Однопарный Ethernet (Single Pair Ethernet, SPE) был разработан с единственной целью — закрыть пробел в области TCP/IP-ориентированных сетей, который образовался в результате перехода от традиционной ИТ-инфраструктуры к сетям датчиков и исполнительных устройств. Сейчас он становится движущей силой IoT и IIoT. В статье рассмотрим, в каких сферах эта технология соединения наиболее востребована, и покажем несостоятельность нескольких ложных домыслов, касающихся SPE, — в том числе ответим на вопрос, должен ли соединитель SPE быть обратно совместимым с RJ45.
Сферы реализации SPE
Появление SPE стало простым ответом на вопрос, какими должны быть будущие решения для автоматизации, чтобы можно было обеспечить их успешную коммерческую реализацию. Особенно актуален этот вопрос в трех сферах: автомобилестроении, промышленной автоматизации и автоматизации зданий. Во всех этих сферах необходим беспрепятственный доступ к сетям датчиков и исполнительных устройств, чтобы сделать следующий шаг в развитии автоматизированных решений. Такой доступ является обязательным условием для реализации систем автономного вождения, непрерывного производственного процесса на промышленных предприятиях по стандартам «Индустрии 4.0» и интеллектуальных зданий.
Именно эти запросы стимулируют развитие SPE. Упрощение кабельных соединений и уменьшение размера соединителей стали дополнительными преимуществами данной технологии.
Какие SPE-решения необходимы в каждой из этих трех сфер?
Что касается транспортных средств, в них реализация SPE должна быть простой, быстрой и в то же время устойчивой к экстремальным условиям эксплуатации. Автомобилестроительные компании стремятся обеспечить простое управление всеми значимыми компонентами с помощью SPE. Используемые для этого кабели, как правило, не имеют экранирования и требуют специальных технологий соединения — тех, что характеризуются простотой конструкции, сочетающей преимущества вилочных разъемов и клеммных блоков, которые могут объединяться в очень компактные узлы. Первые серийные модели автомобилей с применением SPE уже доступны. В ближайшие десять лет данная технология станет стандартной и полностью заменит, например, существующие решения с шиной CAN.
В области промышленной автоматизации в целом ситуация схожая: решения должны обеспечивать работу в широких диапазонах температуры, быть устойчивыми к ударам и вибрации, а также иметь защиту IPx от воздействия пыли и влаги. Однако в промышленном секторе в основном применяются экранированные кабели, которые гарантируют высокую помехоустойчивость и электромагнитную совместимость. Таким образом, ключевыми характеристиками исполнений вилочных соединителей SPE для промышленного применения являются прочность и применение экранированных компонентов со степенью защиты от IP20 до IP65/67 в стандартных кожухах M12 и M8.
Что характерно для технологии SPE в области строительной автоматизации? Это интересный вопрос, поскольку разработчикам систем автоматизации зданий, например решений KNX, LON, EchoNet, TRON и т. д., еще только предстоит решить, как и в каком масштабе в этих системах будет использоваться технология SPE. Данная сфера не сможет обойтись без SPE, но очевидно, что развитие этой технологии знаменует серьезные изменения в долгосрочной перспективе — например, для систем, полностью реализованных на основе технологии Ethernet. Если говорить о кабельных соединениях, то здесь могут применяться как неэкранированные, так и экранированные решения, которые, как правило, устанавливаются внутри помещений — следовательно, к их прочности не предъявляются такие высокие требования, как в промышленной сфере. Для обслуживания и тестирования могут применяться соединители RJ45. Альтернативным решением является использование клеммных блоков с винтовыми или обжимными контактами для соединения.
Унификация
При внедрении SPE в названных сферах имеющиеся соединители RJ45 никакого влияния на этот процесс не оказывают, учитывать какие-либо особенности необходимости нет.
Домыслы об обратной совместимости технологии SPE и кабельных соединений RJ45 допускаются, но они не имеют практического значения. У них разные области применения. Следовательно, предположение о том, что соединитель SPE должен быть обратно совместим с RJ45, необоснованно.
Существует еще один миф — о том, что унифицированного решения SPE нет и никогда не будет. Конечно, в каждой области применения есть собственный набор специальных требований, поэтому соединители SPE всегда будут разрабатываться в различных исполнениях. Универсального соединителя для всех сфер действительно не будет.
В перспективе будут доступны три варианта соединителей SPE:
- для транспортных средств (возможно, несколько исполнений разных производителей);
- для промышленного применения;
- для систем автоматизации зданий.
Не будем останавливаться на области автомобилестроения, но рассмотрим подробнее промышленную и строительную сферы, для того чтобы понять, почему «производители соединителей» не могут договориться и создать унифицированные соединители.
Для лучшего понимания следует уточнить: «производители соединителей» — это не одна организация с общей целью, это компании, конкурирующие на рынке, где окончательное решение принимают потребители (какой продукт они предпочитают остальным и используют, а какой продукт им не нужен). Возможность выбора для потребителей очень важна.
Необходимость «согласования» также можно расценивать как условие лидерства какой-либо конкретной компании в области технологий. Это обоснованно.
Сейчас инициатива по развитию SPE для промышленного применения и автоматизации зданий находится в руках двух лидеров.
