Ethernet de un solo par es la tecnología Ethernet industrial de extremo a extremo que se está apoderando de las redes de bus de campo heredadas y Ethernet tradicional y allanando el camino para la Industria 4.0, el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) y la Fabricación Inteligente. Vea cómo spe se introdujo en el mercado y por qué está superando a otras soluciones de comunicación industrial.
La historia de la comunicación basada en Ethernet
El primer sistema Ethernet utilizaba un cable coaxial grueso para conectar una computadora a otra. El cable transmitía y recibía datos, lo que permitía a los dispositivos conectados la capacidad de comunicarse entre sí.
Este único invento interrumpió toda la industria de la comunicación industrial tal como la conocemos hoy en día.
Ethernet fue desarrollado a principios de la década de 1970 por Robert Metcalfe, un ingeniero del Centro de Investigación Xerox Palo Alto, para conectar dispositivos de red de área local (LAN) cableada o red de área amplia (WAN).
Dibujo original del sistema Ethernet por Robert Metcalfe.
Ethernet es un sistema utilizado para conectar computadoras utilizando hardware hacia y desde múltiples máquinas. Su patente original lo describe como un “sistema de comunicación de datos multipunto con detección de colisiones”.
Ethernet convencional se centró en ayudar a los sistemas a conectarse y comunicarse mejor entre sí mediante el uso de tecnología de cable y se conoció como la red comercial estándar utilizada principalmente en entornos de oficinas corporativas.
Metcalfe trabajó con Xerox para levantar la patente de Ethernet para que otras compañías también pudieran usar la tecnología. Finalmente fue aceptado por el International Electrical and Electronic Engineers (IEEE) para su uso en todo el mundo como un conjunto de reglas para el lenguaje de red común.
Poco después de que se introdujera Ethernet, hubo un mayor uso de la tecnología de automatización eléctrica que condujo a la creación de la tecnología Fieldbus en la década de 1980. La tecnología de red de bus de campo se convirtió en otro sistema de red industrial de uso común para la comunicación y, finalmente, dominó las industrias de control de procesos y automatización industrial.
Las intenciones de diseño iniciales de Ethernet y Fieldbus son completamente diferentes; Ethernet se centra en las comunicaciones de alta velocidad a través de su manejo de paquetes de datos, mientras que Fieldbus fue diseñado para centrarse en el control distribuido en tiempo real.
A medida que ha pasado el tiempo y ambas tecnologías se han desarrollado, el crecimiento de Ethernet superó al de Fieldbus en el espacio industrial y se espera que continúe.
Aunque Ethernet comercial había ido ganando popularidad desde los años 70, no fue hasta principios de la década de 2000 que los cables, conmutadores y conectores Industrial Ethernet surgieron en el mercado con la capacidad de soportar factores ambientales en entornos industriales.
Single Pair Ethernet (SPE), un tipo de Ethernet industrial, se introdujo en 2010 y se caracteriza por tener un solo par de cable de cobre trenzado en lugar del típico Multi Pair Ethernet (MPE) que tiene dos o cuatro pares de cables.
¿Por qué Fieldbus fue más popular que Ethernet durante más tiempo?
Las tecnologías de bus de campo como Profibus, Modbus, BUS CAN y Foundation Fieldbus (FF) se utilizan ampliamente en la fabricación discreta y la automatización de fábricas, donde se puede instalar una red de nivel de campo de dos hilos y pares trenzados en áreas peligrosas, mientras que los cables Ethernet comerciales a menudo no son lo suficientemente robustos para tales condiciones; carente de protección EMI y una chaqueta resistente.
Incluso los mejores sistemas Ethernet comerciales no están destinados a manejar las duras condiciones diarias de las instalaciones industriales de trabajo. Debido a las limitaciones de Ethernet comercial, las tecnologías de bus de campo se utilizaron más comúnmente en entornos de fabricación industrial, ganando popularidad en la década de 1980. Las duras condiciones industriales a las que están sujetos estos sistemas podrían incluir:
- Temperaturas frías extremas: las temperaturas cercanas a la congelación pueden hacer que el cable se vuelva quebradizo y se rompa y causar fácilmente daños a la chaqueta protectora incluso por un impacto mínimo.
