Single Pair Ethernet et l’ASi-5 – laquelle de ces technologies est pertinente ?
Qu’est-ce que la technologie Single Pair Ethernet ?
Single Pair Ethernet (SPE) permet de transmettre des données via Ethernet avec une seule paire de fils torsadés. Actuellement, des débits de transmission de 10 Mb/s à 1 Gb/s sont possibles. L’ancienne technologie Ethernet, telle qu’elle est utilisée dans les applications industrielles, nécessite en revanche deux ou quatre paires de câbles. La conception à deux fils de l’Ethernet à paire unique réduit ainsi le poids du câblage de près de la moitié par rapport aux catégories de câbles Ethernet classiques.
En outre, la technologie SPE est utilisée pour standardiser la transmission de l’énergie. Avec le Power over Dataline (PoDL), l’énergie et les données sont transmises via un câble d’une puissance maximale de 50 W, qui n’est pas compatible avec le standard Power over Ethernet actuel.
Le développement de la technologie SPE doit son origine à l’industrie automobile. En effet, le câblage représente aujourd'hui une grande partie du poids du véhicule. Dans l’industrie, le SPE vise à combler l’écart entre le niveau de commande et le niveau terrain, c’est-à-dire les réseaux de capteurs/actionneurs – et à créer une connexion Ethernet continue. Par conséquent, les câbles et connecteurs SPE sont nettement plus petits, plus légers et plus faciles à installer que les solutions Ethernet industrielles précédentes, et avec l’ASi, aucun connecteur n’est requis.
Contenu
- Qu’est-ce que la technologie Single Pair Ethernet ?
- Comparaison technique entre l’ASi-5 et Single Pair Ethernet
- Un commutateur réseau au lieu d’un convertisseur de protocole
- Conclusion : Single Pair Ethernet et ASi-5
- FAQ sur Single Pair Ethernet
- Câble ASi = installation extrêmement simple + distribution efficace de l’énergie
- L’ASi-5 rend superflus les connecteurs supplémentaires
- Qu’est-ce que la technologie Ethernet APL ?
- La technologie SPE est développée par plusieurs groupes
Qu’est-ce que la technologie Ethernet APL ?
L’Ethernet APL (Advanced Physical Layer) est une technologie développée en premier lieu pour être utilisée dans l’industrie des procédés. Pour pouvoir accéder aux données de terrain via l’IIoT, l’industrie des procédés requiert des interfaces compatibles avec Ethernet. L’Ethernet APL est une variante spécifique de l’Ethernet à paire unique, basée sur le 10Base-T1L et connectée via des bornes à vis ou à ressort.
Robustesse, simplicité et protection contre les explosions – les exigences élevées de l’industrie des procédés sont satisfaites
L’Ethernet-Advanced Physical Layer (Ethernet-APL), sur base Single Pair Ethernet (SPE), répond aux exigences élevées de l’industrie des procédés en termes de robustesse, de simplicité et de protection contre les explosions. Grâce à la technologie Ethernet APL, la transmission des données peut s’effectuer sur de longues distances allant jusqu’à 1 000 mètres, et ce même à des températures extrêmes et dans des conditions ambiantes difficiles. La technologie Ethernet APL est capable de transmettre des données à une vitesse de transmission de 10 Mbps avec une alimentation via des lignes bifilaires, ce qui en fait une solution économique pour l’industrie des procédés. Lorsque la technologie Ethernet APL est utilisée dans l’automatisation des processus, elle permet une intégration, une surveillance et un pilotage transparents des processus de production et des installations en temps réel.
Les câbles et les bornes utilisés dans la technologie Ethernet APL sont certifiés conformes à la norme de protection contre les explosions et répondent aux exigences de sécurité dans les zones à risque d’explosion.
La technologie SPE est développée par plusieurs groupes
La technologie SPE est développée par différentes associations pour un large gamme d’applications. Chaque association a des priorités de travail différentes et des partenaires ou des membres issus de différents secteurs. Citons ici principalement les trois regroupements suivants :
- Single Pair Ethernet System Alliance
Elle regroupe des entreprises qui s’engagent dans la diffusion et le développement de solutions Ethernet à paire unique. Ses membres collaborent pour sensibiliser aux avantages de l’Ethernet à paire unique dans diverses applications et pour promouvoir la diffusion des solutions SPE. Les activités de la SPE System Alliance se concentrent sur l’ensemble du futur écosystème SPE et non sur un système de connecteurs ou un produit spécifique.
