Nelle reti industriali, Ethernet si è inizialmente affermata a livello aziendale, passando per i livelli operativi e di processo fino al livello di controllo. L'ultimo livello della piramide dell'automazione, quello di campo, è tradizionalmente connesso tramite vari sistemi BUS. Una delle ragioni di ciò risiede nella fitta ramificazione e nell'elevato numero di dispositivi presenti a livello di campo. Centinaia di migliaia di sensori e attuatori in un impianto di produzione devono essere collegati tramite una vasta rete di periferiche costituite da cavi. Nel complesso, si tratta di una notevole quantità di cablaggio e di un fattore di costo significativo. Inoltre, sono sempre necessari gateway e traduttori per convertire i dati tra i due livelli.
Recentemente, la necessità di un'infrastruttura più efficiente a livello di campo è cresciuta notevolmente. I sensori richiedono sempre più velocità di trasmissione che i sistemi BUS non sono più in grado di fornire. Allo stesso tempo, l'infrastruttura Ethernet esistente è troppo costosa, ingombrante ed eccessiva per la maggior parte delle applicazioni di campo. Questo vale per cavi, connettori e componenti dei dispositivi. Era necessaria un'infrastruttura Ethernet sottile, leggera ma potente per consentire all'industria di digitalizzarsi a livello di campo e quindi compiere il salto verso l'IIoT. È qui che entra in gioco SPE.
L'industria è ansiosa di sfruttare i vantaggi di questo cablaggio sottile. Nell'automazione, SPE consente una connettività senza soluzione di continuità tra dispositivi di campo, tecnologia di sensori/attuatori e molto altro. