Autore: Ben Morgan, leader del segmento di prodotti per connettori SPE in Farnell

È possibile capire il successo di una tecnologia di rete in base alla sua evoluzione. Ad esempio, Ethernet è ancora in fase di aggiornamento nonostante i suoi principi di base siano stati sviluppati mezzo secolo fa. La sua ultima variante, Single Pair Ethernet (SPE), estende il suo raggio d’azione a automobili, fabbriche, industrie di processo e non solo. L’innovazione chiave che guida l’adozione di SPE in questi mercati? Dimezzare il numero di conduttori necessari in un cavo Ethernet.

Questo semplice cambiamento sta avendo un profondo effetto sull’utilità di Ethernet. Le prime implementazioni dello standard utilizzavano cavi coassiali spessi come portante fisico. Alla fine, il portatore fisico di Ethernet si è evoluto nella forma che vediamo oggi – fino a otto conduttori, ciascuno isolato e poi intrecciato in coppie – tutti incapsulati in un’unica guaina piuttosto ingombrante. Questo cavo, di solito grigio, è visibile nei rack di rete in tutto il mondo. Tuttavia, il formato ha avuto meno successo nelle applicazioni industriali. Questo sta diventando un problema poiché le organizzazioni implementano strategie IIoT (Industrial Internet of Things) nelle loro operazioni.

La promessa dell’IIoT è una gestione molto più intelligente dei processi fisici grazie a una strumentazione completa resa possibile da sensori ampiamente distribuiti e un controllo migliorato reso possibile dall’analisi basata su cloud e dagli attuatori distribuiti. Ogni sensore e attuatore necessita di una connessione di rete e, in molti casi, questi collegamenti sono stati implementati utilizzando una torre di Babel di standard di rete sul campo, da CANbus a Wi-Fi. L’integrazione di sensori, attuatori e analisi del cloud ha spesso comportato l’utilizzo di un gran numero di gateway e ripetitori solo per far fluire i dati. In molti casi, l’implementazione di una strategia IIoT ha comportato anche la distribuzione degli alimentatori, aggravando il problema dell’instradamento dei cavi.

Cos’è SPE?

SPE, nella sua forma più basilare, è ciò che suggerisce il suo nome: Due conduttori intrecciati e incapsulati in un’unica guaina per cavi sottile, leggera e flessibile. Le varianti dello standard SPE (sottoinsiemi dello standard IEEE 802.3) offrono compromessi tra velocità di trasferimento dati fino a 1 Gbit/s, ideale per l’uso in ambienti ricchi di dati, e distanze di trasmissione fino a 1000 m, ideale per l’uso in strutture di grandi dimensioni. Esistono anche varianti dello standard SPE in grado di fornire potenza ai nodi finali, utilizzando una strategia nota come Power over Data Lines (PoDL). Nella sua forma a due fili, un collegamento SPE con un driver adatto può erogare fino a 50 W a un nodo terminale. [Esiste una variante dello standard che aggiunge un’altra coppia di conduttori per consentire un’erogazione di potenza fino a 400 W.]

SPE si sta evolvendo rapidamente, ma ecco alcune delle varianti più consolidate dello standard.

100BASE-T1 è progettato per l’uso in ambienti automobilistici su un singolo cavo a doppino intrecciato bilanciato e supporta velocità di trasferimento dati bidirezionali fino a 100 Mbit/s su 15 m o fino a 40 m utilizzando cavi schermati.

10BASE-T1S è una variante a corto raggio di SPE che consente una topologia di rete multi-drop, in cui tutti i nodi sono collegati tramite un cavo a doppino intrecciato non schermato lungo fino a 25 m.

10BASE-T1L è una variante a lungo raggio che consente l’uso dell’infrastruttura a due fili esistente fino a 1000 m a velocità di trasferimento dati fino a 10 Mbit/s. 10BASE-T1L funziona con una coppia bilanciata di conduttori, ma potrebbe essere necessario un cavo schermato in ambienti elettricamente rumorosi.

