Stuart McKay, explains more about the benefits that Single-pair Ethernet (SPE), the latest development in Ethernet data communications, looks set to bring to the industrial sector."> SPE:实现可靠的工业物联网基础设施 - 必威betway西

SPE:实现可靠的工业物联网基础设施

2021年5月10日

斯图亚特·麦凯，详细介绍了以太网数据通信的最新发展——单对以太网(SPE)有望给工业部门带来的好处。

以太网数据通信的最新发展是在单对电缆上扩展其功能。单对以太网(SPE)允许传统工业网络迁移到以太网网络技术，同时向边缘设备传输电力和数据。

SPE提供了一个支持平台，允许从各种遗留网络迁移到一个通用物理层。工业4.0通过从边缘传感器、车间到企业桌面的单一技术向交付又迈进了一步。

SPE扩展了工业物联网(IIoT)的资源，为组织迁移到基于以太网的操作技术(OT)提供了加速器，提供了与信息技术(IT)网络兼容的公共通信协议。这种扩展包括端到端解决方案，包括开关、阀门、电缆和传感器，这些都是由众多组织合作开发的，以最有效的协议实现必要的变化，以协调OT和IT操作。

虽然以太网已经在工业市场上获得了份额，并且可以以各种形式使用，但在以太网尚未满足应用程序需求的地方，非以太网协议仍然占主导地位。这种多协议场景继续增加遗留环境的成本和复杂性，包括为这种不同环境服务所需的具有多协议经验的安装和维护人员。

随着越来越多的制造和工业设备和设备被连接，OT网络已经成为以太网和遗留现场总线协议的复合。就新安装的节点而言，最近的研究得出结论，工业以太网在2018年首次超过了传统现场总线，并且这一进展还在继续。工业以太网继续以20%的稳定增长率增长，目前占全球市场的65%，增长了8%。在全球范围内，PROFINET目前是最大的工业以太网网络，市场份额为18%，紧随其后的是Ethernet /IP，市场份额为17%

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SPE的功能增加了对全以太网网络解决方案的承诺。技术进步使得网络更易于组织实施和管理。单一协议网络将提供数据透明度并提高安全性，工业物联网的发展及其与企业信息系统和工业流程无缝连接的需求将推动向以太网平台的融合。

最初的单对IEEE标准802.3 g-2019是在2020年初宣布的，当时推出了支持SPE应用的设备芯片。减少了用于通信的对数，减少了电缆和连接器的尺寸，同时该技术在单个连接中向边缘设备传输电源和数据。IP20 SPE连接器是一个小的格式模块，其占地面积是RJ45端口的一半，具有积极闩锁啮合的安全连接。必威bet集成电源和数据消除了对本地电池或电源的需求，节省了变压器和电路保护，同时提高了安装时间，简化了维护。

与TIA-568A/B标准的4对终端电缆相比，lc型连接器现场终端1对电缆快速、简单。使用常用工具，技术人员执行SPE终止所需的时间是4对终止的一半。它还使用18awg电缆提供更轻，更小的电缆。SPE连接器终端将更不容易出错，减少返工。考虑到重量和尺寸的减小，更多的电缆可以拉在一起，简化了实现。

SPE对远程设备的数据和功率的重要性怎么强调都不为过。IEEE 802.3bu标准通过SPE连接提供远程直流电源，称为数据线供电(power over Data Line, PoDL)。PoDL类似于标准以太网的以太网供电(PoE)技术，后者正在改造智能建筑电气和数据通信基础设施。

SPE的另一个积极属性是重用现有电缆介质的潜力。许多工厂和工厂都有遗留的单对扭电缆，这可能作为SPE电缆介质重复使用，只要经过认证。例如，许多正在使用或冗余的RS-485电缆是18awg规格，这使得它成为新电缆运行的一个可行的替代方案。电缆将需要测试，以确保它们满足相对于10BASE-T1L链路传输TIA-568.5标准的电气性能。

Panduit公司研发高级首席工程师、以太网联盟单对以太网小组委员会主席Bob Voss最近表示，单对以太网能力的提高及其在工业和制造业中支持成熟运营技术拓扑的能力正在为企业带来真正的价值。

SPE环境上的合并减少或消除了非以太网的挑战，同时扩展了以太网和基于ip的网络的优势。以太网网络速度更快，提供了诸如时间敏感网络(TSN)和软件定义网络(SDN)等增强技术。虽然四对以太网已经很好地支持工业网络的更高级别，但对于许多低价值的边缘设备来说，它并不具有成本效益。SPE的设计目的是在合适的价格点上提供解决方案，为价格敏感的工业物联网设备提供更广泛的实施入口级别。目前使用RS-485串行通信的系统可以升级，只需对媒体进行很少的更改，因此可以将其引入以太网网络。

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SPE提供了更高的带宽，允许在边缘处获得更高的数据速率，在1000米距离内传输速度可达10mbps。考虑到基于RS-485的传统协议，同样1000m的链接速度只有31.2kbps——快了300倍。

SPE的便捷性、成本和相对功能为在工业环境中迁移或增量部署SPE提供了低成本的访问。技术成本与将数据捕获能力扩展到多个边缘设备相一致，而以前的访问成本很高。

预计SPE的早期应用包括连接以下内容:

•用于危险和不太严重的过程自动化环境的仪表设备。
•滑车和机器I/O块到OT网络。
•连接到机器或小区工业网络交换机的联机设备。
•将现场传感器和执行器连接到工业网络的点对点开关或通过结构化电缆链接通道，两者的长度均可达1公里，远远超过目前的100米限制。
•现场设备以菊花链方式连接，内置2通道开关。
•远程I/O模块之间，网络交换机，或控制器。
•面板内设备通过单电缆通过多滴拓扑(10BASE-T1S)连接在一起。

工业物联网的扩展依赖于高成本的技术，加上廉价的传感器来驱动规模。大批量的自动化产品可能首先改变，而专门的遗留协必威官方登陆议设备将需要更长的时间来替换。一旦组织理解了他们可以从SPE中获得的市场优势，相关设备的实现将显著增加，这反过来将降低网络的复杂性，因为它汇聚到以太网上。

SPE有望成为制造商和工业工厂实现以下功能的关键技术:
•实现从云端到边缘的无缝网络。
•增加边缘带宽，以实现高级诊断。
•通过消除协议转换网关简化边缘网络。
•改造和简化直流控制电力基础设施。
•通过扩展制造业IT防御深度技术来改善网络安全。
•连接微型微物联网和其他受限制的形状因素设备。
•降低OT网络的TCO。

总之，SPE对于制造商和工业工厂设施来说是一种变革性的技术。对于制造业和其他细分市场，如轨道交通和楼宇自动化，也将在未来几年开始采用SPE网络。

斯图尔特·麦凯(Stuart McKay)是Panduit的业务发展经理。


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