Single Pair Ethernet ve ASi-5 – Hangi teknoloji ne zaman ve nerede anlamlıdır?

Single Pair Ethernet Nedir?

Single Pair Ethernet (SPE) ile veriler Ethernet üzerinden sadece bir adet bükülmüş tel çift ile aktarılmakta. Şu anda 10Mb/s’den 1GBit/s’e kadar aktarma oranları mümkündür. Buna karşılık şu ana kadar endüstriyel uygulamalarda da kullanılan Ethernet – teknolojisi için iki veya dört adet kablo çiftleri gerekmekte. Single Pair Ethernet`in çift telli tasarımı ile kablolama ağırlığı geleneksel Ethernet kablosu kategorileri ile kıyasla azalmakta. Böylece ağırlık neredeyse yarı yarıya düşmekte.    

 

Single Pair Ethernet ile ayrıca enerji transferin standardizasyonu sağlanmakta. Power over Dataline (PoDL) üzerinden güç aktarımı ile enerji ve veriler, güncel olan Ethernet üzerinden güç standardıyla uyumlu olmayan 50 W’a kadar çıkış ile bir kablo üzerinden gönderilmekte.    

 

Single Pair Ethernet – teknolojisine geçiş sebebi otomobil endüstrisine dayanmaktadır. Çünkü günümüzde kablolama araç ağırlığının önemsiz olmayan bir kısmını oluşturmakta. Endüstride Ethernet ve Single Pair Ethernet veya ASi ile kontrol seviyesi ile alan seviyesi arasındaki boşluk, yani sensör-/aktüatör-bağlantıları kapatılmakta. Bu yüzden SPE kabloları ve konnektörleri şimdiye kadar kullanılan endüstriyel Ethernet-çözümlerine göre oldukça daha küçük, hafif ve kurulumu daha kolay. Ayrıca ASi’de konnektörlere hiç ihtiyaç duyulmamakta.

What is Ethernet-APL?

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) is a technology that was developed primarily for its use in the process industry. In order to access field data via IIoT, interfaces that are compatible with Ethernet are required in the process industry. Ethernet-APL is a special definition of Single Pair Ethernet, which is based on 10Base-T1L and is connected via screw or spring-type terminals.

 

Robustness, simplicity and explosion protection - High requirements of the process industry are met

The Ethernet-Advanced Physical Layer (Ethernet-APL), which is based on Single-Pair Ethernet (SPE), meets the high requirements of the process industry in terms of robustness, simplicity and explosion protection. With Ethernet-APL, data can be transmitted over longer distances of up to 1,000 meters, even under extreme temperatures and harsh environmental conditions. Ethernet-APL is capable of transmitting data at a rate of 10 Mbps with a power supply over two wire lines, making it a cost-effective solution for the process industry. When Ethernet-APL is used in process automation, it can enable seamless integration, monitoring and control of production processes and installations in real time.

 
The cables and terminals used in Ethernet APL technology are certified according to the explosion protection standard and meet the safety requirements in potentially explosive areas.

AS-Interface and APL complement each other well. The intrinsic safety of APL ensures explosion protection.

SPE is Developed by Several Groups

The SPE technology is being developed by different associations for a variety of applications.

Each association has a different focus of work and partners or members from different industries. The following three associations are particularly important in this respect:

 

  • Single Pair Ethernet System Alliance

It is an association of companies committed to the dissemination and development of Single Pair Ethernet solutions. Members work together to raise awareness of the advantages of Single Pair Ethernet in various applications and to promote the diffusion of SPE solutions. The activities of the SPE System Alliance focus on the entire future SPE ecosystem and not on a specific connector system or product.

 

  • Single Pair Ethernet Industrial Partner Network

Founded by seven technology leaders in 2019, the SPE Industrial Partner Network consists of more than 50 member companies. It is an alliance of equal companies pushing Single Pair Ethernet technology as the foundation for rapid growth of the IIoT. The goal of the network is to establish SPE as a new Ethernet technology on the market in the sense of a comprehensive ecosystem with all necessary components.

 

  • Single Pair Ethernet Consortium (SPEC)

The SPEC is a manufacturer-neutral organization for technology leaders and users in the field of building automation technology. One of the consortium's goals is to accelerate the introduction of Single Pair Ethernet in building automation technology and to push the implementation of flexible, cost-effective and reliable network solutions. The production of case studies, white papers, and reference architectures, as well as collaborative partnerships with other SPE initiatives and organizations, are also among the SPEC's goals.