- Single Pair Ethernet Industrial Partner Network
Fondé par sept leaders technologiques en 2019, le réseau SPE Industrial Partner Network compte plus de 50 entreprises membres. Il s'agit d'une association d'entreprises égales qui font progresser la technologie Single Pair Ethernet comme base d'une croissance rapide de l'IIoT. L'objectif du réseau est d'établir le SPE sur le marché en tant que nouvelle technologie Ethernet au sens d'un écosystème complet avec tous les composants nécessaires.
- Single Pair Ethernet Consortium (SPEC)
Le SPEC est une organisation indépendante des fabricants pour les leaders technologiques et les utilisateurs dans le domaine de la technique d’automatisation des bâtiments. L’un des objectifs du consortium est d’accélérer l’introduction de l’Ethernet à paire unique dans les techniques d’automatisation des bâtiments et de promouvoir l’utilisation de solutions de réseau flexibles, économiques et fiables. La création d’études de cas, de livres blancs et d’architectures de référence ainsi que la collaboration avec d’autres initiatives et organisations SPE font également partie des objectifs du SPEC.
Différents types de connecteurs et de normes
Toutes les associations utilisent différents types de connecteurs et de normes, optimisés en fonction des exigences de chaque secteur et de chaque application, et souvent incompatibles entre eux. Il n’existe pas encore une directive de standardisation applicable à tous, qui garantirait la compatibilité des différents produits et des systèmes. Bien que des efforts soient en cours pour promouvoir une standardisation des connecteurs pour les solutions SPE, aucune solution n’a encore été trouvée jusqu'à présent.
L’ASi-5 rend superflus les connecteurs supplémentaires
La technologie ASi relie les capteurs et les actionneurs à une commande via un seul câble profilé bifilaire. Sur le câble ASi jaune, l’énergie et les données sont transmises simultanément, avec une puissance allant jusqu’à 240 W. Aujourd'hui déjà, avec la dernière génération d’ASi, de nombreuses connexions Ethernet conventionnelles sont remplacées facilement et à moindre coût sur le terrain. Le plus grand avantage de l’ASi, outre les coûts réduits, réside dans le fait que, grâce à la technique de vampirisation, il est possible de se passer entièrement de câbles et de connecteurs préconfectionnés.
L’ASi-5 est, par ailleurs, un système entièrement repensé conçu pour répondre de manière optimale aux exigences de l’industrie 4.0. En raison de la largeur des données élevée et des temps de cycle courtes – qui sont plus que suffisantes pour de nombreuses solutions sur base Ethernet dans l’automatisation – l’AS-Interface permet de réaliser de nombreuses applications qui étaient jusqu’à présent inconcevables.
Par conséquent, l’ASi-5 est déjà utilisé aujourd’hui pour remplacer les connexions Ethernet conventionnelles de manière simple et économique. Nous proposons diverses solutions à cet effet. En voici trois exemples :
- Avec notre module moteur ASi-5 pour SEW MOVIMOT® (BWU4068) vous pouvez obtenir la même image de données qu’avec une interface PROFINET disponible en option chez le fabricant.
- Les modules moteurs ASi-5 pour Interroll EC5000 AI (BWU4246, BWU4212) offrent les mêmes données de commande d’entraînement que les contrôleurs de rouleaux sur base Ethernet du fabricant.
- Avec nos maîtres IO-Link ASi-5 (par ex. BWU4067, BWU3819) ous pouvez – économiser jusqu’à 40 % pour une application moyenne avec 50 produits IO-Link par rapport à des solutions Ethernet comparables – grâce à la gamme complète des performances d’IO-Link.
Câble ASi = installation extrêmement simple + distribution efficace de l’énergie
Avec l’ASi ou l’ASi 5, vous bénéficiez de la technique de vampirisation éprouvée. Les modules sont simplement branchés sur le câble profilé sans connecteur – avec une mise en contact sécurisée au maximum. Le câble profilé est simplement extrait du tambour de câble à la longueur souhaitée et les modules sont placés à l’endroit exact où ils sont requis. Il n’en résulte pas de tronçons de câble inutiles, comme c’est toujours le cas avec les câbles préconfectionnés, et plus besoin de connecteurs ou de pièces en T coûteuses.
Un commutateur réseau au lieu d’un convertisseur de protocole
Avec la technologie SPE – contrairement à celle de l’ASi-5 – aucun convertisseur de protocole n’est nécessaire. Grâce à la couche physique de la technologie SPE, les données sont enregistrées dans un protocole uniforme au niveau de la source d’information (capteur) et transmises via des commutateurs réseau – répartiteurs sans intelligence – à l’emplacement de sortie d’un participant au réseau (ordinateur). Pour éviter les pertes, ces données sont stockées temporairement dans le commutateur réseau.
