Products & Solutions

Single Pair Ethernet – HARTING T1 Industrial

SPE förbindningen gör Ethernet lättanvänt och överkomligt – och det kan användas från molnet till den minsta givaren

Ett par trådar räcker – Let's Twist!

Vår lilla jätte Tw1ster skickar data och kraft i ett par trådar till platser som tidigare varit oåtkomliga vilket har varit en utmaning för existerande bussystem. HARTING lutar sig mot en allians av forskning, industri och standardisering för Single Pair Ethernet. Som en del av den här alliansen har internationella standardiseringskommittéer utfört en flerstegs urvalsprocess där företagsgruppen HARTING Technology:s SPE kopplingsyta gick ut som vinnare. Det säkerställer även planeringssäkerheten för konstruktörer av nya enheter och givar/ställdonsteknik, vilket gör att de kan påbörja implementeringen av SPE i respektive enhetsteknik.

Tw1ster har inte bara en superhjältes syn med sin single-pair Ethernet-överföring, den uppbär även industristandarden IEC 63171-6 (tidigare IEC 61076-3-125). Efter en flerstegs urvalsprocess har det internationella organet för standardiseringar IEC valt HARTING:s T1 Industrial som framtiden för single-pair Ethernet kopplingsyta. Vi gratulerar vår hjälte och kommer att fortsätta arbetet för att säkerställa att den fortsätter att vara industristandard i framtiden.

Briljant! Tw1ster är nu standard enligt IEC 63171-6

Utvecklingen mot allt mindre och effektivare enheter i IT-världen är välkänd. Det är även en trend inom andra branscher. Trots att högre överföringshastigheter och parallell överföring av kraft (effektfjärrmatning) så behöver kabelkomponenter bli allt mindre och lättare. Baserat på överföringsstandarder i enlighet med IEEE 802.3 så har den nya single-pair Ethernet-tekniken SPE precis integrerats i nya generationer fordon och ersätter där CAN och andra bussystem. Framöver kommer kontroller, kommunikation och säkerhetsfunktioner köras enhetligt på Ethernet. Det är en grundförutsättning för uppkopplade och i framtiden även autonom körning.

What is Single Pair Ethernet

SPE möjliggör nu överföring av data med Ethernet genom att använda bara två trådar och den simultana kraftförsörjningen för terminaler via PoDL – Power over Data Line (kraft över dataledning). Tills nu har det krävts två dubbeltrådar för Fast Ethernet (100 MB) eller fyra dubbeltrådar för Gigabit of Ethernet för att uppnå det. Det skulle bara trevligt att även använda dessa fördelar inom industriell automation. SPE möjliggör gränslös förbindning av utrustning, givar-/ och ställdonsteknik och mycket mer via ändpunkts IP-baserad kommunikationer fram till fältnivån. Då det går att integrera Ethernet-gränssnitt på enkla givare, kameror, läs/ID-enheter och liknande utrustning kommer det gå att implementera Integrated Industry och IIoT.

HARTING T1 Industriella IP-kontaktdon och uttagsjack

SPE innebär en avgörande fördel jämfört med bussystem och analoga ström-/spänningsgränssnitt som fortfarande finns på fältnivån idag.  Det gör fältnivån  smart och förenklar parameterinställningar, initialiseringar och programmering. Inställningen, driften och underhållet av utrustningen blir effektivare och lönsammare. SPE i maskiner, robotar och järnvägsteknik kan även spara vikt och utrymme. Den kompletta kabeldragningen är enklare och går avsevärt snabbare att installera.

Genomgående kompatibilitet för enheter, kablar och kontaktdon

Förutsättningen för storskalig och framgångsrik försäljning av SPE-teknik är den genomgående kompatibiliteten för enheter, kablar och kontaktdon. Det säkerställs av den internationella standarden (ISO/IEC och IEEE 802.3).  Tidigt 2018 anordnades en urvalsprocess av ISO/IEC för kablage och urval för en standardiserad SPE-kopplingsyta, där över 20 internationella expertkommittéer deltog. Två kontaktdonsytor utkristalliserades som det rekommenderade valet i den här urvalsprocessen:

Med SPE och ett miniatyriserat gränssnitt så öppnar HARTING upp för helt nya möjligheter inom automation
  • För att byggnadskablage, är kopplingsytan enligt IEC 63171-1: den här kopplingsytan är baserad på förslaget från CommScope och är känd under den synonyma varianten 1 (LC-typ) för M1I1C1E1-miljöer
  • Kopplingsytan enligt IEC 63171-6 (tidigare IEC 61076-3-125) för industriella och industrirelaterade tillämpningar: den här kopplingsytan är baserad på HARTING.s förslag, och är specialkonstruerad för användning i M2I2C2E2 och M3I3C3E3-miljöer. Den här SPE kontaktdon konstruktionen kan uppnå 1 GBit/s för kortare avstånd och 10 MBit/s för längre avstånd. Den har gränsnitt som är kopplingskompatibla med varandra.