- Temperaturas extremadamente altas: El calor extremo puede hacer que la chaqueta protectora se derrita y provocar escasez y la vulnerabilidad a los cables expuestos podría conducir a la electrocución.
- Productos químicos: Los cables y conectores deben protegerse de la exposición química, como el aceite, que puede provocar daños moleculares en los polímeros utilizados para el aislamiento y el revestimiento de cables.
- Ruido y vibraciones de fábrica: Los ruidos eléctricos y magnéticos de los dispositivos de alto voltaje pueden distorsionar las transferencias de datos en la red y la vibración puede causar la degradación de la camisa y la desconexión del cable.
A medida que la tecnología Ethernet maduró, el cable y los componentes Ethernet robustos de grado industrial estuvieron disponibles. Las soluciones Ethernet de grado industrial son lo suficientemente resistentes como para soportar entornos hostiles en la planta, con blindaje EMI y materiales más resistentes.
Para cuando surgió esta tecnología, muchas instalaciones ya habían invertido e implementado sistemas de bus de campo que funcionaban “lo suficientemente bien”, por lo que durante años no hubo necesidad de cambiar a una solución diferente.
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Ethernet comercial vs Ethernet industrial
‘ para comprender por qué difieren y las consideraciones que puede tener al diseñar redes Ethernet industriales.
Sin embargo, ahora que la tecnología de comunicación industrial ha avanzado y Se ha introducido y estandarizado Ethernet de un solo par en el mercado, existe una mayor demanda de soluciones que se adapten a las estrategias de fabricación inteligente a largo plazo.
El mercado muestra que la tecnología Fieldbus no va a desaparecer; muchas instalaciones continuarán utilizando las redes de bus de campo heredadas más antiguas debido a un nivel de comodidad con los sistemas existentes.
El uso continuado de las tecnologías Fieldbus va más allá del mantenimiento de la base instalada.
Definitivamente hay situaciones en las que Fieldbus es la mejor opción a través de Ethernet: tradicionalmente más económico, el cable más largo funciona sin repetidores / conmutadores, menos sensible a EMI / RFI, componentes físicamente más robustos como conectores, etc.
Línea de tiempo de red industrial: Ethernet vs Fieldbus vs Wireless
Hoy en día, toda la tecnología operativa (OT) se compone de redes Industrial Ethernet y Fieldbus, así como tecnologías inalámbricas como WLAN (WiFi), Bluetooth, GPS y transmisión de televisión y radio.
La red Ethernet industrial más grande del mundo es EtherNet/IP seguida de otras PROFINET, EtherCAT, POWERLINK y Modbus-TCP. Los buses de campo más grandes en el mercado global son PROFIBUS, CC-Link y Modbus-RTU.
Las tecnologías de bus de campo están disminuyendo constantemente con un notable -5% anual en 2019, dando paso a un crecimiento del 20% en Ethernet industrial en 2020.
Una representación histórica de las cuotas de mercado de redes industriales de 2014-2021 según los estudios de HMS Networks .
Dé paso a Ethernet industrial
En 2019, Industrial Ethernet representó el 59 por ciento del mercado, mientras que las redes de bus de campo heredadas representaron el 35 por ciento y las inalámbricas el 6 por ciento. Se informó en 2020 que Industrial Ethernet ahora está a la cabeza con el 64%, seguido por Fieldbus con el 30%, y Wireless y el 6%.
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‘Where Next for Ethernet’
– un artículo escrito originalmente por Bernd Müller de LAPP.
A pesar de la pandemia de COVID-19, HMS Networks aún espera que el mercado total de redes industriales crezca un 6% en 2021. También se espera que el próximo estudio informe que las redes Industrial Ethernet, Fieldbus e Wireless estén en 65%, 28% y 7% respectivamente.
Entonces, en resumen, Industrial Ethernet ahora está dominando el mercado.
Proyecciones de 2021 de cuotas de mercado de redes industriales según HMS Networks : Ethernet industrial, bus de campo e inalámbrico.
