Развитие однопарного Ethernet

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.

Рис. 1. Разработка IEC 63171-6 — универсального стандарта для однопарного Ethernet

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.

Рис. 2. SPE-решения HARTING

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.

Мы предоставляем рекомендации по реализации перспективных решений IIoT и являемся центральной платформой для получения информации и обмена знаниями и опытом.