Blog

Por Chang Zeng 

Prepárese para conducir IIoT con Ethernet de par único: del sensor a la nube
En los últimos 20 años, el ethernet se ha infiltrado cada vez más en la fábrica como el medio principal para conectar sistemas de automatización y transmitir datos de campo a la red. Ahora el ámbito industrial está experimentando otra revolución con la Industria 4.0 y IIoT mediante la cual los datos en tiempo real de sensores y actuadores conectados se están monitoreando, compartiendo y analizando. Esto permite avances como la inteligencia artificial, el aprendizaje automático y la tecnología gemela digital que evitan el tiempo de inactividad a través del mantenimiento predictivo y optimizan la productividad a través de pronósticos automatizados y gestión de inventario.

Como los sistemas tradicionales de control distribuido son reemplazados por la automatización, solo una tecnología de capa física está posicionada para ofrecer una reducción significativa de costos, ahorro de espacio, mayor cobertura y un mejor rendimiento. Esa tecnología es Single-Pair Ethernet (SPE), y exige una acción inmediata por parte de quienes desarrollan las fábricas del futuro.

¿Por qué SPE, por qué ahora?
Los protocolos Ethernet industriales como Modbus TCP / IP, EtherCat, EtherNet / IP y Profinet han mejorado significativamente la comunicación en los niveles de enrutamiento y supervisión, pero gran parte de la comunicación de dispositivo a dispositivo en el campo / nivel de E / S ha dependido durante mucho tiempo de los protocolos tradicionales de Fieldbus como Profibus, AS-Interface, Modbus, CANOpen, DeviceNet, CC-Link e IO-Link que generalmente requieren múltiples plantas de cableado segregadas y patentadas.

Los protocolos tradicionales de Fieldbus se han promocionado durante mucho tiempo por su transferencia y determinismo sensibles al tiempo para garantizar que la información correcta se envíe y reciba cuando y donde sea necesario, lo cual es crítico para la comunicación en aplicaciones de control industrial y automotriz. Sin embargo, el desarrollo de redes sensibles al tiempo (TSN) por parte del IEEE aborda estas necesidades a través de la sincronización horaria y la comunicación determinista a través de Ethernet estándar.

Con grandes aumentos en el número de sensores y actuadores a nivel de campo / IO y la creciente demanda de más información, los protocolos tradicionales de Fieldbus se están convirtiendo rápidamente en el cuello de botella dentro del entorno de automatización, completando  10 a 12 Mbps con longitudes de enlace limitadas. A medida que se integran más enlaces dentro de los sistemas y la maquinaria de automatización, los voluminosos cables Fieldbus ocupan demasiado espacio y vienen con una instalación costosa y desafiante (a menudo en ductos llenos).

Con la introducción de SPE, junto con la capacidad de TSN, es el momento adecuado para una red Ethernet estándar de extremo a extremo y una comunicación totalmente digitalizada. El usuario final obtiene importantes beneficios al habilitar cantidades masivas de sensores, actuadores y módulos de E / S a nivel de campo, alimentando datos desde el campo a controladores lógicos programables (PLC), sistemas de ejecución de fabricación y en la red troncal de la empresa de fábrica al nube simultáneamente en tiempo real

6 ventajas de Ethernet de un solo par
Con una red Ethernet desde el sensor hasta la nube, SPE y TSN permiten el control sobre todos los componentes en red para impulsar la implementación de IIoT dentro del entorno industrial. También apuntan a reducir el CapEx en un 80% mientras brindan ahorros operativos a largo plazo a través de una variedad de beneficios.

