Alleantia - NewsRoom

SPE, Single Pair Ethernet: dal campo all'IoT

Sep 1, 2021 9:49:34 AM / by Alleantia Guru

SPE_Blog
Con la crescita dell'IoT sta aumentando la necessità, nel mondo della connettività, di lavorare sulla trasmissione dell'energia, e dei dati, contemporaneamente.
Il crescente livello di digitalizzazione degli impianti industriali richiede un ulteriore sviluppo del cablaggio Ethernet esistente. Per i sensori e le unità di controllo modulari locali, in particolare, i concetti di cablaggio convenzionali non sono più in grado di soddisfare i nuovi requisiti in termini di spazio e impegno di installazione.
 
Con SPE per la prima volta è possibile parlare la lingua del cloud con ogni sensore, anche i più sottili e miniaturizzati. Il livello di campo e tutti i suoi partecipanti diventano capaci in tempo reale, intelligenti e quindi parte dell'IIoT.
 
Nell'ambito industriale, che guarda verso l'IIoT (Industrial Internet of Things) e l'industria 4.0, i requisiti e le performance dei prodotti sono cambiati e la componentistica elettronica deve necessariamente essere più veloce e far risparmiare spazio. E' in questo mondo che nasce il Single Pair Ethernet (SPE).
 
La rete Ethernet, creata negli anni ’70 da un team di ricercatori dello Xerox Parc e ratificata dalla IEEE come standard nel 1983, è diventata la tecnologia LAN dominante e ancora oggi continua a evolversi con molteplici varianti per tipologie di applicazioni differenti. Come data rate, si è passati dai 10Mbps del 1983 ai 100Mbps della versione Fast del 1995, fino ai terabit ipotizzati per il prossimo futuro.
 
I diversi standard definiscono oltre a data rate e distanza massima, anche il tipo di cavo da utilizzare. Per esempio per Ethernet 10Base-T a 10Mbps per 100m, si indicano i cavi Cat 3 o Cat 5 UTP, dove, come noto, la sigla UTP sta per Unshielded Twisted Pair, e la lettera “T” evidenzia la tecnologia “Ethernet over twisted pair”, cioè l’uso di cavi con doppini ritorti come layer fisico della rete, a differenza delle reti in fibra ottica, in cui si avrebbe per esempio l’indicazione SR e LR, per fibre ottiche Short Range e Long Range.
 
Twisted pair e cabling

Un moderno cavo Ethernet twisted pair, per esempio un Cat 5, contiene 8 conduttori, organizzati in 4 coppie, e se tutti gli 8 conduttori sono usati per Ethernet gigabit, solo quattro sono necessari (required) per 10Base-T a 10Mbps e 100Base-T/Fast Ethernet a 100Mbps. Le due citate versioni di Ethernet richiedono solo 2 coppie per operare, di fatto due canali simplex, una coppia per trasmettere i dati e l’altra per riceverli, i pin 1-2 e 3-6 del connettore 8P8C, ed è possibile, ma non standard compliant, utilizzare le altre 2 coppie (pin 4-5, 7-8) per Power over Ethernet, per un secondo 10BASE-T o 100BASE-T. Il riferimento al connettore 8P8C, per quanto corretto, è inusuale dato che per Ethernet il termine più usato è RJ45, Registered Jack standard number 45.
 
SPE, gli obiettivi

Collegamenti che prevedono un solo doppino non sono una novità assoluta, e al riguardo basta ricordare RS232 e CAN, le cui limitate performance, pur abbinate a semplicità a basso costo, sono state sufficienti per molteplici applicazioni. Ma con Single Pair Ethernet si vogliono creare le basi per un’infrastruttura che semplichi e migliori le applicazioni IIoT e Industry 4.0, e l’interesse delle aziende è comprovato da iniziative congiunte, come nel caso dello SPE Industrial Partner Network che vede come membri fondatori illustri.
 
I connettori per SPE

Il raggiungimento degli obiettivi della tecnologia Single Pair Ethernet impone la definizione di elementi di connessione coerenti con un cablaggio più agile e leggero. Da parte di ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 (standard per customer premises cabling) e TIA (Telecommunications Industry Association) era stato avviato dal 2018 un processo di selezione internazionale per definire interfacce uniformi, cui hanno partecipato più di 20 comitati di esperti nazionali. Come risultato, hanno prervalso e sono state selezionate due interfacce plug-in: per il cablaggio degli edifici è stata scelta la proposta di CommScope, e per le applicazioni industriali la proposta di Harting. In dettaglio, l’interfaccia selezionata per le applicazioni industriali, ora standard IEC 63171-6, si basa sul design del connettore industriale Harting T1, progettato per garantire i data rate SPE e con caratteristiche adeguate alla realizzazione di un’infrastruttura per l'intero ecosistema IIoT. Il frontale di accoppiamento o innesto è stato concepito per essere incorporato in connettori con più livelli MICE (Mechanical shock/vibration resistance, Ingress protection, Chemical resistance, EMC compatibilità): MICE Level 1, che corrisponde a IP20, per ambientazioni office standard; MICE Level 2 per implementazioni rugged con protezioni addizionali per ambientazioni factory floor; MICE Level 3, per connettori completamente protetti per applicazioni outdoor e per le ambientazioni industriali più gravose; per questo livello MICE, la “mating face” può essere incorporata in prodotti M8 o M12 completamente sigillati, e sono state annunciate versioni M8/M12 push/pull per una veloce connessione. In sostanza, la soluzione di Harting T1 può essere usata con una varietà di housing per connettori, per soddisfare differenti requisiti applicativi, da IP20 fino a IP65/67. L’ecosistema SPR ha quindi preso forma, ora è il mercato che deve decidere i suoi orientamenti.
 

Tags: IIoT, industria40, alleantia40, ethernet, spe

Alleantia Guru

Written by Alleantia Guru

Subscribe to Email Updates

Lists by Topic

see all

Posts by Topic

See all

Recent Posts