Single Pair Ethernet y ASi-5: ¿cuándo y dónde resulta práctica cada tecnología?
¿Qué es Single Pair Ethernet?
Single Pair Ethernet (SPE) permite la transmisión de datos a través de Ethernet con un único par de hilos trenzados. Actualmente son posibles tasas de transferencia desde 10 Mb/s hasta 1 Gb/s. La tecnología Ethernet anterior, tal como se emplea en aplicaciones industriales, requiere, por el contrario, dos o cuatro pares de cables. Por tanto, el diseño de dos hilos de Single Pair Ethernet reduce el peso de cableado, en comparación con categorías de cables Ethernet convencionales, casi a la mitad.
Con SPE se produce, además, la estandarización de la transmisión de energía. Con Power over Dataline (PoDL) se envían energía y datos por medio de un cable con una potencia de hasta 50 W, que no es compatible con el estándar Power-over-Ethernet actual.
El impulso por el desarrollo de la tecnología SPE proviene de la industria automovilística, puesto que el cableado constituye hoy día una gran parte del peso del vehículo. En el caso de la industria, Ethernet con SPE debe llenar el hueco entre el plano de control y el nivel de campo, es decir, entre las redes de sensores/actuadores y lograr una conexión Ethernet universal. Por este motivo, las líneas y los conectores enchufables SPE son significativamente más pequeños, ligeros y fáciles de instalar que las soluciones Ethernet industriales anteriores, sin embargo, con ASi se renuncia completamente a los conectores.
Índice
- ¿Qué es Single Pair Ethernet?
- Conclusión: Single Pair Ethernet y ASi-5
- FAQs acera Single Pair Ethernet
- Cable ASi = la instalación más sencilla + distribución de energía eficiente
- Comparación técnica: ASi-5 frente a Single Pair Ethernet
- Switch en lugar de conversor de protocolo
- La ruptura comunicativa entre ASi-5 y TCP/IP aumenta la ciberseguridad
- ASi-5 prescinde completamente a los conectores
- ¿Qué es Ethernet-APL?
- SPE está desarrollada por varias agrupaciones
¿Qué es Ethernet-APL?
Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) es una tecnología que fue desarrollado principalmente para su uso en la industria de proceso. Para que se pueda acceder a los datos de campo a través de IIoT, la industria de proceso requiere interfaces compatibles con Ethernet. Ethernet-APL es una variante especial de Single Pair Ethernet, basada en 10Base-T1L y que se conecta a través de bornes de tornillo o de resorte.
Robustez, simplicidad y protección contra explosiones: se cumplen los altos requisitos de la industria de proceso
Ethernet-Advanced Physical Layer (Ethernet-APL), basada en Single-Pair Ethernet (SPE), cumple con los altos requisitos de la industria de proceso en términos de robustez, simplicidad y protección contra explosiones. Ethernet-APL permite lograr una transmisión de datos a distancias más largas de hasta 1000 metros, incluso en condiciones de temperaturas extremas y entornos adversos. Ethernet-APL es capaz de transmitir datos a una velocidad de transmisión de 10 Mbps con una alimentación de corriente a través de líneas de dos hilos, lo que lo convierte en una solución económica para la industria de proceso. Si se utiliza Ethernet-APL en la automatización de proceso, se puede lograr una integración, supervisión y control perfectos de los procesos de producción y las instalaciones en tiempo real.
Las líneas y bornes empleados en la tecnología Ethernet-APL están certificados según el estándar de protección contra explosiones y cumplen con los requisitos de seguridad en áreas con riesgo de explosión.
SPE está desarrollada por varias agrupaciones
La tecnología SPE está siendo desarrollada por diferentes asociaciones para su uso en una multitud de aplicaciones.
Cada asociación tiene, a este respecto, distintos puntos prioridades de trabajo y socios o miembros de diferentes sectores. En particular, cabe mencionar las tres fusiones siguientes:
- Single Pair Ethernet System Alliance
Es una agrupación de empresas comprometidas con la difusión y el desarrollo de soluciones Single Pair Ethernet. Los miembros trabajan juntos para aumentar la conciencia sobre las ventajas de Single Pair Ethernet en diversas aplicaciones y para promover la difusión de soluciones SPE. Las actividades de SPE System Alliance se centran en el futuro ecosistema global de SPE y no en un sistema de conectores o producto determinado.
- Single Pair Ethernet Industrial Partner Network
Fundada por siete líderes tecnológicos en 2019, la SPE Industrial Partner Network está formada por más de 50 empresas miembro. Se trata de una asociación de empresas con igualdad de derechos que están impulsando la tecnología Single Pair Ethernet como base para el rápido crecimiento de la IIoT. El objetivo de la red es establecer SPE como una nueva tecnología Ethernet en el mercado en el sentido de un ecosistema integral con todos los componentes necesarios.
