دستگاه های متصل با عملکردهای سنجش و کنترل پیشرفته به طور فزاینده ای در کاربردهای صنعتی رایج می شوند و مفهوم اتصال صنعتی را در طول اتصال آنها به وجود می آورند. چه با سیم و چه بی سیم، بهبود کارایی اتوماسیون به یک اولویت تبدیل شده است. تراکم بالای دستگاه های حسگر و کنترل به طور طبیعی منجر به افزایش اتصال می شود. اگرچه شبکه‌های بی‌سیم صنعتی می‌توانند برخی از چالش‌های اتصال را تا حدودی برطرف کنند، اما معمولاً به نوعی اتصال فیزیکی نیاز دارند و شبکه‌های بی‌سیم برای همه محیط‌های صنعتی مناسب نیستند.
ظهور اترنت تک-جفتی (SPE) در سناریوهای صنعتی
در اتصال متقابل ذکر شده در بالا، یک اتصال اترنت ممکن است برای اترنت سریع 100 مگابیت در ثانیه یا حتی اترنت گیگابیت بر ثانیه به سیم های متعدد نیاز داشته باشد. اشکالاتی مانند پیچیدگی، هزینه بالا و ناتوانی در اطمینان از تبادل به موقع اطلاعات جمع آوری شده توسط حسگرها، انتظارات اتصال صنعتی را برآورده نمی کند.
فناوری اترنت تک-جفتی یک فناوری اتصال است که می‌تواند در فواصل کوتاه به سرعت ۱ گیگابیت بر ثانیه دست یابد و ارتباط دو طرفه-را امکان‌پذیر سازد. در ابتدا، این فناوری اتصال به طور گسترده در کاربردهای خودرو مورد استفاده قرار گرفت. طبق استاندارد انتقال IEEE 802.3، فناوری اترنت تک جفتی-در خودروهای نسل جدید{7} ادغام شده است و جایگزین CAN و سایر سیستم های اتوبوس می شود. این فناوری می تواند کنترل، ارتباطات و عملکردهای ایمنی مختلف را برای کار بر روی اترنت متحد کند که دقیقاً نیازهای اتصال اتوماسیون صنعتی را برآورده می کند.
مستقیم ترین عامل محرک برای معرفی اترنت یک زوج-در سناریوهای صنعتی، پاسخگویی به تقاضا برای ارتباط دو طرفه{1} کارآمد در برنامه ها است. سرعت اتصال 1 گیگابیت بر ثانیه اتصالات امن{4}زمان واقعی از دستگاه ها به زیرساخت و از دستگاه ها به ابر را امکان پذیر می کند. فراتر از هزینه و سهولت استفاده، بهبود تجزیه و تحلیل داده های حسگر و تسریع در پاسخ به خطا به تنهایی آن را بسیار جذاب کرده است.
مزایای اترنت تک-جفتی چیست؟
اولاً، نیازی به مقایسه اترنت تک-جفتی با اتصالات بی‌سیم، که در سناریوهای صنعتی جهانشمول نیستند، وجود ندارد. در مقایسه با سایر اتصالات سیمی، اترنت یک-جفتی، توان روی خط داده (PoDL) را در همان رابط فشرده فراهم می‌کند و تنها از دو کابل برای انتقال داده و برق استفاده می‌کند. اتصالات سیمی سنتی از چهار کابل استفاده می کنند. کابل کمتر به معنای هزینه کمتر و آزادی بیشتر برای تجهیزات مکانیکی است. از منظر انتقادی تر، آیا کاهش محتوای مس (مس) در کابل ها به معنای دستیابی به انتقال سریعتر با انرژی کمتر است؟ از این نظر، بدون شک هزینه-تحلیل سود اترنت تک-جفتی مطلوب است.
SPE Technology، SPE Alliance
همانطور که گفته شد، اترنت یک زوج- می تواند در فواصل کوتاه به سرعت 1 گیگابیت بر ثانیه، با طول کابل تا 1000 متر با سرعت انتقال 10 مگابایت بر ثانیه، با استفاده از پهنای باند 600 مگاهرتز برای ارتباطات داده، برسد. مزایای ارتباطی آن واضح است و نیازی به توضیح بیشتر ندارد. شایان ذکر است که یک ترمینال از یک جفت اترنت برای انتقال داده 1 گیگابیت بر ثانیه/600 مگاهرتز استفاده می شود و دیگری از انتقال توان با جریان حداکثر 8 آمپر پشتیبانی می کند. این اتصال ترکیبی داده و توان باید به طور فیزیکی محافظت و جدا شود تا از تداخل بین سیگنال های برق و داده جلوگیری شود.
به طور کلی، این فناوری اندازه کلی کانکتورها را کاهش می دهد و حجم کار در بسیاری از پایانه ها را به حداقل می رساند. اترنت تکی{1}}اترنت را به سطح سنسور{2}}پایین می‌آورد و مستقیماً حسگرها و محرک‌ها را به سیستم‌های اتوماسیون یا ابر متصل می‌کند و کمک قابل توجهی به اتصال صنعتی می‌کند.
چالش PoDL اترنت تک-
اشاره قبلی به Power over Data Line (PoDL) در رابط های فشرده نیز به ناکارآمدی انتقال برق از راه دور می پردازد. در حال حاضر، اتصالات داده اترنت تک{2}جفتی استاندارد می‌توانند به 50 وات برسند، و اتصالات داده با توان ترکیبی{4} می‌توانند تا 400 وات در 48 ولت را ارائه دهند. در اینجا یک مشکل ایجاد می شود: سطوح توان بالا ممکن است باعث شود PoDL از استانداردها منحرف شود. اکثر دستگاه های الکتریکی می توانند 10٪ افت ولتاژ را بپذیرند، در حالی که PoDL حداکثر 20٪ اجازه می دهد. در تست های برق روی دسته های PoDL، طول کابل 40 متری می تواند در این شرایط برق را به 200 وات برساند و زمانی که کابل کوتاه تر از 20 متر باشد، سطح توان بالا به 400 وات می رسد. برای جلوگیری از انحراف PoDL از استانداردها، این مقدار حداکثر معمولاً استفاده نمی شود.
استفاده از PoDL کابل های داده و برق را در یک سیم ترکیب می کند. اگرچه این راه‌اندازی انتقال همزمان داده و توان را امکان‌پذیر می‌کند، اما یک اشکال دارد: الزامات سخت‌گیرانه‌ای را در مورد نویز و میزان تغییر سطوح توان اعمال می‌کند، زیرا در غیر این صورت، انتقال داده تحت تأثیر قرار می‌گیرد. بنابراین، استفاده از مدارهای فیلتر خوب برای سرکوب چنین نویزهایی به ویژه در محیط های صنعتی، به ویژه برای نویزهای تولید شده در محدوده مگا هرتز پایین، اهمیت ویژه ای دارد (شکل زیر را ببینید).
خلاصه
اترنت تک-جفتی فرصتی برای استانداردسازی پروتکل در کل شبکه صنعتی ارائه می‌کند. چرا؟ با توجه به تعداد بسیار زیاد حسگرها و محرک ها در تجهیزات صنعتی، در حالی که اترنت استانداردی برای بسیاری از شبکه های صنعتی است، واقعیت صنعتی مملو از سیستم های مختلف و انبوهی از دروازه های سنتی است. نقش اترنت تک-جفتی در پل زدن اترنت با سیستم‌های دیگر، بیش از مزایای عملکرد آن به تنهایی توجه صنعت را به خود جلب کرده است.