Требования для этих двух областей применения регламентирует серия стандартов ISO/IEC 11801 — по крайней мере, в отношении кабелей или, если говорить точнее, в отношении подключения новых кабелей SPE и структурированных кабелей в здании. Стандарт ISO/IEC 11801-3 предназначен для промышленной сферы, а стандарт ISO/IEC 11801-6 — для сферы автоматизации зданий.
Комитет IEEE802.3 по стандартизации Ethernet запросил у рабочих групп ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 (стандартизация кабелей и разработка документации для стандарта 11801) рекомендации для соединителя SPE, которые впоследствии стали основой для отбора стандарта в начале 2018 г.
SC 25/WG 3 был определен набор требований. Одно из них предусматривало гарантию для производителей/заявителей, что в случае выбора стандарта для соответствующего соединителя будут обеспечены совместимость со стандартными компонентами и отсутствие запатентованных исполнений.
В выборе стандарта SPE приняли участие разные производители, активно работающие в области международной стандартизации. Некоторые из них представили свои концепции и предложили ноу-хау для обсуждения. Все эти концепции соединителей SPE были вынесены на голосование.
Голосование с использованием международных бюллетеней прошло в соответствии с правилами ISO/IEC. В нем приняли участие национальные комитеты (NC) из 25 стран мира. У каждой страны было право на один голос.
В результате в июне 2018 г. абсолютное большинство голосов набрали промышленный соединитель SPE, соответствующий стандарту IEC 63171-6 (концепция HARTING, рис. 1 и 2), а также соединитель, соответствующий стандарту IEC 63171-1 (концепция CommScope), для применения в зданиях.
Таким образом, предположение о том, что производители соединителей не могут договориться и выбрать унифицированный соединитель SPE, тоже неверно, стандарты уже есть.
Определение Комитетом ISO/EIC унифицированных соединителей SPE стало важным этапом для последующей работы в области стандартов для кабельных соединений.
Решения в отношении соединителя SPE были включены в соответствующую документацию ISO/IEC, TIA и IEEE.
Хорошая новость для всех пользователей: стандартизированный соединитель SPE для промышленного применения (IEC63171-6) будет учитываться во всех применимых стандартах для кабелей и станет обязательным для рассмотрения.
Подробная информация об этом приведена в стандартах:
- ISO/IEC 11801-3 AMD-1 «Информационные технологии — общие кабельные системы для помещений (структурированные кабельные соединения). Часть 3: промышленность, AMD-1: SPE».
- ANSI/TIA-1005-B «Стандарт для телекоммуникационной инфраструктуры для промышленных помещений — кабельные соединения SPE».
- IEC 61918, издание 4.0 «AMD-1: промышленные коммуникационные сети — установка коммуникационных сетей в промышленных помещениях, AMD-1 SPE».
Автоматизация процессов
Еще одной темой для дискуссий стала взаимосвязь SPE и автоматизации процессов. Насколько они влияют на развитие друг друга?
Автоматизация процессов занимает особое место в широком спектре решений для промышленной автоматизации. В этой области предусмотрен набор специальных требований для решений в нефтегазовой, химической, фармацевтической, горнодобывающей, пищевой отраслях промышленности, водохозяйственной деятельности, в производстве строительных материалов и стекла и т. д.
Этот набор требований включает передачу данных на большие расстояния (IEEE802.3cg), что оказывает влияние на поперечное сечение медных кабелей AWG16 и AWG 18, а в дополнение к стандартным соединителям для SPE могут применяться соединительные блоки.
Кроме того, большое значение имеет взрывобезопасное исполнение в соответствии с IEC/EN 60079-0 и IEC/EN 60079-7. Технология соединения должна обеспечивать соблюдение требований к искробезопасности.
Также автоматизация процессов предусматривает особые решения для дистанционной передачи электропитания. Например, решения на основе SPE в этой области должны обеспечивать эксплуатацию коммутаторов SPE на взрывозащищенных участках. Соответственно, предъявляются более строгие требования к производительности, которые не могут быть полностью соблюдены за счет применения PoDL (PoE для SPE).
Сейчас вопрос состоит в том, какие коммерческие требования необходимо учитывать для развития технологий IIoT и SPE в области автоматизации процессов. И здесь можно сделать смелое заявление: это практически неважно. В спектре решений для промышленной автоматизации на автоматизацию процессов приходится менее 10%. А доля специализированных областей применения, требующих взрывобезопасного исполнения, составляет менее 1%.
Таким образом, предположение о том, что автоматизация процессов определяет развитие SPE, опровергнуто. Итак, в статье нам удалось развеять несколько мифов и прийти к следующим выводам:
- Технология SPE и соединители SPE не имеют никакого отношения к RJ45.
- В процессе стандартизации из множества концепций разных производителей был выбран один соединитель для промышленного применения SPE — IEC 63171-6.
- Автоматизация процессов не определяет развитие SPE. Это особая категория.
Организация SPE Industrial Partner Network e.V., штаб-квартира которой расположена в г. Раден (Германия), является сообществом равноправных компаний-участников, работающих над внедрением технологии однопарного Ethernet с целью успешного развития IIoT. Участники сообщества готовы ответить на любые вопросы будущих пользователей, заинтересованных в развертывании сетей и внедрении устройств SPE.
Источник: https://controlengrussia.com/promy-shlenny-e-seti/odnoparnyj-ethernet/