Single Pair Ethernet: la infraestructura de red para el IoT Industrial

Single Pair Ethernet

Single Pair Ethernet (SPE) es la transmisión paralela de datos y energía a través de un solo par trenzado utilizando Power over Data Line (PoDL). SPE permite la comunicación IP continua entre el servidor y la nube, así como el suministro de energía en soluciones complejas de Internet de las Cosas Industrial (IIoT). SPE representa el próximo hito en la tecnología de redes y seguramente revolucionará el mercado.


La idea de Ethernet de un solo par: alto rendimiento y poco cableado

El impulso para el desarrollo de la tecnología SPE proviene de la industria del automóvil. Actualmente, el cableado representa una gran parte del peso del vehículo. Para que los vehículos sean más ligeros y, por tanto, más económicos, se necesita una infraestructura de cableado más eficiente que consiga el máximo rendimiento con el menor número de cables posible.

Este estándar tecnológico permite el suministro de energía y la transmisión de datos con velocidades de transmisión (AWG 22 o AWG 26) de 1 Gbit/s (hasta 40 m) o una velocidad de datos de 10 Mbit/s (AG 18) hasta 1.000 metros de distancia. Esto hace que sea ideal para aplicaciones en ingeniería mecánica y de plantas, tecnología de procesos, así como infraestructura de edificios, para llevar Ethernet al nivel de los sensores y permitir una comunicación consistente.

Solución prometedora para la Industria 4.0 y el IoT

Las altas velocidades de transmisión y las longitudes de los cables son solo algunas de las ventajas del uso industrial de SPE. Los cables delgados requieren menos espacio, permiten radios de curvatura más pequeños y utilizan menos recursos (plástico y cobre). También son adecuados para los sensores más pequeños, ya que los enchufes y las tomas de corriente requieren menos espacio. Los datos y la alimentación de hasta 50 W pueden circular por el par de cables común con Power Over Data Line (PoDL).

Si se necesita más potencia en una zona, por ejemplo, en extensas plantas de tecnología de procesos, existen soluciones híbridas de cuatro núcleos para el suministro de datos y energía. Así, se pueden transmitir hasta 96 W (a 24 V) o hasta 392 W (a 48 V) a través de dos núcleos de alimentación adicionales. Dado que ya existen los correspondientes conectores estandarizados, el rumbo está marcado para un nivel de campo inteligente y una comunicación continua a través de Ethernet desde la nube hasta el sensor más pequeño.

«Single Pair Ethernet es una de las megatendencias en la transmisión de datos industriales. SPE no define nuevas velocidades y distancias de transmisión, sino que constituye el marco normativo para reducir el cableado en función de la aplicación», sostuvo Torsten Janwlecke, Presidente del Área de Conectores de Dispositivos de Phoenix Contact.

Amplia gama de aplicaciones industriales

Ecosistema SPE

Todos los sectores de la industria pueden beneficiarse de la tecnología SPE, ya que el número de dispositivos finales inteligentes está aumentando considerablemente en el ámbito de las instalaciones. SPE permite una conexión continua desde el sensor hasta la nube y prácticamente en todas las aplicaciones: incluyendo la industria, la logística, la ingeniería de servicios de construcción, o dondequiera que se envíen y reciban datos.

«El diseño compacto, las dimensiones miniaturizadas, la importante reducción de peso y las sencillas opciones de conexión hacen que la tecnología SPE sea también interesante para la tecnología de automatización, el cableado de edificios, la tecnología ferroviaria y muchas otras aplicaciones», consideró Florian Gärtner, miembro de la SPE System Alliance.

Normalización uniforme para la infraestructura Single Pair Ethernet

Las especificaciones que debe cumplir la infraestructura SPE se definen en normas como IEEE o ISO/IEC. Según estas normas, la transmisión segura comienza con un procesador y se extiende a la placa de circuito y a los distintos componentes. Al contrario de lo que se suele decir, la estandarización en este entorno garantiza la conexión completa de los componentes pasivos y activos cumpliendo todos los requisitos.

SPE Industrial Partner Network

La SPE Industrial Partner Network es una asociación igualitaria de empresas que promueven la tecnología Single Pair Ethernet como base para un crecimiento rápido y exitoso del IIoT (Industrial Ethernet of Things). Esta sólida red de socios apoya la interfaz industrial T1 según la norma IEC 63171-6 como interfaz dependiente del medio (MDI) uniforme, tal y como la definen la ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 y la TIA42 en 2018. Para el establecimiento fiable de todo el futuro ecosistema de la SPE, también se apoyan conjuntamente los estándares para los protocolos de transmisión, el cableado y los componentes de los dispositivos. Por lo tanto, todos los miembros del programa de socios, así como el ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3, están en estrecho intercambio y cooperación intensiva con el IEEE 802.3 y el IEC SC46C para los estándares de transmisión uniformes y los cables de datos de cobre.

