고급 감지 및 제어 기능을 갖춘 연결된 장치는 산업 응용 분야에서 점점 일반화되고 있으며 상호 연결 중에 산업 상호 연결이라는 개념이 등장합니다. 유선이든 무선이든 자동화 효율성을 높이는 것이 최우선 과제가 되었습니다. 감지 및 제어 장치의 밀도가 높으면 자연스럽게 상호 연결이 증가합니다. 산업용 무선 네트워크는 일부 상호 연결 문제를 어느 정도 해결할 수 있지만 일반적으로 특정 형태의 물리적 연결이 필요하며 무선 네트워크는 모든 산업 환경에 적합하지 않습니다.
산업 시나리오에서 SPE(Single-Pair Ethernet)의 부상
위에서 언급한 상호 연결에서 이더넷 연결에는 고속 100Mbps 이더넷 또는 Gbps 이더넷을 위한 여러 개의 전선이 필요할 수 있습니다. 복잡성, 높은 비용, 센서로 수집된 정보의 적시 교환 보장 불가능 등의 단점은 산업 상호 연결의 기대치를 충족시키지 못합니다.
싱글페어 이더넷(Single-Pair Ethernet) 기술은 근거리에서 1Gb/s의 속도를 구현하고 양방향 통신이 가능한 연결 기술이다. 처음에 이 연결 기술은 자동차 애플리케이션에 널리 사용되었습니다. IEEE 802.3 전송 표준에 따라 단일 쌍 이더넷 기술이 차세대 차량에 통합되어 CAN 및 기타 버스 시스템을 대체했습니다. 이 기술은 제어, 통신 및 다양한 안전 기능을 통합하여 이더넷을 통해 작동할 수 있어 산업 자동화 상호 연결 요구 사항을 정확하게 충족합니다.
산업 시나리오에서 단일 쌍 이더넷을 도입하는 가장 직접적인 추진 요인은 애플리케이션에서 효율적인 양방향 통신에 대한 요구를 충족시키는 것입니다. 1Gb/s 연결 속도는 장치에서 인프라로, 장치에서 클라우드로 실시간 보안 연결을 가능하게 합니다. 비용과 사용 편의성 외에도 센서 데이터 분석의 향상과 오류 응답의 가속화만으로도 매우 매력적입니다.
단일 쌍 이더넷의 장점은 무엇입니까?
첫째, 단일 쌍 이더넷을 산업 시나리오에서 보편성이 부족한 무선 연결과 비교할 필요가 없습니다. 다른 유선 연결과 비교할 때 단일 쌍 이더넷은 데이터와 전원을 모두 전송하는 데 두 개의 케이블만 사용하여 동일한 컴팩트 인터페이스에서 PoDL(Power over Data Line)을 제공합니다. 기존 유선 연결에서는 4개의 케이블을 사용합니다. 케이블 수가 적다는 것은 비용이 절감되고 기계 장비의 자유도가 높아진다는 것을 의미합니다. 보다 중요한 관점에서 볼 때, 케이블의 구리(Cu) 함량을 줄인다는 것은 더 적은 에너지로 더 빠른 전송을 달성한다는 것을 의미합니까? 이와 관련하여 단일 쌍 이더넷의 비용 편익 분석은 의심할 여지 없이 유리합니다.
SPE 기술, SPE 얼라이언스
언급한 바와 같이 단일 쌍 이더넷은 데이터 통신에 600MHz의 대역폭을 사용하여 10MB/s의 전송 속도에서 최대 1000미터의 케이블 길이를 사용하여 단거리에서 1Gb/s의 속도에 도달할 수 있습니다. 통신상의 이점은 명백하며 더 이상의 설명이 필요하지 않습니다. 단일 쌍 이더넷 연결의 한 터미널은 1Gbps/600MHz 데이터 전송에 사용되고 다른 터미널은 최대 8A 전류의 전력 전송을 지원한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 이러한 데이터와 전원의 혼합 연결은 전원과 데이터 신호 간의 간섭을 방지하기 위해 물리적으로 차폐되고 분리되어야 합니다.
전반적으로 이 기술은 커넥터의 전체 크기를 줄이고 많은 터미널의 작업 부하를 최소화합니다. 단일 쌍 이더넷은 이더넷을 센서-액추에이터 수준으로 끌어내리고 센서와 액추에이터를 자동화 시스템이나 클라우드에 직접 연결하여 산업 상호 연결에 상당한 지원을 제공합니다.
단일 쌍 이더넷의 PoDL 과제
컴팩트 인터페이스의 PoDL(Power over Data Line)에 대한 이전 언급에서도 장거리 전력 전송의 비효율성을 해결했습니다. 현재 표준 단일 쌍 이더넷 데이터 연결은 50W에 도달할 수 있으며, 혼합 전원 데이터 연결은 48V에서 최대 400W를 제공할 수 있습니다. 여기서 문제가 발생합니다. 높은 전력 수준으로 인해 PoDL이 표준에서 벗어날 수 있습니다. 대부분의 전기 장치는 10%의 전압 강하를 허용하는 반면 PoDL은 최대 20%를 허용합니다. PoDL 하니스의 전력 테스트에서 40미터 케이블 길이는 이 조건에서 200W에 가까운 전력을 가져올 수 있으며, 케이블이 20미터보다 짧을 경우 높은 전력 레벨은 400W에 도달합니다. PoDL이 표준에서 벗어나는 것을 방지하기 위해 일반적으로 이 최대값은 사용되지 않습니다.
PoDL을 사용하면 데이터 케이블과 전원 케이블을 동일한 와이어로 결합할 수 있습니다. 이 설정을 사용하면 데이터와 전력의 동시 전송이 가능하지만 단점이 있습니다. 즉, 잡음 및 전력 레벨 변화율에 대한 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 그렇지 않으면 데이터 전송이 영향을 받습니다. 따라서 이러한 잡음을 억제하기 위해 좋은 필터 회로를 사용하는 것은 산업 환경, 특히 낮은 메가헤르츠 범위에서 생성되는 잡음의 경우 특히 중요합니다(아래 그림 참조).
요약
단일 쌍 이더넷은 전체 산업 네트워크에서 프로토콜 표준화의 기회를 제공합니다. 왜? 산업 장비의 수많은 센서와 액추에이터를 고려하면 이더넷은 많은 산업 네트워크의 표준인 반면, 산업 현실은 다양한 시스템과 수많은 기존 게이트웨이로 가득 차 있습니다. 이더넷을 다른 시스템과 연결하는 단일 쌍 이더넷의 역할은 성능상의 장점보다 업계에서 더 많은 관심을 끌었습니다.