La passerelle ASi-5, en revanche, est un dispositif de réseau intelligent avec un commutateur réseau intégré. En outre, il « traduit » les données dans l’ASIC ASi-5 pour la commande supérieure. De même, les données ainsi que les messages de diagnostic peuvent aussi être consultés directement sur l’afficheur ou de manière pratique par accès à distance.
Comment le standard SPE est-il défini avec un débit de transfert de données de 10 MBit/s ? Comment les règles de connexion des participants (par ex. avec le multidrop) sont-elles définies ici ?
Le standard de référence est le standard IEEE 802.3cg. Elle comprend un
Canal courte portée (point à multipoint) dans un canal de 25 m avec 8 participants maximum et
Conclusion : Single Pair Ethernet et ASi-5
Quelle est la conclusion de la comparaison entre l’ASi-5 et Single Pair Ethernet ? Au stade actuel, il est bien sûr difficile de dresser un bilan définitif. Néanmoins, nous pouvons faire les déclarations suivantes :
- « une infrastructure Ethernet simple, de taille réduite, mais néanmoins performante était requise pour permettre à l’industrie de numériser le niveau terrain et de passer à l’IIoT. » (source : single-pair-ethernet.com/en)
- Single Pair Ethernet présente des avantages, notamment une grande largeur de données, des volumes de données importants et l’utilisation d’un commutateur réseau au lieu d’un convertisseur de protocole.
- La technologie ASi a été développée pour des applications de terrain typiques dans les machines et les systèmes et c’est précisément dans ce domaine que résident ses atouts.
- L’ASi-5 remplace aujourd’hui l’Ethernet classique dans de nombreuses applications, par exemple, dans la technologie d’entraînement ou avec l’IO-Link.
- Les technologies SPE et ASi permettent toutes deux de compléter de manière efficace l’Ethernet sur le terrain grâce à leur infrastructure simple, de taille réduite, mais néanmoins performante.
Les utilisateurs ont le choix sur ce point : les options blindé/non blindé sont disponibles pour chaque standard SPE. Toutefois, ces variantes de câbles ne sont pas nécessairement précisées dans les spécifications. Avec un câble SPE blindé, la longueur du câble peut considérablement être augmentée en fonction du standard, qui à son tour détermine la vitesse – par ex. à 1 GBit/s, définie par 1000BASE-T1 ou IEEE 802.3bp, de 15 m (non blindé) à 40 m (blindé).
Le consortium SPE System Alliance publie la déclaration suivante sur sa page d’accueil (singlepairethernet.com) : « une enveloppe en acier inoxydable intégralement scellée à 360° et renfermant l’ensemble du connecteur [SPE] offre une excellente compatibilité électromagnétique (CEM) ». On part donc du principe que la technologie SPE est résistante aux CEM dans l’environnement industriel, en particulier avec le blindage des connecteurs et des câbles mentionné ci-dessus.
Du fait de son stade de développement, aucun détail plus précis n’est actuellement disponible.
Le câblage SPE repose sur la méthode dite « multidrop », qui n’existe pas avec l’Ethernet classique. Celle-ci réduit la portée de l’Single Pair Ethernet, en revanche, elle requiert uniquement des pièces en T simples sans commutateurs réseau. En outre, avec la technologie SPE, les câbles et les connecteurs sont nettement plus petits.
Le protocole PROFINET étant un protocole sur base Ethernet, il peut être transmis via SPE. Single Pair Ethernetn’est qu’une nouvelle couche physique, c’est-à-dire un nouveau matériel destiné au transport d’informations de protocoles tels que l’Ethernet.
Les différentes couches physiques sont reliées entre elles par un commutateur réseau dédié à la communication.
Du fait de son stade de développement, aucune information plus précise n’a été publiée pour l’instant. On peut cependant supposer que le câblage d’une telle application est axé sur une mise en œuvre avec l’Ethernet classique.
Il serait judicieux de connecter un commutateur réseau avec 32 ports, chacun avec un débit de 10 MBit/s, à une commande via un port de 1 GBit/s. C’est la seule manière de garantir la possibilité pour chaque port d’utiliser la totalité de la bande passante à tout moment. La plupart des applications SPE sur le terrain pourraient être une combinaison de commutateurs réseau et de liaisons point à point. Les liaisons point à point, limitées chacune à 1 000 m de long, relieraient les capteurs fixés au commutateur réseau.
Le SPE et l’ASi-5 offrent tous deux une infrastructure simple, de taille réduite, mais néanmoins performante. Ces derniers rendent l’utilisation d’Ethernet sur le terrain superflue en de nombreux endroits. Par ailleurs, le SPE et l’ASi-5 permettent au secteur de numériser plus facilement le niveau de terrain – et de passer ainsi à l’IIoT.
