Les connecteurs Ethernet à paire unique pour l'industrie ont une conception de face d'accouplement bipolaire normalisée (IEC63171-6) basée sur le Harting T1 Industrial.  La prise a un profil tridimensionnel sur un PCB inférieur à la moitié de celui d'un RJ45.

Ethernet à paire unique modifie la portée des systèmes de câblage de nouvelle génération

Pendant près d’un demi-siècle, le développement d’Ethernet a inexorablement évolué dans une direction – plus rapidement. Lorsque Robert Metcalfe l’a co-inventé avec son équipe de Xerox Palo Alto dans les années 1970, Ethernet avait une vitesse initiale de 2,94 mégabits / seconde sur câble coaxial. En 1980, la norme originale de 10 Mbit / s a ​​été publiée avec une option supplémentaire: les câbles en cuivre à paire torsadée. Fast Ethernet (100Mbit / s) a fait ses débuts en 1995, suivi par Gigabit Ethernet en 1998.

Aujourd’hui, Industrial Ethernet a atteint 400 Gbit / s, et des vitesses réelles de térabit – dépassant 1000 Gbit / s – sont en attente. Ainsi, il peut sembler contre-intuitif que la prochaine grande chose, Single Pair Ethernet (SPE), soit remarquable non pas pour être encore plus rapide, mais pour être assez rapide. Les profils SPE changent la donne: un cliché bien usé qui pourrait être à propos dans ce cas. Création d’un Internet des objets industriel à part entière (IIoT) L’environnement de fabrication nécessite l’installation de centaines (sinon de milliers) de petits capteurs, actionneurs, systèmes de vision, commutateurs et commandes au niveau du terrain, à la pointe de l’industrie.

Les connecteurs Ethernet à paire unique pour l’industrie ont une conception de face d’accouplement bipolaire normalisée (IEC63171-6) basée sur le Harting T1 Industrial. La prise a un profil tridimensionnel sur un PCB inférieur à la moitié de celui d’un RJ45.Harting Technology Group

Ces appareils intelligents, dont la plupart ont une faible consommation d’énergie et de bande passante, sont essentiels pour générer le flux constant de données opérationnelles nécessaires pour réaliser l’énorme potentiel de l’industrie 4.0 / IIoT, comme la fabrication flexible, l’optimisation des processus, l’automatisation supplémentaire, des produits de meilleure qualité fabriqués avec moins d’énergie, une maintenance prédictive et une sécurité renforcée.

SPE offrira la solution la plus rapide, la plus simple et la plus rentable pour mettre ces appareils intelligents en ligne et établir des communications Ethernet en temps réel du capteur jusqu’au cloud sous un protocole SPE unifié.

Alors, qu’est-ce que l’Ethernet à paire unique? Il s’agit d’une technologie de mise en réseau de couche physique facilement évolutive qui utilise une seule paire de fils de cuivre torsadésplutôt que deux ou quatre paires d’Ethernet conventionnelpour offrir des vitesses assez rapide pour amener l’IIoT à la limite: 10 Mbit / s (10BASE-T1) jusqu’à 1000 mètres. 100Mbit / s (100BASE-T1) et 1Gbit / s (1000BASE-T1) jusqu’à 40 mètres avec câble blindé ou 15 mètres avec câble non blindé. Cette paire unique peut également fournir une alimentation CC simultanément avec des données à l’aide de la norme Power over Data Lines (PoDL) IEEE 802.3bu-2016, qui définit 10 classes de puissance de 0,5 W à 50 W.

Avec SPE, le nombre de composants passifs sur un PCB est considérablement réduit.  Avec le connecteur compact, la configuration SPE (en haut) peut économiser jusqu'à 75% d'espace PCB, par rapport à Ethernet actuel sur RJ45, permettant la miniaturisation de l'appareil pris en charge.Avec SPE, le nombre de composants passifs sur un PCB est considérablement réduit. Avec le connecteur compact, la configuration SPE (en haut) peut économiser jusqu’à 75% d’espace PCB, par rapport à Ethernet actuel sur RJ45, permettant une miniaturisation de l’appareil pris en charge.Groupe Wurth Elektronic

Fourniture simultanée de données et d’énergie

Avec deux fils, Le câblage SPE est plus léger et plus mince – jusqu’à 75% plus petit et moins de la moitié du poids d’un câblage Ethernet à quatre paires comparable. C’est aussi moins cher. Le premier connecteur IP20 sur le marché – Harting’s T1 Industrial—a une face d’accouplement bipolaire mesurant juste 3,1 mm × 6,1 mm et un profil de prise en trois dimensions sur une carte de circuit imprimé qui est moins de la moitié de celui d’un RJ45. Ainsi, les PCB peuvent être considérablement plus petits. Cela, à son tour, gardera les appareils aussi petits que possible, tout comme PoDL, ce qui élimine le besoin d’une batterie à bord ou d’une source d’alimentation séparée.