 

Different connector types and standard sections

All associations use different connector types and standard sections that are optimized according to the requirements of the respective industry and application and are often not compatible with each other. A standardization guideline applicable to all that would ensure compatibility of the various devices and systems does not yet exist. Although there are efforts to promote standardization of connectors for SPE solutions, but so far, there is still no solution.

ASi-5 ile Konnektörlere İhtiyaç Yok

En güncel ASi nesli ile günümüzde birçok geleneksel Ethernet-bağlantıları alanda kolaylıkla ve düşük maliyetle kullanılabilmekte. Düşük maliyetlerin yanı sıra ASi’nin sunduğu en büyük avantaj ise, iğneleme teknolojisi sayesinde önden monte edilmiş kablo ve fişlere ihtiyaç duyulmamasıdır.

 

Asi-5 ayrıca endüstri 4.0’ün taleplerine karşılık gelebilmesi için tamamen yeni tasarlanmış bir sistemdir. Yüksek veri genişliği ile kısa devir süreleri sayesinde – otomasyonda birçok Ethernet-bazlı çözümler için oldukça yeterli olan – AS-Arayüzü ile bugüne kadar gerçekleştirilemeyen birçok şey mümkün kılınmaktadır.

 

Bu nedenle günümüzde ASi-5 ile düşük maliyetle ve kolaylıkla geleneksel Ethernet-bağlantıları kullanılabilmektedir. Bunun için size çeşitli çözümler ve aşağıdaki için üç örneği sunmaktayız:

  • SEW MOVIMOT® (BWU4068) için ASi-5 motor modülümüz ile üreticinin sunduğu ve isteğe bağlı satın alınabilen PROFINET–arayüzü ile aynı olan bir veri görüntüsüne erişebiliyorsunuz.   
  • Interroll EC5000 AI (BWU4246BWU4212) için ASi-5 motor modüllerimiz ile üreticinin sunduğu Ethernet–bazlı rol denetleyicinin kontrol verilerin aynısına erişebiliyorsunuz.  
  • ASi-5 IO-Link masterlerimiz (örn. BWU4067BWU3819) ile – IO-Link’in tam kapsamı ile – orta düzeyde bir uygulama ile 50 IO-Link cihazını (karşılaştırılabilen Ethernet-çözümlerine kıyasla) % 40 orana kadar azaltabilirsiniz.

 

ASi-5 hakkında daha fazla bilgi

Asi Kablosu = En Kolay Kurulum + Verimli Enerji Dağılımı

ASi veya ASi-5 ile kanıtlanmış iğneleme teknolojisinden faydalanıyorsunuz. Modüller konnektörsüz basitçe profil kablosuna bağlanabilmekte – maksimum emniyetli temas ile. Profil kablosu kolaylıkla kablo makarasından dilediğiniz uzunlukta alınmakta ve modüller ihtiyaç duyulan yere milimetresine kadar doğru ölçüm ile yerleştirilebilir. Bu esnada ne gereksiz kablo yolları oluşmakta (öncesinde monte edilmiş kablolarda zorunlu olduğu gibi), ne de pahalı fişlere veya T-parçalarına ihtiyaç duyulmamakta.    

 

Diğer avantajları ise tam topoloji özgürlüğün ve verimli enerji dağılımın olması. Siyah profil kablosu kablo kesitine bağlı olarak 16 A veya 20 A – ve böylece tipik yuvarlak kablo – çözümlerine göre oldukça daha fazla enerji aktarmakta.    

 

ASi kablosu hakkında daha fazla bilgi

Resim: Dört adet altın kaplamalı iğne profil kablosuna dikey olarak girerek mükemmel bir temas sağlamakta.

Teknik Anlamda Kıyaslama – Asi-5 ve Single Pair Ethernet

 

Protokol Dönüştürücüsü Yerine Switch

SPE’de – ASi-5’lerden farklı olarak – protokol dönüştürücülerine ihtiyaç duyulmamakta. SPE’nin fiziksel katmanı sayesinde veriler bilgi kaynağında (sensör) düzenli bir protokol ile tutulmakta ve ağ kullanıcısının (bilgisayar) çıkış noktasına kadar Switch üzerinden aktarılmakta. Kayıpları önlemek için bu veriler Switch sistemin ön belleğinde kayıt altına alınmaktadır. ASi-5 ağ geçidi ise entegreli Switch ile akıllı bir ağ kullanıcısıdır. Buna ek olarak üst düzey kontrol için ASi-5 ASIC’deki verilerin ‘‘çevirisi‘‘ yapılıyor. Aynı zamanda veriler – ve teşhis bildirileri – doğrudan ekranda veya uzaktan erişim ile rahatlıkla görüntülenebilir.