- Single Pair Ethernet Consortium (SPEC)
SPEC es una organización independiente del fabricante para líderes tecnológicos y usuarios en el campo de la tecnología de automatización de edificios. Uno de los objetivos del consorcio es acelerar la introducción de Single Pair Ethernet en la tecnología de automatización de edificios y promover el uso de soluciones de red flexibles, económicos y fiables. La elaboración de casos de estudio, libros blancos y arquitecturas de referencia, así como la colaboración con otras iniciativas y organizaciones de SPE, también forman parte de los objetivos de SPEC.
Varios tipos de conectores y secciones normalizadas
Todas las asociaciones utilizan diferentes tipos de conectores y secciones normalizadas que están optimizados para cumplir con los requisitos del sector y la aplicación respectivos y que, a menudo, no son compatibles entre sí. Hasta ahora no existe una directiva de normalización aplicable para todos y que garantice la compatibilidad entre los distintos dispositivos y sistemas. Si bien se están realizando esfuerzos para impulsar la estandarización de conectores para las soluciones SPE, sin embargo, hasta ahora no se ha logrado ninguna solución.
ASi-5 prescinde completamente a los conectores
ASi conecta sensores y actuadores por medio de un único cable perfilado bifilar con un sistema de control. Mediante el cable amarillo ASi se transmiten, al mismo tiempo, energía y datos, con una potencia de hasta 240 W. Con la última generación de ASi ya se sustituyen hoy día muchas conexiones Ethernet convencionales sobre el terreno de forma sencilla y económica. La mayor ventaja de ASi, además de los costes reducidos, es principalmente el hecho de que, gracias a la técnica de perforación, se puede renunciar completamente a cables preconfeccionados y conectores. ASi-5 es, por cierto, un sistema completamente rediseñado, que se encuentra perfectamente adaptado a las necesidades de la Industria 4.0. Gracias al gran ancho de banda y a los tiempos de ciclo reducidos, que son más que suficientes para muchas soluciones en la automatización basadas en Ethernet, resultan posibles muchas apicaciones que todavía no eran realizables hasta ahora con AS-Interface.
Por eso, ya se están sustituyendo hoy día conexiones Ethernet convencionales por ASi-5 de forma económica y sencilla. A este respecto les ofrecemos una multitud de soluciones. Aquí tres ejemplos:
- Con nuestro módulo de motor ASi-5 para SEW MOVIMOT® (BWU4068) logrará la misma representación de datos que con una interfaz PROFINET del fabricante, adquirible opcionalmente.
- Los módulos de motor ASi-5 para Interroll EC5000 AI (BWU4246, BWU4212) ofrecen los mismos datos para el control de accionamiento que los controladores de rodillos basados en Ethernet del fabricante.
- Con nuestros maestros ASi-5 IO-Link (por ejemplo, BWU4067, BWU3819) podrá, en caso de alcance pleno de prestaciones de IO-Link, ahorrarse hasta un 40 % para una aplicación media con 50 dispositivos IO-Link, frente a soluciones Ethernet comparables.
Cable ASi = la instalación más sencilla + distribución de energía eficiente
Con ASi y ASi 5 se beneficiará de la reconocida tecnología de perforación. Los módulos se insertan fácilmente sin conectores en el cable perfilado: con el contacto más seguro posible. El cable perfilado se saca sencillamente del rollo de cable en la longitud deseada y los módulos se colocan con una precisión milimétrica exactamente allí donde se necesitan. De ese modo, no se generan tramos de cables innecesarios, como resulta inevitable en el caso de los cables preconfeccionados, ni se necesitan conectores caros o derivadores en T.
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Switch en lugar de conversor de protocolo
En el caso de SPE no resulta necesario ningún conversor de protocolo, al contrario que con ASi-5. Por medio de la capa física de SPE se recogen los datos en un protocolo normalizado en la fuente de información (sensor) y se transmiten a través de switches (distribuidor sin inteligencia) hasta el lugar de emisión de un participante de red (ordenador). Para evitar pérdidas, estos datos se almacenan temporalmente en el swtich.
La pasarela ASi-5 es, por el contrario, un participante de red inteligente con un switch integrado. Adicionalmente «traduce» los datos en el ASIC de ASi-5 para el control de orden superior. Asimismo, se pueden visualizar los datos, así como los mensajes de diagnóstico, directamente en la pantalla o cómodamente por acceso remoto.
SPE permite la comunicación a todos los niveles con un solo protocolo. Esto significa que no se requiere ninguna pasarela y que ya no es necesario el paso intermedio de la «conversión de protocolos».
La ruptura comunicativa entre ASi-5 y TCP/IP aumenta la ciberseguridad
El número de componentes inteligentes en el campo está creciendo exponencialmente en la era de la Industria 4.0. Por ello, la ciberseguridad y la seguridad de las redes son cada vez más importantes. ¿Qué medidas de seguridad son necesarias para SPE y cuáles para ASi-5? La diferencia más importante entre las dos tecnologías en este contexto es la pasarela ASi, que crea una ruptura lógica entre ASi-5 y TCP/IP y representa una «puerta de seguridad» adicional. Esta ruptura comunicativa aísla a muchos participantes de la red y cierra así brechas de seguridad. Así, los responsables de la seguridad de la red pueden concentrarse en muchos menos dispositivos y controlarlos con más atención.
