Kabely pro Single Pair Ethernet: kam směřujeme?
Která SPE řešení jsou výhodnější oproti stávajícím komunikačním standardům?
V průmyslové komunikaci je Single Pair Ethernet (SPE) považován za jeden z nejdůležitějších trendů budoucnosti. Mezi výhody nové technologie připojení pouze jedním párem vodičů patří vysoká rychlost přenosu dat, menší nároky na prostor a nižší náklady. Ale ve kterých konkrétních aplikacích je v budoucnu myslitelné použití, jaké typy kabelů jsou k tomu zapotřebí a jak si stojí SPE ve srovnání se stávajícími komunikačními standardy? HELUKABEL se těmito otázkami zabýval ve webináři „Single Pair Ethernet Cabling“ v rámci série „SPE Pioneer Summit“.
V průmyslovém prostředí v současnosti existují různé komunikační systémy, jako je Profinet, CAT 5e a 6a, průmyslový Ethernet nebo EtherCAT. Single Pair Ethernet má potenciál nahradit tyto technologie v mnoha aplikacích – díky přenosu dat gigabitovou rychlostí a současnému napájení pouze jedním párem vodičů. Chytré, flexibilní, prostorově a nákladově úsporné řešení umožňuje komunikaci v reálném čase na vysoké úrovni.
Základním předpokladem pro využití SPE je mít zavedenou správnou technickou infrastrukturu – od terminálů a konektorů až po kabeláž. Aby se výrobcům a uživatelům přechod usnadnil, byly pro SPE definovány stejné klasifikace kabelů, jaké se již používají pro Profinet:
- Typ A: vodiče s pevným jádrem pro trvalou instalaci
- Typ B: vodiče s laněnými jádry pro flexibilní aplikace nebo vibrace
- Typ C: vodiče s laněnými jádry pro vysoce dynamické aplikace (jako jsou vlečné řetězy)
- Typ R: torzně testované kabely s laněnými jádry pro robotické aplikace
Kabely pro vlečné řetězy a robotiku se liší především příslušným stíněním, které je speciálně navrženo pro pevnost v ohybu a torzi.
Každý typ kabelu může být také vybaven různými materiály pláště, aby optimálně vyhovoval příslušné aplikaci.Kabely typu A a B jsou typicky stíněné PVC, ale na výběr je také spousta alternativ bezhalogenových, bezpečných pro potraviny nebo odolných vůči oleji a chemikáliím s různými možnostmi pancéřování. Kabely typu C mohou být vyrobeny z PUR, PVC a Santoprenu, kabely pro roboty typu R mohou být také vyrobeny z PUR a Santoprenu.
| Plášť | Bez halogenů | Zpomalující hoření | Nízká kouřivost | Cena | Odolnost olejům | Odolnost opakovaným ohybům | Odolnost proti oděru | Možnosti UL testu plamenem |
| PVC UL | ne | ano | ne | nízká | střední | střední | medium | VW1, FT1, FT4 |
| FRNC/LS0H/ LSZH | ano | ano | ano | střední | nízká | nízká | nízká | VW1, FT1, FT4 |
| PE | ano | ne | ano | střední | nízká | nízká | nízká | ne |
| PUR UL | ano | částečně | částečně | vysoká | vysoká | vysoká | vysoká | VW1, FT1, CFT |
| TPE (Santoprene) | ne | částečně | částečně | vysoká | vysoká | vysoká | vysoká | VW1, FT1, CFT |
| TPE (Santoprene) | ano | ne | částečně | vysoká | vysoká | vysoká | vysoká | ne |
Tabulka 1: Vlastnosti různých materiálů pláště kabelů SPE
Pokud jde o přenos dat, Single Pair Ethernet nabízí několik variant s různou rychlostí přenosu dat a dosahem:
- 10BASE-T1: rychlost přenosu dat až 10 Mbit/s, dosah až 1.000 m
- 100BASE-T1: rychlost přenosu dat až 100 Mbit/s, dosah až 40 m
- 1000BASE-T1: rychlost přenosu dat až 1 Gbit/s, dosah až 40 m
- MultiGigBASE-T1: rychlost přenosu dat až 2,5 / 5 / 10 Gbit/s, dosah až 15 m
V průmyslovém prostředí je v současné době přikládán největší význam 10BASE-T1 a 1000BASE-T1. V budoucnu otevře další potenciál technologie MultiGig, která je stále ve vývoji. HELUKABEL zařadil do svého portfolia již tři různé SPE kabely pro 10BASE-T1 a 1000BASE-T1 a sortiment neustále rozšiřuje.