Les tendances actuelles favorisent déjà Industrial Ethernet, ce qui positionne SPE pour faire des percées importantes dès le départ. Aussi récemment qu’en 2014, les nouveaux nœuds de bus de terrain installés dans le monde étaient presque trois fois plus nombreux que les nouveaux nœuds Ethernet. L’année dernière, la prépondérance des nouveaux nœuds (59%) était passée à Ethernet, principalement en raison de la mise en œuvre accrue de l’IdO. (Les technologies sans fil continuent de lutter pour gagner du terrain sur 4 à 6% des nouveaux nœuds par an.)

Protocoles de bus de terrain traditionnels pour les communications au niveau du terrain présenter un point d’étranglement potentiel dans la numérisation de la pointe industrielle. Ils ont du mal à accueillir autant de nouveaux nœuds et manquent de vitesse et de bande passante de SPE (jusqu’à 600 MHz). De plus, ils ne peuvent pas échanger de données avec des protocoles Ethernet – et donc avec des systèmes de gestion, d’entreprise et d’autres systèmes de niveau supérieur – sans passerelles ni traducteurs de protocole, ce qui ajoute de la complexité et du coût. (Ethernet conventionnel est trop volumineux et trop coûteux pour connecter la plupart des périphériques de périphérie IIoT, sauf pour ceux qui ont des exigences élevées en termes de puissance et de bande passante que seul un câblage à quatre paires peut fournir.)

L'Ethernet à paire unique fournit des vitesses de transmission comparables à l'Ethernet Fast et Gbit actuel jusqu'à 40 mètres et aux normes actuelles.  Pour 10 Mbit / s, SPE est certifié jusqu'à 1000 mètres.L’Ethernet à paire unique offre des vitesses de transmission comparables à l’Ethernet Fast et Gbit actuel jusqu’à 40 mètres et aux normes actuelles. Pour 10 Mbit / s, SPE est certifié jusqu’à 1000 mètres.Harting Technology Group

Utilise au maximum l’espace disponible

Pensez à la quantité de câblage requise dans une nouvelle usine ou une reconstruction majeure pour mettre en réseau ces nombreux appareils IIoT. Le câblage mince de SPE occupera le moins d’espace dans les murs, les planchers ou les conduits, ce qui rend le processus d’installation le plus simple au moindre coût d’installation. Les connecteurs SPE peuvent également être raccordés à un câblage de bus de terrain à deux fils déjà déployé pour une transition facile et abordable où des transformations complètes ne sont pas possibles.

Et avec l’avènement de la technologie de mise en réseau sensible au temps, Industrial Ethernet fournit désormais une communication très fiable et déterministe. SPE est basé sur des protocoles TCP / IP standard, de sorte que les utilisateurs peuvent utiliser des profils de diagnostic et de surveillance du réseau tels que HTTP (protocole de transfert hypertexte), SNMP (protocole de gestion de réseau simple) ou LLDP (protocole de découverte de couche liaison) pour diagnostiquer ou dépanner les appareils et composants n’importe où sur le réseau.

Cela dit, SPE n’est certainement pas un substitut à l’Ethernet conventionnel, mais lui est complémentaire. Chacun aura son propre rôle dans l’IIoT et l’industrie en général. Le développement de SPE a commencé il y a près d’une décennie avec le désir de l’industrie automobile de réduire le poids des câbles des nouveaux véhicules. Le câblage SPE non blindé peut générer une réduction de 30% du poids des câbles du véhicule à partir des faisceaux de bus CAN. En robotique, le câblage SPE peut supporter plus de cycles de flexion et de torsion qu’un câblage plus épais pour une durée de vie plus longue.

Le potentiel énorme de l’Ethernet à paire unique a galvanisé à la fois les mondes de l’automatisation des usines et des processus. Dans les applications de processus, les protocoles tels que Foundation Fieldbus H1 sont relativement lents, notamment en raison de problèmes complexes de mise en service et de maintenance, d’exigences matérielles et de connaissances particulières et de problèmes de compatibilité. Ethernet est bien compris. Les compétences et l’expertise pour le gérer sont facilement disponibles, tout comme le matériel standard, et les périphériques Ethernet sont beaucoup plus faciles à mettre en service.

