Kabels voor Single Pair Ethernet: Waar gaan we naar toe?

Kabels voor Single Pair Ethernet: Waar gaan we naar toe? Door: Helukabel B.V.

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 via deze link ">SPE DIGITAL COFFEE BREAK: Single Pair Ethernet SPE cabling - YouTube  op elk moment gratis worden bekeken.

Horst Messerer is Product Manager voor Data, Netwerk en Bus Technologie.