Kabels voor Single Pair Ethernet: Waar gaan we naar toe?
Welke SPE-oplossingen verdienen de voorkeur ten opzichte van de bestaande communicatiestandaarden?
Single Pair Ethernet (SPE) wordt gezien als een van de belangrijkste trends die de toekomst van de industriële communicatie vormgeven. Voordelen van deze nieuwe verbindingstechnologie met slechts één aderpaar zijn onder meer een snelle datatransmissie, minder ruimtebeslag en lagere kosten. Maar waar zal het in de toekomst worden toegepast, welke kabeltypes zullen nodig zijn, en hoe zal SPE presteren in vergelijking met bestaande communicatiestandaarden? HELUKABEL behandelde deze vragen in een webinar getiteld "Single Pair Ethernet Cabling", dat plaatsvond als onderdeel van de "SPE Pioneer Summit" webinar serie.
Op dit moment zijn er verschillende communicatiesystemen te vinden in de industriële omgeving, zoals Profinet, CAT 5e en 6a, Industrial Ethernet of Ethercat. Single Pair Ethernet heeft echter het potentieel om deze technologieën in tal van toepassingen te vervangen - dankzij datatransmissie met gigabitsnelheden en een gelijktijdige stroomvoorziening via slechts één aderpaar. Deze slimme, flexibele, kosten- en ruimtebesparende oplossing maakt real-time communicatie mogelijk tot op veldniveau.
Een basisvoorwaarde voor het gebruik van SPE is dat de juiste technische infrastructuur voorhanden is - van aansluitklemmen en stekkerverbindingen tot bekabeling. Om de overschakeling voor fabrikanten en gebruikers te vergemakkelijken, werden voor SPE dezelfde kabelclassificaties gedefinieerd als die welke reeds voor Profinet worden gebruikt:
Type A: draden met massieve draad voor permanente installatie
Type B: draden met gevlochten aders voor flexibele toepassingen of trillingen
Type C: draden met gevlochten aders voor hoogdynamische toepassingen (zoals sleepkettingen)
Type R: op torsie geteste kabels met gevlochten geleiders voor robottoepassingenSleepkettingen en robotkabels verschillen voornamelijk door hun respectieve screening ontworpen voor buig- of torsiebelastbaarheid.
Bovendien worden voor elk kabeltype verschillende mantelmaterialen gebruikt om te voldoen aan specifieke toepassingen. Kabels van type A en B zijn gewoonlijk afgeschermd met PVC. Er zijn ook tal van halogeenvrije, voedselveilige en olie- en chemicaliënbestendige alternatieven waaruit kan worden gekozen. Kabels van type C zijn verkrijgbaar in PUR, PVC en Santopreen, en robotkabels van type R zijn ook verkrijgbaar in PUR en Santopreen.
| Jacket | Halogen-Free | Flame Retardancy | Low Smoke | Price | Oil Resistance | Repeated Bending | Abrasion Resistance | UL Flame Test Possibilities |
| PVC UL | no | medium-high | no | low-medium | low-high | medium | medium | VW1, FT1, FT4 |
| FRNC/LS0H/ LSZH | yes | medium-high | yes | medium | low | low | low | VW1, FT1, FT4 |
| PE | yes | no | yes | medium | low | low | low | no |
| PUR UL | yes | medium | medium | high | high | high | high | VW1, FT1, CFT |
| TPE (Santoprene) | no | medium | medium | high | high | high | high | VW1, FT1, CFT |
| TPE (Santoprene) | yes | no | medium | high | high | high | high | no |
Tabel 1: Eigenschappen van verschillende mantelmaterialen van SPE-kabels
Voor datatransmissie biedt Single Pair Ethernet verschillende mogelijkheden in termen van snelheid en bereik:
10BASE-T1: datasnelheid tot 10 Mbit/s, bereik tot 1.000 m
100BASE-T1: datasnelheid tot 100 Mbit/s, reikwijdte tot 40 m
1000BASE-T1: gegevenssnelheid tot 1 Gbit/s, bereik tot 40 m
MultiGigBASE-T1: datasnelheid tot 2,5 / 5 / 10 Gbit/s, reikwijdte tot 15 m
In de industriële omgeving zijn 10BASE-T1 en 1000BASE-T1 momenteel het belangrijkst. De MultiGig technologie, die nog in ontwikkeling is, zal in de toekomst meer mogelijkheden openen. HELUKABEL heeft al drie verschillende SPE-kabels voor 10BASE-T1 en 1000BASE-T1 aan zijn portfolio toegevoegd en het productassortiment wordt voortdurend uitgebreid.