L'Ethernet à paire unique accomplira ce que les protocoles Ethernet et bus de terrain standard ne peuvent pas faire de manière efficace ou rentable dans la pyramide d'automatisation traditionnelle (à gauche): créer un réseau TCP / IP de niveau à nuage sur un seul champ sous un protocole Ethernet.L’Ethernet à paire unique accomplira ce que les protocoles Ethernet et Bus de terrain standard ne peuvent pas faire de manière efficace ou rentable dans la pyramide d’automatisation traditionnelle (à gauche): créer un réseau TCP / IP de niveau à cloud sur un seul protocole Ethernet.Harting Technology Group

Accélérer le secteur des processus

Le secteur des procédés s’efforce de finaliser l’Ethernet-APL d’ici le quatrième trimestre de cette année. APL signifie Advanced Physical Layer. Il standardise SPE pour le déploiement sur des appareils dans des environnements intrinsèquement sûrs et dangereux à 10 Mbit / s sur 1000 mètres (10BASE-T1L), ou 300 fois plus rapidement que Foundation Fieldbus H1. Plusieurs fabricants d’instruments de process de premier plan ont l’intention de dévoiler leurs premiers produits Ethernet-APL à ACHEMA 2021 en juin prochain à Francfort.

Des dispositifs SPE pour l’automatisation industrielle et les applications de processus ne nécessitant pas de durcissement Ethernet-APL arrivent également. Les chipsets prototypes sont disponibles depuis un certain temps, et la disponibilité attendue des chipsets de production plus tard cette année verra de nombreux produits de première génération compatibles SPE arriver sur le marché au cours des deux prochaines années.

Les premiers utilisateurs apprécieront probablement la forte sécurité des investissements de SPE. SPE est une technologie générique et non propriétaire. Des années d’efforts ont été consacrés à la création de normes SPE dans IEEE 802.3 et à la normalisation des composants clés tels que les câbles et les connecteurs. Cela promet de créer un marché robuste et compétitif pour un écosystème complet de composants et d’appareils compatibles SPE.

L’international La Commission électrotechnique a a publié la CEI 63171-6 établissant l’interface industrielle T1 de Harting comme norme de connecteur pour les environnements industriels (MICE2 et MICE3). Ce IEC 63171-6 standard, avec une interface de connecteur pour les environnements de construction (MICE1) de CommScope, ont une reconnaissance globale de l’ISO / IEC et du TIA TR-42. Les clients peuvent s’attendre à des connecteurs dans des styles familiers, tels que M12, M8, push-pull et snap-in, et avec des indices de protection IP20 et IP65 / 67. Les clients se sont même renseignés sur la possibilité de connecteurs IP69K.

Ethernet à paire unique est un écosystème à part entière de protocoles et de composants de transmission normalisés, ainsi que des appareils qui les utiliseront dans un large éventail d'industries.L’Ethernet à paire unique est un écosystème à part entière de protocoles et de composants de transmission normalisés, ainsi que des appareils qui les utiliseront dans un large éventail d’industries.Harting Technology Group

Travailler ensemble pour promouvoir la SPE

De nombreux fabricants de composants ont rejoint des groupes faisant la promotion de SPE, comme le SPE Industrial Partner Network, qui a commencé avec sept sociétés membres fin 2019 et en compte maintenant 30. D’autres adoptent des approches différentes, mais quelle que soit la voie, l’influence des normes contribue à façonner l’acceptation rapide de SPE.

Existe-t-il une alternative plausible à la SPE dans l’industrie? Les partisans des communications sans fil comme la 5G le croient certainement. Ils la considèrent comme concurrente ou coexistant aux côtés des réseaux câblés. À ce stade, le réseautage privé 5G pour l’industrie n’est pas aussi avancé que SPE en matière de preuve de concept et d’acceptation générale des parties prenantes. Le public est préoccupé par la fiabilité, la sûreté et la sécurité de la 5G. Plusieurs groupes industriels – et même les départements américains de la défense, des transports et de la sécurité intérieure – se sont opposés à l’utilisation du spectre de la bande L dans les réseaux terrestres 5G pour l’industrie, craignant que cela n’interfère avec les signaux GPS critiques.

Dans l’intervalle, l’Ethernet à paire unique continuera d’évoluer. Des vitesses de données plus rapides arrivent. De plus, la plage de 100 Mbits / s et de 1 000 Mbits / s SPE pour les applications industrielles peut être étendue bien au-delà des limites de plage actuelles; la viabilité de le faire a été prouvée dans les tests de l’industrie, et cela devrait conduire à un examen formel par les organismes de normalisation d’ici peu.

Jon DeSouza est président et chef de la direction de Harting Americas.

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