SPE System Alliance

Para que la tecnología SPE se establezca de forma óptima en el mercado, es necesario definir conectores y componentes uniformes para la infraestructura. Por eso, empresas tecnológicas líderes de diversos campos se han unido en la SPE System Alliance para desarrollar componentes para la tecnología SPE. Entre ellas se encuentran empresas de la industria de los conectores, la tecnología de la automatización, la tecnología de los sensores, así como fabricantes de chips, fabricantes de interruptores, fabricantes de dispositivos de medición, la industria del cable y el sector de la educación online.

«Nuestra cooperación en materia de normalización crea seguridad. Sobre la base de interfaces estandarizadas, los usuarios de todo el mundo pueden construir estructuras de red y de cableado eficientes desde el sensor hasta el nivel de control y desde la empresa hasta la nube», valoró Torsten Janwlecke.

El aporte de HELUKABELHELUKAT SPE

El especialista en cables y líder en innovación Helukabel, está convencido del potencial de esta nueva tecnología de transmisión y participa en la “Red de Socios Industriales” SPE desde noviembre de 2019. Consecuentemente, la empresa se encuentra trabajando en:

1) La producción de cables con tecnología SPE para instalaciones fijas (según IEC 61156-11 (corta distancia), IEC 61156-13 (larga distancia)), aplicaciones flexibles (según IEC 61156-12 (corta distancia) / IEC 61156-14 (larga distancia)). IEC 61156-12 (corta distancia) / IEC 61156-14 (larga distancia)), aplicación altamente flexible (según IEC 61156-12/ IEC 61156-14 ). Disponibles con material de cubierta de PVC, FRNC, PUR, FEP.

2) Centro de I+D para soluciones personalizadas, incluyendo pequeñas cantidades

3) Centro de Competencia de Pruebas de Producto (Cadena de Arrastre, Torsión, Torre de Pruebas WK, Ciclos de Temperatura, Ignifugación según UL/CSA, VDE y HAR)

Conectores SPE de Phoenix Contact

Conectores SPE Phoenix ContactPhoenix Contact, que integra la SPE System Alliance, presenta conectores para equipos y cables compactos para el Single Pair Ethernet. Las interfases SPE normalizadas resultan ideales para la transmisión de datos eficiente en la automatización de fábricas y procesos. Los conectores IP20 y patch cable para SPE permiten una transmisión de datos eficiente en numerosas industrias y sectores, como la automatización de fábricas y edificios. Los conectores para equipos M8 transmiten datos y potencia en un par de hilos de forma rápida y segura desde el nivel de campo hasta la nube.

Sus ventajas:

  • Seguridad para el futuro: conectores y cables normalizados según IEC 63171-2 (IP20) e IEC 63171-5 (IP67)
  • En distintas aplicaciones: alcance de hasta 1000 m, velocidad de transmisión de datos hasta 1 GBit/s y potencias hasta 50 W
  • Cableado eficiente: Plug & Play también en infraestructuras de cableado existentes
  • Compactos: las caras enchufables para puertos simples y múltiples permiten densidades de empaquetado elevadas
  • Fácil integración: variantes de conectores macho y hembra para sensores inductivos establecidos y conexiones aéreas

Caras enchufables normalizadas como base para la comunicación de red del futuroUna cara enchufable normalizada constituye la base de la conexión en red sin barreras entre los componentes, los cables y los conectores más diversos. En este sentido, Phoenix Contact impulsa de manera sustancial el desarrollo de una cara enchufable normalizada, con los conectores IP20 y hasta IP6x. A largo plazo, el SPE sustituirá a los sistemas de bus de serie clásicos. Emplee una cara enchufable multifuncional, ya sea en la oficina o incluso hasta en el sensor.

Cara enchufable M1 I1 C1 E1 según IEC 63171-2Cara enchufable M1 I1 C1 E1

Para el cableado de edificios, la cara enchufable M1 I1 C1 E1 se ha desarrollado según IEC 63171-2. Esta cara enchufable permite conectar en la infraestructura pasiva existente un número de equipos hasta cuatro veces superior. Este estándar se emplea a menudo en los edificios de oficinas.

Cara enchufable M2/3 I2/3 C2/3 E2/3

Cara enchufable M2-3 I2-3 C2-3 E2-3 según IEC 63171-5En las aplicaciones industriales, incluso en el caso de una aplicación en campo difícil, se ha impuesto la cara enchufable M2/3 I2/3 C2/3 E2/3 según IEC 63171-5. La cara enchufable se puede integrar en todas las variantes de conectores normalizadas y habituales en el mercado.

Single Pair Ethernet constituye la base de toda comunicación basada en Ethernet. Incorpora nuevos campos de aplicación y permite una comunicación inteligente de los equipos. Las buenas propiedades de transmisión, incluso en tramos largos, hacen que el SPE respalde de forma óptima la comunicación de red del futuro. En la tendencia hacia el uso de equipos en miniatura y que cuidan los recursos, el SPE le ofrece más espacio para su sistema electrónico gracias a los cables que permiten el ahorro de espacio.

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