Pokud porovnáte různé existující technologie průmyslové komunikace s SPE, můžete vidět mnoho různých výhod v závislosti na aplikaci. Například 10BASE-T1 boduje ve srovnání s Profibus PA s výrazně vyšším frekvenčním rozsahem, který umožňuje přenos dat až 320krát vyšší rychlostí – dostatečně rychle například pro přenos videí.
| Profibus PA / Foundation Fieldbus | SPE 10BASE-T1L | |
| Průřez | AWG 18 plné nebo laněné / AWG 16 laněné | |
| Max. vzdálenost | až 1900 m v bezpečných oblastech, až 1000 m v nebezpečných oblastech (FISCO napájení podle IEC 60079-11) | až 1000 m (TI phy DP83TD510E > 2000 m Peer-to-Peer) |
| Impedance | 100 +- 20 ohmů @ 31,25 kHz | 100 +- 15 ohmů @ 20 MHz |
| Frekvenční rozsah | až 39 kHz | až 20 MHz |
| Max. přenosová rychlost | 31,25 kbit | 10 Mbit |
| Typický konektor | M12 a-kódovaný 4 PIN IP67 7/8 palcový PI67 | M8/M12 SPE IEC 63171-6 |
Tabulka 2: Porovnání SPE 10BASE-T1 s Profibus PA
Ve srovnání s technologií USB nabízí 1000BASE-T1 i MultiGigBASE-T1 výrazně vyšší datovou rychlost a dosah a také výkonnější napájení. 1000BASE-T1 také přesvědčí menším průměrem kabelu, a tedy nižší hmotností, menší potřebou mědi a těsnějšími poloměry ohybu než kabeláž s Profibus DP, CAN nebo průmyslovým Ethernetem.
| Srovnání | Profibus DP | SPE 1000BASE-T1 | SPE 1000BASE-T1 | SPE výhody nebo nevýhody |
| pro vlečné řetězy | pro vlečné řetězy | pro vlečné řetězy | ||
| Průřez | AWG 23/19 | AWG 26/19 | AWG 22/19 | |
| Přenosová rychlost | 12 Mbit | 1 Gbit | 83x vyšší přenosová rychlost | |
| Průřez kabelu | 8,0 mm | 4,9 mm | 6,3 mm | o 21-38% menší prostor |
| Max. vzdálenost | 100 m* | 40 m | nevýhoda v délce | |
| Napájení | ne(hybridní) | PoDL do 50 W | včetně napájení | |
| Hmotnost kabelu | ~ 77 kg/km | ~ 29 kg/km | ~ 50 kg/km | o 35-60% snížená hmotnost |
| Obsah mědi | 25 kg/km | 16 kg/km | 24 kg/km | o 4-36 % méně mědi |
| Poloměr ohybu | 96 mm | 59 mm | 76 mm | o 20-39% menší poloměr ohybu |
*při max. rychlosti 12 Mbit
Tabulka 3: Porovnání SPE 1000BASE-T1 s Profibus DP
Více informací se můžete dozvědět na webináři „Single Pair Ethernet (SPE) Cabling“, který společnost HELUKABEL nedávno uskutečnila v rámci SPE Industrial Partner Network pod sérií „SPE Pioneer Summit“. Expert společnosti HELUKABEL Horst Messerer přináší podrobnou prezentaci o výhodách technologie SPE ve srovnání se stávajícími komunikačními standardy a vysvětluje, které kabely a konektory jsou již na trhu k dispozici. Webinář je v angličně kdykoli zdarma přístupný zde .