MICE (mechanical, ingress, climatic, electromagnetic: mekanisk, inträngning, klimat, elektromagnetisk) beskriver omgivningsförhållanden för installationer. Det ger konstruktörer och användare värdefull information om specifikationerna för teknisk utrustning och kablage/tråddragning. Som del av detta så beskrivs de nödvändiga förutsättningarna för mekanisk robusthet (M), IPxx-grad (I), kemiskresistans och klimatresistans (C) samt elektromagnetisk säkerhet (E).  M1I1C1E1  beskriver en miljö som finns i en kontorsbyggnad och M3I3C3E3 beskriver en mycket extrem (utomhus- eller industri-) miljö.

För HARTING är SPE ett teknologiämne och startpunkten för många nya produktutvecklingar

För användaren är dock SPE inte bara en möjlighet utan också en utmaning. Är den här nya tekniken lika säker som den existerande lösningen? Kan SPE även användas inom processautomation med linjelängder på 1 000 m? Hur mycket kraft kan ändenheten använda? När finns det SPE-kontaktdon och kablar att tillgå och kommer de ha rätt standard? HARTING tar dessa frågor på största allvar och har tagit beslutet att svara på dem som en del av ett teknikpartnerskap.

Single Pair Ethernet Industrial Partner Network, där HARTING är en av grundarna, är en sammanslutning av globala ledare inom teknik. Nätverket har tagit sig an uppgiften att utveckla SPE som en teknik för den snabbväxande IIoT-marknaden.

Programmet WIPANO ("Knowledge and Technology Transfer through Patents and Standards", kunskap och tekniköverföring med patent och standarder) är ett initiativ från det federala departementet för ekonomi och energi, som hjälper till att åstadkomma detta. HARTING, universitetet i Reutlingen och LEONI arbetar tillsammans i det gemensamma projektet NG200 om akuta SPE-ämnen och integrerar parallellt sina resultat i den internationella standardiseringsprocessen. Med IEC 61076-6 togs nyligen ett viktigt steg mot att specificera vikt- och platsbesparande kablage för en industrikompatibel single-pair kopplingsyta.

Arbetet fortsätter i  IEC 61156-xx på SPE-kablar och i ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 och i IEC SC 65/JWG 10 på de tillhörande kablagestandarderna ISO/IEC 11801 and IEC 61918 med installationsguider och gränsvärden för SPE. I nästa steg inom det gemensamma projektet är frågan var de tekniska gränserna ligger som ska eftersträvas för SPE-kommunikationskanaler. Från och med 2019 har SPE-användare tillgång inte bara till produkterna men också gällande standarder och riktlinjer för installation och provning av komponenter. HARTING:s teknikpartnerskap hjälper kunder då de implementerar SPE vilket innebär konkreta konkurrensfördelar. Med den här kopplingsytan förbereder HARTING ett heltäckande sortiment av produkter för industrin.

Här kan du läsa den tekniska artikeln om SPE Industrial®.

Single Pair Ethernet – FAQ

Vad är Single Pair Ethernet?

Single Pair Ethernet (SPE) säkerställer för första gången en kostnadseffektiv användning av Ethernet för alla aspekter av industriell automation. Single pair Ethernet använder ett par trådar för att överföra data med hastigheter upp till 1 GBit/s. Det gör att SPE passar perfekt för industriella tillämpningar i eran med Industri 4.0 och IIoT. Den här kostnadsfria e-boken kallad Single Pair Ethernet innehåller detaljerad information om Single Pair Ethernet.

Vad är fördelarna med Single Pair Ethernet gentemot vanligt Ethernet?

Vanligt Ethernet kräver två eller fyra par trådar. SPE behöver däremot bara ett par. Det gör att kostnader och vikt kan reduceras tack vare mindre mått, detta ger åtkomst till nya enheter och den resulterande industriella fältnivån. SPE utgör därför grunden för IIoT.

Vilka standarder för Single Pair Ethernet-kontaktdon har etablerat sig?

2018 höll kommittéerna ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 och TIA 42 en internationell urvalsprocess för att etablera standardiserade SPE-gränssnitt. Två kopplingsytor utkristalliserades som det lämpligaste valet för de över 20 kommittéerna:

  • för byggnadskablage (M1I1C1E1), kontaktdonsytan enligt IEC 63171-1: CommScope;
  • för industriella och industrirelaterade tillämpningar (M2I2C2E2 and M3I3C3E3) kopplingsytan enligt IEC 63171-6 (tidigare IEC 61076-3-125): HARTING T1 Industrial®.

Därmed finns en tydlig global konsensus om SPE-gränssnitten.

Kan även kraft överföras över Single Pair Ethernet?

Även kraftöverföring har standardiserats för de nya SPE-överföringsstandarderna. PoDL Power over Data Line (kraft över datalinje) är termen som används för att beskriva en effektiv kraftförsörjning på upp till 50 W.

Vilken datahastighet kan överföras med Single Pair Ethernet?