Otra ventaja: si desea cambiar el protocolo de bus de campo de ASi-5, sólo tiene que sustituir la pasarela correspondiente. Todos los módulos ASi, sensores y actuadores pueden permanecer inalterados. En cambio, con SPE no sólo tiene que proteger a un participante (la pasarela), sino a todos los sensores y actuadores contra posibles ataques TCP/IP. Y si cambia el protocolo de bus de campo, a menudo también tendrá que sustituir todos los sensores y actuadores, a menos que sean compatibles con el nuevo protocolo.
¿Cómo está definido el estándar SPE con la tasa de transmisión de datos de 10 MBit/s? ¿Cómo están definidas aquí las reglas para la conexión de los participantes (por ejemplo, en Multidrop)?
El estándar correspondiente es IEEE 802.3cg. Incluye un
- Canal de corto alcance (punto a multipunto) en un canal de 25 m con un máx. de 8 participantes y
Conclusión: Single Pair Ethernet y ASi-5
¿Cuál es la conclusión de la comparación entre ASi-5 y Single Pair Ethernet? Según el nivel actual, no resulta tan sencillo efectuar una valoración concluyente. Sin embargo, los enunciados siguientes pueden considerarse acertados:
- "«Una infraestructura delgada y ligera, pero simultáneamente potente para Ethernet era lo que se estaba buscando para permitir a la industria la digitalización del nivel de campo y, con ello, el paso hacia IoT.» (Fuente: single-pair-ethernet.com)
- Single Pair Ethernet muestra sus puntos fuertes con un gran ancho de banda, cantidades de datos elevadas y por medio de un switch en vez de un conversor de protocolo.
- ASi fue desarrollado para la aplicación de campo típica en máquinas e instalaciones y precisamente ahí es donde tiene sus puntos fuertes.
- ASi-5 sustituye al Ethernet convencional hoy día en muchas aplicaciones, por ejemplo, en la tecnología de accionamientos o en el caso de IO-Link.
- SPE y ASi poseen ambos la oportunidad de complementar Ethernet de forma práctica sobre el terreno por medio de su infraestructura delgada y ligera, pero, al mismo tiempo, potente.
Los usuarios pueden elegir: Para cada estándar SPE se encuentran disponibles las opciones apantallado/sin apantallar. Pero estas variantes de cable no están fijadas obligatoriamente en las especificaciones. Con un cable apantallado SPE se puede aumentar significativamente la longitud de la línea en función del estándar que, a su vez, establece la velocidad; por ejemplo, para 1 GBit/s, definido por 1000BASE-T1 y IEEE 802.3bp, de 15 m (sin apantallar) a 40 m (apantallado).
El consorcio SPE System Alliance hace el siguiente enunciado al respecto en su página web (singlepairethernet.com): «Una funda de acero inoxidable completamente cerrada de 360°, que envuelve la totalidad del conector enchufable [SPE], proporciona una compatibilidad electromagnética (CEM) excelente». Por consiguiente, hay que partir de la base de que SPE es resistente en el entorno industrial CEM, especialmente con el apantallamiento de cable y conector mencionado.
En base al estado de desarrollo todavía no se dispone de datos más precisos actualmente.
En el caso de SPE se utiliza el denominado procedimiento multiterminal (Multidrop), que no existe en el Ethernet convencional. De esa manera, el alcance resulta menor con SPE, pero también se necesitan solamente derivadores en T sencillas sin switches. Aparte de ello, las líneas y conectores son significativamente más pequeños con SPE.
Como en el caso de PROFINET se trata de un protocolo basado en Ethernet, se puede transmitir básicamente a través de SPE. SPE es únicamente una nueva capa física, es decir, un nuevo hardware para el transporte de información de protocolos, como Ethernet. Las diferentes capas físicas se unen entre sí para la comunicación por medio de un switch.
En base al estadio de desarrollo todavía no se han publicado actualmente datos más precisos. Pero hay que partir de la base de que el cableado en un caso de aplicación semejante se orientará en la implementación con el Ethernet convencional.
Lo práctico sería conectar un switch con 32 puertos a un control, respectivamente con la tasa de datos de 10 MBit/s, a través de un puerto de 1 GBit/s. Porque solamente así puede aprovechar cada puerto en todo momento el ancho de banda completo. La mayoría de aplicaciones SPE sobre el terreno pueden ser una combinación de switches y de conexiones punto a punto. Las conexiones punto a punto limitadas respectivamente a una longitud de 1.000 m unirían los sensores conectados con el switch
SPE y ASi-5 ofrecen ambas una infraestructura delgada y ligera, pero simultáneamente potente. De ese modo, hacen que Ethernet resulte superfluo sobre el terreno en muchos lugares. Al mismo tiempo, SPE y ASi-5 facilitan a la industria la digitalización del nivel de campo: y, con ello, el paso hacia IoT.
