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什么是单对以太网(SPE),它在工业应用中是如何使用的?

通过丹尼尔•柯林斯|2021年7月15日

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单对以太网SPE是一种通过单对铜线提供以太网传输的技术,同时也通过数据线电源(PoDL)向连接的设备传输电力。


单对以太网最初是为了满足汽车行业的需求而开发的——更小、更轻的电缆和连接器,用于传输自适应巡航控制、停车辅助、自动驾驶和其他车载系统中涉及的众多传感器的数据。事实上,汽车应用中所需的较低的数据负载和较短的距离非常适合早期的SPE开发。

但随着技术的发展,企业开始看到它在其他领域的潜力——尤其是制造业和楼宇自动化——以及SPE行业合作伙伴网络是发达国家。这个制造商协会提倡将单对以太网作为“建立工业物联网的基础”,并支持传输协议、电缆和设备组件的标准。

单对以太网
在工业应用中,SPE的接口(连接)由IEC 63171 - 6的标准,其中的以太网协议标准涵盖了数据速度和传输长度IEEE802.3.
图片来源:SPE行业合作伙伴网络

传统的以太网100mbps的数据传输速率需要2对导线,1gbps的数据传输速率需要4对导线。单对以太网仅使用一对导线以1 Gbps的速率传输40米以内的数据,或以10 Mbps的速率传输1000米以内的数据,大大降低了电缆的尺寸、成本和复杂性。尽管传统的以太网一直是沿着自动化金字塔来实现的,但在最低层次——现场层次——的设备仍然经常由现场总线协议控制。SPE提供了一种以太网解决方案,它可以在从云到现场的所有级别上实现,消除了对网关和其他硬件的需求,这些硬件是各种网络之间“对话”所必需的。

自动化金字塔
单对以太网使以太网通信能够从自动化金字塔的顶端到底层。
图片来源:MIAC自动化公司

更小的电缆也使用更小的连接器——这是SPE在空间有限的应用或在现场级拥有大量小型设备的应用中的另一个好处。而且,更细的电缆的弯曲半径更小,使得安装、布线和管理更不繁琐,更灵活,无论是字面上还是比喻上。

SPE具有传输功率(最高可达50w)和数据的能力,是工业物联网应用的理想解决方案,在工业物联网应用中,许多现场级设备需要功率,同时需要与高层控制或云进行快速、实时通信。对于需要超过50w功率的应用,使用四根导体的混合解决方案是可行的,在24 V时功率可达96w,在48 V时功率可达392w。


当传统以太网需要四对导线时,SPE如何只用一对导线实现快速以太网通信?

经典的1gbps以太网使用带有四对导线的Cat 5电缆,工作频率高达100mhz。每对可以发送和接收数据,允许传输速率高达1 Gbps。单对以太网仅使用一对导线,但工作频率高达600兆赫兹。在这个宽频带中,一些频率发送数据,另一些接收数据,仅用一对导线就能实现1gbps的传输速度。


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