Podría decirse que los dispositivos conectados con funciones avanzadas de detección y control se están volviendo cada vez más comunes en aplicaciones industriales y, en el proceso de interconexión de estos dispositivos, el concepto de interconectividad industrial está comenzando a despegar. Ya sea por cable o inalámbrica, mejorar la eficiencia de la automatización se ha convertido en una máxima prioridad. La alta densidad de dispositivos de detección y control conduce naturalmente a un aumento de la interconectividad, y es innegable que, si bien las redes inalámbricas industriales pueden abordar algunos de los desafíos de la interconectividad hasta cierto punto, las redes inalámbricas industriales generalmente requieren algún tipo de conexión física, y las redes inalámbricas no son adecuadas para todos los entornos industriales.
Ethernet de un solo-par (SPE) en aumento en escenarios industriales
En las interconexiones descritas anteriormente, una conexión Ethernet puede requerir varios cables para Ethernet rápido de 100 Mbps o incluso cables Ethernet de Gbps. La complejidad, el alto costo y no garantizar que la información recopilada por los sensores se intercambie de manera oportuna son inconvenientes que no cumplen con las expectativas de las interconexiones industriales.
Ethernet de un solo-par es una tecnología que permite velocidades de conexión de hasta 1 Gb/s en distancias cortas y comunicación bi-direccional. Inicialmente utilizada ampliamente en automóviles, Ethernet de un solo-par se ha integrado en nuevas generaciones de vehículos y ha reemplazado a CAN y otros sistemas de bus de acuerdo con el estándar de transmisión IEEE 802.3. La tecnología permite centralizar y operar el control, la comunicación y otras funciones de seguridad a través de Ethernet, que es exactamente lo que se necesita para las interconexiones de automatización industrial.
El impulsor más inmediato para la introducción de Ethernet de un solo-par en escenarios industriales es satisfacer la necesidad de la aplicación de una comunicación bidireccional-eficiente, con velocidades de conexión de 1 Gb/s que permitan la comunicación bi-bidireccional en-tiempo real, dispositivo seguro-a-infraestructura y dispositivo-a-conectividad en la nube. Sin mencionar el costo y la facilidad-de-uso de las funciones de Ethernet de un solo-par, sus análisis mejorados para los datos detectados y su tiempo de respuesta más rápido ante conexiones erróneas son bastante atractivos.
¿Cuáles son las ventajas de Ethernet de un único-par?
En primer lugar, no es necesario comparar un único-par Ethernet con conexiones inalámbricas, que no son universalmente aplicables en escenarios industriales. En comparación con otras conexiones por cable, Ethernet de un solo-par proporciona alimentación a través de líneas de datos (PoDL) en la misma interfaz compacta, lo que permite la transmisión de datos y energía utilizando solo dos cables. Las conexiones por cable tradicionales son de cuatro cables, y menos cables significan menores costos y mayor libertad para los equipos mecánicos. Desde un punto de vista más difícil, ¿la reducción del contenido de Cu en el cable también significa que se puede utilizar menos energía para lograr una transmisión más rápida? En este caso, el coste no es un mal negocio de ninguna manera.
Como se mencionó anteriormente, Ethernet de un solo-par es capaz de alcanzar velocidades de conexión de 1 Gb/s en distancias cortas, con longitudes de cable de hasta 1000 metros, velocidades de transmisión de 10 MB/s y un ancho de banda de 600 MHz para comunicación de datos. Las ventajas de comunicación son obvias y no necesitan mayor explicación. Lo que nos preocupa es que uno de los terminales de la conexión Ethernet de un único-par se utiliza para la transmisión de datos a 1 Gbps/600 MHz, mientras que el otro admite la transmisión de energía a corrientes de hasta 8 A. Esta mezcla de datos y potencia debe estar separada por una pantalla metálica para evitar interferencias entre las señales de potencia y datos.
En general, esta tecnología reduce el tamaño total del conector y reduce la carga de trabajo de muchos terminales. Ethernet de un solo-par lleva Ethernet al nivel del actuador del sensor y conecta el actuador del sensor directamente al sistema de automatización o a la nube, lo cual es de gran ayuda para las interconexiones industriales.
Problemas de PoDL con Ethernet de un único-par
La alimentación a través de línea de datos (PoDL) en interfaces compactas se mencionó anteriormente, y otra función de PoDL es mejorar la ineficiencia de la transmisión de energía a largas distancias. La conexión de datos Ethernet estándar actual de un único-par tiene una capacidad de hasta 50 W. Las conexiones de datos de alimentación híbrida pueden alcanzar hasta 400 W a 48 V. Aquí surge un problema porque los altos niveles de potencia pueden hacer que PoDL se desvíe del estándar. Para la gran mayoría de equipos eléctricos, una caída de voltaje del 10% es aceptable, para PoDL este valor puede llegar hasta el 20%. En las pruebas de potencia realizadas en arneses PoDL, una longitud de cable de 40 metros en este caso da como resultado una potencia cercana a los 200 W. Cuando el cable tiene menos de 20 metros, los niveles de potencia altos alcanzan los 400 W. Para evitar que PoDL no se desvíe del estándar, no se suele utilizar este valor máximo.
El uso de PoDL permitirá combinar los arneses de datos y energía en un mismo cable. Esta configuración logra la entrega simultánea de datos y energía, pero tiene la desventaja de que tiene requisitos estrictos para la tasa de cambio de los niveles de ruido y potencia, que de otro modo interferirían con la transmisión de datos. Por lo tanto, es particularmente importante utilizar buenos circuitos de filtrado en entornos industriales para suprimir este ruido, especialmente cuando se genera en el rango inferior de megahercios.
Pruebas de ruido
Resumen
Ethernet de un único-par ofrece la oportunidad de estandarizar protocolos en redes industriales. ¿Por qué? Teniendo en cuenta la gran cantidad de sensores y actuadores en una instalación industrial, si bien Ethernet es el estándar para muchas redes industriales, en el mundo real de los escenarios industriales hay una proliferación de sistemas y una variedad de puertas de enlace heredadas demasiado numerosas para contarlas. El papel de Ethernet de un solo-par a la hora de cerrar la brecha entre Ethernet y otros sistemas de todo tipo es lo que le interesa más a la industria que solo sus beneficios de rendimiento.