1. Los cables compactos y más livianos con un 50% menos de peso y huella que los cables Fieldbus tradicionales ahorran espacio dentro de los robots y dentro de paredes y pisos, al tiempo que permiten una infraestructura más ordenada y definida y reducen los requisitos de control de potencia y temperatura.
2. Una instalación más rápida y fácil reduce los costos de material y mano de obra para las nuevas construcciones de fábrica, permitiendo que los dispositivos de campo, sensores y actuadores se integren fácilmente en el entorno Ethernet existente sin puertas de enlace e interfaces adicionales.
3. Potencial para un alcance 10 veces mejor y cobertura del dispositivo con la capacidad de soportar 10Mbps a distancias de hasta 1000 metros y 10 veces el rendimiento de transmisión con opciones existentes para 1Gbps y multi-gigabit en el horizonte.
4. Topologías de bus sin líneas de alimentación adicionales a través de segmentos cortos de enlaces multipunto combinados con Power over Data Lines (PoDL).
5. Distribución de línea pasiva simple y rentable con el potencial para compartir cables donde el cable de par trenzado común permite cuatro canales SPE en un cable.
6. Cable y conectividad basados ​​en estándares conocidos con interfaces de conector M8 y M12 intercambiables enchufables que cumplen con el M2I2C2E2 / M3I3C3E3 establecido

Incremento rápido
El Ethernet de un solo par fue impulsado principalmente por la industria automotriz debido a la necesidad de cables más pequeños, livianos y de gran ancho de banda utilizados en los sistemas de arnés de vehículos. Los primeros estándares SPE como 1000BASE-T1 (2015 IEEE 802.3bw) y 1000BASE-T1 (2016 IEEE 802.3bu) incluyeron TSN que ofrecía baja latencia determinista y PoDL para la alimentación remota de dispositivos.

El mundo de la automatización industrial y de procesos tomó nota de estos logros de SPE, y se formó el grupo IEEE P802.3cg 10Mbps Single-Pair Ethernet Task Force. El objetivo era desarrollar 10BASE-T1S de corto alcance que soporte 10 Mbps a al menos 15 metros y 10BASE-T1L de largo alcance a al menos 1000 metros, que son una alternativa atractiva a los protocolos de Fieldbus tradicionales e ideales para conectar IIoT de baja velocidad y Dispositivos IoT. Ahora, el equipo de trabajo IEEE 802.3ch está desarrollando SPE de 2.5 gigas (2.5, 5 y 10 Gbps) y se espera que esté listo en los próximos años.

La demanda del mercado, combinada con el desarrollo de los estándares, significa un futuro muy brillante para SPE que conducirá a Ethernet industrial más que superar las comunicaciones tradicionales de Fieldbus en los próximos cinco años. Belden proyecta una alta tasa de aceleración para SPE de 2 a 3 millones de nodos de instalación en los primeros cinco años, seguido de un crecimiento exponencial.

Hora de actuar
El auge de los dispositivos inteligentes conectados conectados por Industry 4.0 e IIoT, respaldados por una capa física SPE, ofrecerá una reducción significativa de costos, ahorro de espacio, mayor cobertura y un mejor rendimiento.

Las partes interesadas clave en toda la cadena de valor, desde los desarrolladores de sensores y actuadores hasta los innovadores de automatización y robótica y aquellos que buscan construir la próxima fábrica inteligente, necesitan un socio líder en la industria con la experiencia en ingeniería, productos y aplicaciones para desarrollar un solución completa de SPE de extremo a extremo. Ese compañero es Belden.

Cuando se trata de transmisiones de señal, Belden es el proveedor número uno de soluciones. Junto con el desarrollo del cable más avanzado del mercado, estamos invirtiendo en el desarrollo del cable complementario.
Infraestructura SPE.

Ya sea que esté involucrado en el desarrollo de las tecnologías que recopilarán, analizarán y procesarán datos de campo en tiempo real, o en el diseño de la robótica inteligente, las máquinas y los equipos de automatización que responderán a esos datos y optimizarán la producción, Belden quiere conocer sus desafíos específicos y objetivo para ayudarlo a adelantarse a la competencia. Juntos, podemos formar un ecosistema asociado para impulsar IIoT con SPE, desde el sensor hasta la nube.

toda la información es propiedad de Belden y cuenta con todos los derechos reservados.

esta es una traducción y adaptación de https://www.belden.com/blog/industrial-ethernet/six-advantages-of-single-pair-ethernet