Bij het vergelijken van verschillende bestaande industriële communicatietechnologieën met Single Pair Ethernet komen afhankelijk van de toepassing vele voordelen naar voren. Zo scoort 10BASE-T1 hoger dan Profibus PA met zijn aanzienlijk hogere frequentiebereik, waardoor een datatransmissie tot 320 keer zo snel mogelijk is - snel genoeg voor de overdracht van bijvoorbeeld video's.
| Profibus PA / Foundation Fieldbus | SPE 10BASE-T1L | |
| Cross Section | AWG 18 solid or stranded / AWG 16 stranded | |
| Max. Distance | up to 1900 m non harzardous areas, up to 1000 m in hazardous areas (FISCO Power Supply to IEC 60079-11) | up to 1000 m (TI phy DP83TD510E > 2000 m Peer-to-Peer) |
| Impedance | 100 +- 20 ohms @ 31,25 kHz | 100 +- 15 ohms @ 20 MHz |
| Frequency Range | up to 39 kHz | up to 20 MHz |
| Max. Data Rate | 31,25 kbit | 10 Mbit |
| Typical Connector | M12 a-coded 4 PIN IP67 | M8/M12 SPE IEC 63171-6 |
| 7/8 inch PI67 | ||
Tabel 2: Vergelijking van SPE 10BASE-T1 met Profibus PA
In vergelijking met USB-technologie bieden zowel 1000BASE-T1 als MultiGigBASE-T1 een aanzienlijk hogere datasnelheid en een groter bereik, alsmede een grotere stroomvoorziening. 1000BASE-T1 verdient ook de voorkeur vanwege de kleinere kabeldiameter en het lagere gewicht, de lagere koperbehoefte en de krappere buigradiussen dan bekabeling met Profibus DP, CAN of Industrial Ethernet.
| Profibus DP | SPE 1000BASE-T1 | SPE 1000BASE-T1 | SPE Advantage or Disadvantage | |
| Drag Chain Design | Drag Chain Design | Drag Chain Design | ||
| Cross Section | AWG 23/19 | AWG 26/19 | AWG 22/19 | |
| Data Rate | 12 Mbit | 1 Gbit | 83x more data rate | |
| Cable Diameter | 8,0 mm | 4,9 mm | 6,3 mm | 21-38% reduced space |
| Max. Distance | 100 m* | 40 m | disadvantage in length | |
| Power | no(hybrid) | PoDL up to 50 W | power included | |
| Cable Weight | ~ 77 kg/km | ~ 29 kg/km | ~ 50 kg/km | 35-60% reduced weight |
| Copper Fig. | 25 kg/km | 16 kg/km | 24 kg/km | 4-36 % reduced copper |
| Bending Radius Chain | 96 mm | 59 mm | 76 mm | 20-39% red. bending radius |
*met hoge snelheid 12 Mbit
Tabel 3: Vergelijking van SPE 1000BASE-T1 met Profibus DP
Meer informatie is te vinden in het "Single Pair Ethernet (SPE) Cabling" webinar dat HELUKABEL onlangs heeft gegeven in het kader van de SPE Industrial Partner Network's "SPE Pioneer Summit" serie. HELUKABEL-expert Horst Messerer geeft een gedetailleerde presentatie over de voordelen van SPE-technologie in vergelijking met bestaande communicatiestandaarden en legt uit welke kabels en connectoren al op de markt beschikbaar zijn. Het webinar kan hier op elk moment gratis worden bekeken.