“La conectividad de red industrial para dispositivos y máquinas es clave para obtener una fabricación inteligente y sostenible, y este es el principal impulsor del crecimiento que vemos en el mercado de redes industriales”, dice Anders Hansson, Director de Marketing de HMS Networks. “Las fábricas trabajan constantemente para optimizar la productividad, la sostenibilidad, la calidad, la flexibilidad y la seguridad. Una red industrial sólida es clave para lograr estos objetivos”.
Aquí hay una lectura rápida sobre cómo ‘
El mercado de Ethernet industrial continúa su rápido crecimiento hasta 2026′
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¿Por qué elegir Ethernet de un solo par para la conectividad industrial?
Ethernet es una tecnología dinámica que cambia y mejora con el tiempo. La innovación más reciente en el espacio Ethernet se llama ‘Single Pair Ethernet’.
Antes de que se introdujera SPE, las redes aisladas eran la norma. El bus de campo se usaba típicamente en entornos de fabricación y Ethernet de grado comercial se usaba en entornos de oficina.
Ethernet de un solo par abre la posibilidad de un protocolo de red que satisfaga los requisitos que Ethernet de par múltiple y Bus de campo cumplieron históricamente.
SPE ahorra espacio y peso, maximiza la flexibilidad y genera aún más flujo de datos que los cables Ethernet tradicionales, lo que lo convierte en el reemplazo perfecto para los cables Ethernet o Fieldbus obsoletos o la solución perfecta para que las instalaciones más nuevas implementen la tecnología de cable más nueva del mercado.
Ethernet multipar (en la imagen de la izquierda) vs Ethernet de un solo par (en la imagen de la derecha).
Varios líderes en la industria de soluciones de cable no solo están trabajando para proporcionar productos de cable SPE, sino también la infraestructura para admitirlo, que incluye conectores, conmutadores, módulos de E / S, adaptadores para dispositivos analógicos, conjuntos de cables y más.
Entonces, ¿cuáles son las ventajas de la transición de Fieldbus tradicional y Multi Pair Ethernet a Single Pair Ethernet? SPE tiene:
- Cables más pequeños, delgados y ligeros con un 50% menos de peso y menos espacio
- Instalación más rápida y sencilla para reducir el coste de montaje
- Menor complejidad de las redes de automatización para menos mantenimiento y reparaciones
- Menos cobre y plástico utilizados por menos costo de materiales y un uso de recursos más sostenible
- Distancias de longitud de cable más largas de hasta 1.000 metros para entornos comerciales o industriales
- Velocidades de transmisión de 10Mbit/s a 1GBit/s para una comunicación más rápida y un mayor rendimiento
Las industrias y aplicaciones en las que SPE está prosperando incluyen Automotriz, Procesos, Automatización Industrial, Transporte, Fabricación Avanzada y Robótica.
En noviembre de 2019, el IEEE aprobó un nuevo estándar para el protocolo Ethernet de un solo par: el estándar IEEE 802.3cg (también conocido como 10Base-T1.
Las especificaciones IEEE 802.3cg requieren dos estándares de capa de enlace para 10Base-T1S y 10Base-T1L. Tanto el estándar de corto como el de largo alcance admiten velocidades de hasta 10 Mbps utilizando un solo par trenzado.
| Estándar | Velocidad | Gama | Pares | Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|
| 10-base-T1S“Corto Alcance” | 10Mbps | 25m | 2 pares (par trenzado único) | Informática, Automoción, Industrial |
| 10-Base-T1L“Largo Alcance” | 10Mbps | 1.000 metros | 2 pares (par trenzado único) | IoT, Industrial (Gran Almacén, Fábricas, etc.) |
Estándares IEEE para el protocolo Ethernet de un solo par: 10-Base-T1S y 10-Base-T1L utilizados para diferentes aplicaciones.
SPE para aplicaciones automotrices
La industria automotriz fue la primera en adoptar la tecnología SPE debido a las características cada vez más complejas que se agregan a los vehículos. Impulsada por la necesidad de reducir la complejidad del cable y aumentar el ancho de banda en espacios pequeños, la tecnología SPE fue la solución perfecta.
Ethernet de un solo par ya está reemplazando a CAN y otros sistemas de bus en las nuevas generaciones de automóviles y es el requisito previo para la conducción autónoma.
