Blog: Single-pair Ethernet – Implementazione e caratteristiche
Parte 2: Percorsi di transizione in diversi settori
Hilscher prevede che l’adozione e l’implementazione della tecnologia SPE nel settore dell’automazione di processo avvengano in tempi brevi a partire dal 2021. Il motivo è che le installazioni si basano in larga misura su HART, PROFIBUS PA e bus di campo simili, al momento non sufficientemente adatti a supportare modelli di business digitali. L’associazione Namur e in particolare il FieldComm Group, insieme a PROFIBUS International (PI) e ODVA, guidano fortemente il passaggio all’APL per i settori dell’automazione di processo. Le applicazioni in queste aree hanno in genere requisiti di prestazioni e tempi di ciclo inferiori e l’implementazione della diagnosi e della parametrizzazione attraverso la rete non è ancora avvenuta tanto quanto nelle applicazioni di automazione industriale. D’altra parte, l’implementazione della tecnologia SPE nell’automazione industriale potrebbe richiedere un po’ più di tempo. Organizzazioni come l’ODVA, PI e il gruppo IO-Link hanno avviato attività per valutare l’integrazione di SPE nei rispettivi standard, esaminando il posizionamento e i vantaggi nelle loro applicazioni. Parallelamente, ci sono due gruppi molto attivi che propongono spine, connettori e cablaggi diversi per l’installazione. Considerando tutte queste iniziative molto produttive e le numerose domande aperte che esse affrontano, un’implementazione sul campo nell’automazione industriale potrebbe iniziare intorno al 2024.
In conclusione, riteniamo che nelle aree dell’industria manifatturiera, in cui le apparecchiature non sono ancora trasparenti ai livelli superiori in termini di stato, diagnosi e parametrizzazione, le prestazioni complessive del sistema siano carenti e i vantaggi della digitalizzazione, quali aumento dei tempi di attività delle macchine, disponibilità, la manutenzione predittiva, ecc., non si materializzeranno. Pertanto, ci si aspetta che la pressione nell’industria di processo per agire e procedere il più rapidamente possibile sia molto più elevata.
Panoramica su Single-pair Ethernet
Ci si potrebbe chiedere come mai non si sia optato già in precedenza per un singolo doppino ritorto, in quanto l’idea di base appare relativamente semplice e i potenziali benefici sembrano piuttosto ovvi. Tuttavia, il cambiamento rispetto a una rete Ethernet esistente non è semplice come un cambio di un cavo. È altresì necessario aggiungere una serie di requisiti per ottenere i benefici attesi per i diversi settori.
Strato fisico diverso
L’attuale Industrial Ethernet 10Base-T/100Base-TX, che è lo standard più implementato e adattato nel settore, utilizza due cavi a doppino intrecciato per la trasmissione e la ricezione unidirezionali dei dati. Pertanto, in questo caso, una singola coppia Ethernet trasmette e riceve tramite nella stessa coppia intrecciata e richiede quindi un diverso strato fisico, nonché diversi accoppiamenti e trasduttori.
Vari requisiti per la tecnologia SPE
Trasmissione a lunga distanza
In particolare, i sensori, gli attuatori e altri dispositivi di campo periferici nell’automazione industriale richiedono una lunghezza del cavo molto maggiore tra loro. Di conseguenza, è arrivata una forte richiesta per migliorare la distanza dei cavi tra le stazioni fino a 1000 m, rispetto ai 100 m specificati disponibili oggi in 100Base-TX.
Sicurezza intrinseca
Un altro aspetto è emerso dal campo dell’automazione di processo Oltre ai requisiti per le lunghe distanze, è necessaria una trasmissione intrinsecamente sicura per supportare le aree Ex e le aree pericolose.
Trasmissione di potenza
In molti degli attuali bus di campo di comunicazione dei sensori, è possibile una trasmissione di potenza tramite il cavo di comunicazione. Pertanto, il cavo a coppia intrecciata singolo deve trasportare anche l’alimentazione necessaria per consentire l’alimentazione di sensori e attuatori remoti.
Richiesta di larghezza di banda specifica per l’applicazione
Oltre ai dispositivi e ai sensori a livello di campo che sono ben coperti dalla loro richiesta di larghezza di banda con velocità di trasmissione di 10 Mbit, l’idea era di implementare SPE in applicazioni a larghezza di banda più elevata. Pertanto, l’IEEE ha definito anche standard adatti per la visione, il movimento o l’interfaccia operatore, inclusi gli strati fisici.
Standardizzazione IEEE e applicazioni correlate
Connessione PHY al sistema host di livello superiore
Anche se il livello fisico differisce per alcuni dettagli, la connessione ai livelli superiori è la stessa. L’IEEE si è impegnata per garantire che qualsiasi sistema effettivo con una connessione MAC e MII possa interfacciarsi con il nuovo PHY effettivo, in modo che la differenza principale rimanga in un solo livello OSI. La figura seguente mostra la configurazione:
Configurazione di sistema di un collegamento punto-punto con distribuzione dell’alimentazione
Inoltre, lo standard 802.3bu ha definito una trasmissione standardizzata di potenza sulla linea dati ed è in grado di trasmettere fino a 50 W al singolo endpoint. Questa funzione consente la retrocompatibilità con diversi standard di rete per sensori esistenti che alimentano anche il sensore collegato da un controller di alimentazione centrale. La configurazione in SPE è la seguente:
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Parte 3 della nostra serie di blog su SPE: Le reti di automazione industriale sono già oggi ampiamente basate sugli standard Ethernet. Tuttavia, l’adozione di Ethernet nel campo dell’automazione dei processi è ancora in corso. In che modo SPE influisce su queste due aree industriali?
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