als voorkeursoptie uit de bus:

  • voor gebouwenbekabeling (M1I1C1E1), het connectorvlak volgens IEC 63171-1: CommScope;
  • voor industriële en aan de industrie verwante toepassingen (M2I2C2E2 en M3I3C3E3), het aansluitvlak volgens IEC 63171-6 (voorheen IEC 61076-3-125): HARTING T1 Industrial®.

Als zodanig bestaat er wereldwijd een significante consensus over SPE-interfaces.

Kan er via het Single Pair Ethernet ook vermogen worden vervoerd?

Voor de nieuwe SPE-transmissiestandaarden is de vermogensoverdracht ook gestandaardiseerd. PoDL, Power over Data Line is het begrip dat wordt gebruikt om de doeltreffende voeding te beschrijven tot en met 50 W.

Welke transmissiesnelheid kan via het Single Pair Ethernet worden verzonden?

De ethernettechnologie die is gebaseerd op IEEE 802.3bp 1000BASE-T1, is vandaag de dag al beschikbaar. Deze heeft een transmissiesnelheid van 1 Gbit/sec via slechts één paar koperdraden. IEEE werkt momenteel aan een vervolgstandaard voor nog hogere transmissiesnelheden tot en met 10 Gbit/sec (IEEE 802.3ch), die zijn vereist voor sensoren met hoge resolutie en videotransmissies. Bovendien wordt er een standaard ontwikkeld voor uitsluitend 10 Mbit/sec (IEEE 802.3cg). Deze standaard maakt transmissieafstanden tot en met 1000 meter mogelijk en kan om die reden vrijwel alle veldbustypes vervangen.

Wat is de herkomst van de Single Pair Ethernet-technologie?

De ontwikkeling van SPE begon met de BroadR-Reach-standaard die werd ontwikkeld door Broadcom Corporation. Nadat de automobielindustrie die een vervanging voor de CAN-bus nodig had, deze nieuwe op TCP/IP gebaseerde transmissiemethode identificeerde, bracht de IEEE 802.3-werkgroep de eerste SPE-standaard uit als standaard 100BASE-T1 in IEEE 802.3bw-2015 clausule 96. SPE wordt nu aangepast aan de vereisten van de industrie.

Biedt het Single Pair Ethernet voordelen voor automatisering?

Met de universeel gestandaardiseerde SPE-infrastructuur is het voor de eerste keer haalbaar om van de cloud via sensor-actuatornetwerken het ethernet op veldniveau te gebruiken. Dit voorkomt onderbrekingen in gegevensverwerking en zorgt voor een uniforme basis voor communicatie. Daardoor is IIoT nu mogelijk.

Welke standaarden zijn er voor Single Pair Ethernet-connectoren?

De volgende standaardiseringsprojecten zijn bepaald voor SPE-connectoren:

  • IEC 63171 – basisstandaard met alle noodzakelijke specificaties en testvolgordes (CD in voorbereiding)
  • IEC 63171-1 – SPE-connectoren van CommScope, gebaseerd op de onderlinge LC-verbinding voor M1I1C1E1-toepassingen (CDV beschikbaar)
  • IEC 63171-2 – SPE-connectoren van Reichle & De-Massari voor M1I1C1E1-toepassingen (CD beschikbaar)
  • IEC 63171-3 – SPE-connectoren van het bedrijf Siemon, gebaseerd op één paar bekende Tera-connectoren voor M1I1C1E1-toepassingen (NP beschikbaar)
  • IEC 63171-4 – SPE-connectoren van BKS voor M1I1C1E1-toepassingen (NP beschikbaar)
  • IEC 63171-5 – SPE-connectoren van het bedrijf Phoenix Contact, gebaseerd op het IEC 63171-2-connectorvlak voor M2I2C2E2- en M3I3C3E3-toepassingen (CD beschikbaar)
  • IEC 63171-6 (voorheen IEC 61076-3-125) – SPE-connectoren van de bedrijven HARTING en TE Connectivity voor M2I2C2E2- en M3I3C3E3-toepassingen (CDV beschikbaar, FDIS als voorbereiding en definitieve publicatie in 2019)

Wat zijn de voordelen van het Single Pair Ethernet in de automatisering?

In de automatisering maakt SPE het mogelijk dat veldniveaus worden verbonden met gebruik van Gbit/s ethernet. Daardoor behoren onderbrekingen in gegevensverwerking tot het verleden en heeft iedere sensor met TSN een realtime capaciteit.

Wat zijn de voordelen van SPE in spoorwegoplossingen?

Elke 100 meter SPE-kabel weegt ongeveer 1,6 kg minder dan de ethernetkabel die standaard wordt gebruikt. Met deze gewichtsvermindering kan een treinexploitant exploitatiekosten besparen van ongeveer 14.000 euro.

Biedt het Single Pair Ethernet voordelen voor robotica?

Met slechts één paar draden zijn SPE-kabels veel dunner waardoor ze flexibeler zijn dan de standaard gebruikte ethernetkabel. Hoe dunner de kabel, des te bestendiger deze is tegen buig- en trekcycli. Het resultaat is een langere levensduur en kostenbesparingen. Daarom is SPE de ideale bekabeling voor toekomstige roboticatoepassingen.

Kan Single Pair Ethernet worden verzonden via standaardnetwerkkabels?

Dit staat bekend als kabel-delen en gaat over de transmissie van SPE via de vierparige ethernetkabel. Hoewel dat theoretisch mogelijk is, is het niet praktisch. De transmissielengtes voor 1 GBit-SPE zijn momenteel beperkt tot 40 meter. Om een veilige transmissie te verzekeren, zou de kabel aan de cat. 7-standaard moeten voldoen. Dat is zelden het geval. SPE dient te worden beschouwd als een praktische aanvulling op de ethernetstandaard en als een vervanging van veldbussen.

In welk soort toepassingen kan het Single Pair Ethernet worden gebruikt?

Dankzij zeer kleine apparaatcontacten is SPE de ideale technologie voor moderne camerasensoren in industriële toepassingen. Deze hebben hogere transmissiesnelheden nodig via een kleine en compacte interface. Onze HARTING T1 Industrial voldoet aan deze vereisten in overeenstemming met IEC 63171-6.

Wat is het SPE Industrial Partner Network?

Het SPE Industrial Partner Network is het eerste contactpunt voor gebruikers die SPE-netwerken of apparaten willen realiseren. Alle deelnemende bedrijven beschouwen het Single Pair Ethernet als de basis voor de snelle en duurzame groei van het Industrial Internet of Things (IIoT). Het partnernetwerk is op zijn eigen website actief met meer informatie rondom het Single Pair Ethernet.