SPE para aplicaciones de supervisión basadas en condiciones
El estándar 10Base-T1 de IEEE permite que se utilice Ethernet de un solo par para obtener información de salud de mayor calidad, conectividad más rápida y mayor rendimiento en un entorno de fabricación inteligente.
Ethernet de un solo par ahora se puede utilizar para aplicaciones de monitoreo basadas en la condición que permiten la detección temprana y el diagnóstico de anomalías de máquinas y sistemas en tiempo real.
Ser capaz de monitorear el estado de la máquina brinda a los gerentes de ingeniería y operaciones información clave para programar el tiempo de inactividad para el mantenimiento, identificar reemplazos para el inventario de piezas y mejorar el diseño futuro del producto.
SPE para aplicaciones de automatización de procesos
Las transmisiones de velocidad de datos han estado limitadas durante años hasta que SPE ha hecho posible que en casos de uso como la videovigilancia aumente drásticamente la potencia de los datos.
El aumento de las transmisiones de datos permite que las cámaras y la videovigilancia activen las alarmas de seguridad más rápido para dar a la seguridad del edificio más tiempo para reaccionar.
Ethernet de un solo par es la infraestructura para IIoT
La evolución de Industrial Ethernet en el mercado apoya la teoría de ethernet de un solo par como la columna vertebral de las aplicaciones industriales de Internet de las cosas (IIoT).
Las máquinas y sistemas modernos tienen que realizar tareas complejas, por lo que es necesario que los fabricantes cuenten con un sistema de red de datos sólido para proporcionar un flujo constante y constante de información hacia y desde sus equipos, dispositivos y sistemas.
Tener una red de comunicación sólida permite que los dispositivos inteligentes proporcionen datos confiables hacia y desde su origen, ayudando a los gerentes de planta de ingeniería y técnicos de servicio de campo a tomar decisiones en tiempo real.
Eric Leijtens, Gerente Global de Productos de Comunicaciones Industriales de TE Connectivity, dice: “Ethernet de un solo par es la tecnología sobre la cual construiremos el camino hacia el éxito futuro del IIoT”.
A medida que la tecnología avanza, los fabricantes de todo el mundo se esfuerzan por mantenerse por delante de los competidores revolucionando sus estrategias comerciales para cumplir con las iniciativas en torno a la fabricación inteligente, el aprendizaje automático y la automatización de fábricas industriales.
Soluciones de cable Ethernet de un solo par
LAPP es compatible con spe industrial Partner Network, que representa la interfaz estándar de dispositivos industriales T1 definida por ISO e IEC, de acuerdo con IEC 63171-6 y cables SPE de acuerdo con ISO / IEC 11801-X.
Lapp Tannehill ofrece una gama de soluciones Ethernet de un solo par de la familia de productos ETHERLINE® T1 de LAPP, que incluyen:
- ETHERLINE® T1 FD P 1x2xAWG26/7 (disponible próximamente)
- ETHERLINE® T1 Y FLEX 1x2xAWG22/7
- ETHERLINE® T1 P FLEX 1x2xAWG18/7 (disponible próximamente)
La familia de productos ETHERLINE® T1 contiene varios cables Ethernet de un solo par para su uso en maquinaria y plantas industriales.
ETHERLINE® T1 FD P es un cable blindado AWG26 para Gigabit y se utiliza en cadenas de cables.
ETHERLINE® T1 Y FLEX es un cable AWG22 para movimientos ocasionales y es adecuado para 100 Mbit y Gigabit. Lea el comunicado de prensa de ‘ETHERLINE® T1 Y Flex: LAPP amplía el rango de cables Ethernet de un solo par’.
ETHERLINE® T1 P FLEX es un cable AWG18 para 10 Mbit/s y distancias de hasta 1000 metros.
LAPP está en camino de proporcionar a sus clientes una solución SPE completa de extremo a extremo. Obtenga una ventaja competitiva en el mercado mediante la implementación de una infraestructura SPE para adelantarse a sus objetivos de Industria 4.0 y Fabricación Inteligente. Póngase en contacto con nosotros si tiene preguntas sobre nuestras ofertas de Ethernet de un solo par.