I vantaggi di SPE

Uno dei principali vantaggi dell’utilizzo di SPE nell’IIoT è che può eliminare la «Torre di Babele» di approcci di connettività e standard di rete concorrenti spesso presenti nelle attuali implementazioni industriali. La connettività TCP/IP può essere invece raggiunta in tutta la struttura, fornendo anche al nodo sensore più lontano il proprio indirizzo IP e gestendo i dati come pacchetti IP da quel nodo al cloud e viceversa in un ambiente di rete coerente. SPE offre anche velocità di trasferimento dati e latenze sufficientemente basse da consentire l’implementazione di strategie di networking sensibili al fattore tempo, importanti per l’automazione di fabbrica e applicazioni simili.

L’implementazione è più semplice con SPE rispetto ai cavi Ethernet standard a quattro o otto conduttori, grazie alla combinazione di cavi più piccoli, connettori più piccoli e alimentazione PoDL. I cavi più leggeri saranno più facili da installare su percorsi lunghi rispetto a quelli Ethernet standard, mentre la più sottile dei cavi SPE è un vantaggio quando vengono instradati attraverso canali stretti all’interno dei macchinari. SPE è anche un approccio di rete più sostenibile rispetto alle alternative, poiché utilizza meno materiale e semplifica l’erogazione di energia ai nodi remoti.

Esame SPE per applicazioni IIoT

SPE presenta vantaggi specifici in una varietà di applicazioni IIoT. Nel settore automobilistico, ad esempio, la versione a corto raggio di SPE è in fase di valutazione per l’uso nei cablaggi come alternativa a CAN, FlexRay e altri sistemi bus, per trasportare funzioni di sicurezza, controllo e dati di comunicazione su una singola rete Ethernet.

Nelle applicazioni industriali, SPE è in grado di integrare sensori remoti, attuatori e dispositivi di campo in un ambiente Ethernet esistente, senza la necessità di gateway o interfacce con altre implementazioni di rete sul campo.

Nell’automazione degli edifici, SPE consente un’integrazione simile di nodi come sensori, interruttori e termostati in una rete IP end-to-end che può essere collegata al sistema di gestione degli edifici tramite la rete locale dell’edificio. Il fattore di forma di SPE (cavi sottili e flessibili e connettori di piccole dimensioni) semplifica l’installazione e la manutenzione rispetto alle reti di campo concorrenti. Potrebbe essere possibile riutilizzare i percorsi dei cavi a due fili già esistenti in un edificio per trasportare il traffico di rete SPE.

SPE può essere applicato anche all’industria di processo in cui la sicurezza richiede un’attenta gestione. Una variante dello standard, nota come Ethernet Advanced Physical Layer o Ethernet APL, combina il funzionamento a due fili di SPE con gli standard esistenti per una connettività Ethernet intrinsecamente sicura per consentirne l’uso in ambienti potenzialmente pericolosi.

Conclusione

Il futuro della connettività di rete industriale risiede in SPE. In qualità di progettista IoT, conosci la difficoltà di bilanciare i limiti di spazio con la crescente richiesta di dati. SPE è una tecnologia compatta ed efficiente che offre prestazioni Ethernet complete con un singolo cavo a doppino intrecciato.

Semplificare la connettività per le applicazioni IIoT con la tecnologia SPE non è una soluzione emergente. È disponibile   ora e nel prossimo futuro e rappresenta l’approccio alle BEST practice per il networking. SPE è davvero la nuova generazione di Ethernet, con caratteristiche ideali per la comunicazione in ambienti industriali, di produzione e automobilistici. E con l’introduzione di nuovi standard negli ultimi anni, numerosi fornitori, tra cui Amphenol, ADI, Harting, Microchip, Molex, Phoenix, te Connectivity, Weidmuller e Wurth Electronik, hanno iniziato a lanciare prodotti SPE di nuova generazione, tutti ora forniti da Farnell.

Per scoprire in che modo SPE può risolvere le sfide attuali e future della progettazione, visita la landing page dedicata di Farnell,