Ethernet-tekniken baserad på IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 är redan tillgänglig idag och ger 1 Gbit/s överföringshastighet via bara ett par koppartrådar. IEEE arbetar just nu på en kommande standard för ännu högre datahastigheter för upp till 10 Gbit/s (IEEE 802.3ch) som behövs för högupplösningsgivare och videoöverföringar. Dessutom utvecklas en standard för bara 10 Mbit/s (IEEE 802.3cg). Den här standarden möjliggör överföringshastigheter på upp till 1 000 meter och kan därmed ersätta nästan alla fältbusstyper.

Vad är ursprunget till Single Pair Ethernet-tekniken?

Utvecklingen av SPE började med BroadR-Reach-standarden som utvecklades av Broadcom Corporation. Efter att bilindustrin behövde ersätta CAN-bussen och identifierade den här nya TCP/IP-baserade överföringsmetoden så släppte arbetsgruppen IEEE 802.3 den första SPE-standarden som standard 100BASE-T1 i IEEE 802.3bw-2015 not 96. SPE anpassas nu till de behov som finns inom industrin.

Ger Single Pair Ethernet fördelar inom automation?

Med universellt standardiserad SPE-infrastruktur är det nu för första gången möjligt att använda Ethernet på fältnivån från molnet till givar-ställdonsnätverk. Det förhindrar avbrott i databehandling och skapar en enhetlig bas för kommunikation. Den möjliggör IIoT.

Vilka standarder finns det för Single Pair Ethernet kontaktdon?

För tillfället skissas det på följande standardiseringsprojekt för SPE-kontaktdon:

  • IEC 63171 – Basstandarden med alla nödvändiga specifikationer och provningssekvenser (CD förbereds)
  • IEC 63171-1 – SPE-kontaktdon från CommScope baserat på LC-låsning för M1I1C1E1-tillämpningar (CDV finns)
  • IEC 63171-2 – SPE-kontaktdon från Reichle & De-Massari för M1I1C1E1-tillämpningar (CD finns)
  • IEC 63171-3 – SPE-kontaktdon från Siemon baserat på ett par välkända Tera-kontaktdon för M1I1C1E1-tillämpningar (NP finns)
  • IEC 63171-4 – SPE-kontaktdon från BKS för M1I1C1E1-tillämpningar (NP finns)
  • IEC 63171-5 – SPE-kontaktdon från Phoenix Contact baserat på IEC 63171-2 kontaktdonsytan för M2I2C2E2 och M3I3C3E3-tillämpningar (CD finns)
  • IEC 63171-6 (tidigare IEC 61076-3-125) – SPE-kontaktdon från HARTING och TE Connectivity för M2I2C2E2 och M3I3C3E3-tillämpningar (CDV finns, FDIS förbereds, slutlig publicering 2019)

Vad är fördelarna med Single Pair Ethernet inom automation?

Inom automation möjliggör SPE att fältnivåerna blir anslutna med Gbit/s-Ethernet. Det gör att avbrott i databehandling hör till det förgångna och med TSN har varje givare realtidskapacitet.

Vad är fördelarna med SPE inom järnvägslösningar?

Varje 100 meter SPE-kabel väger ungefär 1,6 kg mindre än en vanlig Ethernet-kabel. Med den här viktreduceringen kan en tågoperatör spara in ungefär 14 000 euro i driftskostnader.

Ger Single Pair Ethernet fördelar inom robotteknik?

Med bara ett par trådar är SPE-kablar mycket tunnare vilket gör dem flexiblare än vanliga Ethernet-kablar. Ju tunnare kabel desto mer klarar den böj- och vridcykler. Resultatet är längre livslängd och kostnadsbesparingar. Därför är SPE det perfekta kablaget för framtida tillämpningar inom robotteknik.

Kan Single Pair Ethernet överföras via existerande nätverkskablar?

Detta kallas för kabeldelning och involverar överföring av SPE över Ethernet-kabel med fyra par. Det är teoretiskt möjligt men inte praktiskt. Överföringslängden för 1 GBit SPE är just nu begränsad till 40 meter. För att säkerställa en säker överföring ska kabeln uppfylla Kat. 7-standard. Det är sällan fallet. SPE ska ses som ett praktiskt komplement till Ethernet-standarden och som en ersättning till fältbussar.

Vilka typer av tillämpningar kan Single Pair-Ethernet användas i?

Tack vare mycket små enhetsjack så är SPE den perfekta tekniken för moderna kameragivare i industriella tillämpningar. De kräver höga datahastigheter via ett litet och kompakt gränssnitt. Vår HARTING T1 Industrial uppfyller dessa krav i enlighet med IEC 63171-6.

Vad är SPE Industrial Partner Network?

SPE Industrial Partner Network är den första kontaktpunkten för användare som vill skapa SPE-nätverk eller -enheter. Alla medlemsföretag ser Single Pair Ethernet som grunden för snabb och hållbar tillväxt av Industriellt Internet of Things (IIoT). Partnernätverket hanterar sin egna webbplats runt Single Pair Ethernet med mer information.