Resim: SPE ile tek bir protokol ile tüm seviyelerle iletişime geçilebilir. Böylece ağ geçidine ihtiyaç duyulmamakta ve ara adım olan ‘‘protokol dönüştürücü‘‘ ortadan kalkmakta.

Sonuç: Single Pair Ethernet ve ASi-5

ASi-5 Single Pair Ethernet`in karşılaştırılmasındaki sonuç nedir? Mevcut duruma göre son bir değerlendirme elbette kolay değil. Yine de bazı bilgiler verilebilir:

  • ‘’Ethernet için yalın, hafif ama aynı zamanda da güçlü bir altyapıya ihtiyaç vardı. Endüstrinin saha seviyesinin dijitalleşmesi ve böylece IIoT’ye geçişin sağlanması için ince, hafif ama aynı zamanda da güçlü bir Ethernet altyapısına ihtiyaç duyulmaktaydı’’.
    (Kaynak: single-pair-ethernet.com)
  • Single Pair Ethernet; yüksek veri genişliği, yüksek veri miktarları ve bir protokol dönüştürücüsü yerine Switch özelliği ile ön plandadır.

  • Asi; makine ve tesislerin tipik saha uygulamaları için geliştirildi ve bu özelliği ile ön plandadır.

  • ASi-5 günümüzde sahada birçok uygulamada geleneksel Ethernet’in yerini almakta, örn.: sürücü teknolojisinde veya IO-Link’de.
  • SPE ve ASi ince, hafif ama aynı zamanda da güçlü bir altyapıları sayesinde sahada Ethernet’i mantıklı bir şekilde tamamlama fırsatına sahipler. 

Single Pair Ethernet Hakkında Sorular

Users have a choice: Shielded/unshielded options are available for each SPE standard. However, these cable variants are not necessarily mentioned in the specifications. Depending on the standard, which in turn determines the speed, the cable length can be significantly increased by using a shielded SPE cable. For example, from 15 m (unshielded) to 40 m (shielded) at 1 Gbit/s as defined by 1000BASE-T1 or IEEE 802.3bp.

The SPE System Alliance consortium makes the following statement on its homepage (singlepairethernet.com): "A complete 360° enclosed stainless steel sheath surrounding the entire connector [SPE] provides excellent electromagnetic compatibility (EMC)." It can therefore be assumed that SPE is EMC-resistant in the industrial environment, especially with the connector and cable shielding mentioned above. Due to the current stage of development, no further details are available.

SPE uses the so-called multidrop method, which does not exist in conventional Ethernet. This means that the reach is shorter with SPE, but also that only simple T-pieces without switches are required. Moreover, the cables and connectors are significantly smaller with SPE.

Since PROFINET is an Ethernet-based protocol, it can basically be transmitted via SPE. SPE is just a new physical layer, i.e., new hardware for the transfer of information from protocols such as Ethernet.

 

The different physical layers are connected via a switch to enable them to communicate with each other.

Due to the current stage of development, no precise details have been published to date. However, it can be assumed that the wiring in such an application scenario is based on the implementation using conventional Ethernet.

 

It would make sense to connect a switch with 32 ports, each with the data rate of 10 Mbit/s, to a control system via a 1 Gbit/s port. This is the only way to ensure that every port can use the full bandwidth at all times. Most SPE applications in the field could be a combination of switches and point-to-point connections. The point-to-point connections, each limited to 1,000 m in length, would connect the attached sensors to the switch

SPE and ASi-5 both offer a lean, lightweight, yet powerful infrastructure. As a result, they make Ethernet in the field superfluous in many aspects. At the same time, SPE and ASi-5 make it easier for the industry to digitize the field level – and thus take the step towards IIoT.

10 Mbit/sn ile SPE’nin standart veri aktarım hızı nasıl tanımlanmıştır? Kullanıcıların (örn.: çok bağlantılı) bağlanmaları için kurallar nasıl tanımlanmıştır?    

 

 İlişkili standart IEEE 802.3cg.‘dir ve bunları içermekte:

  • 25 m kanalında ve maks. 8 kullanıcı ile bir ShortReac kanalı (çoklu noktayı gösteren nokta) ve
  •   1.000 m kanal uzunluğuna kadar klasik bir noktadan noktaya kanalı.

Ürünlerimiz ve çözümlerimiz hakkında sorularınız mı var?

ASi – A resource-saving technology

Thanks to the greatly reduced wiring effort with AS-Interface, you save assembly and material costs. This saves valuable resources.

 

More information!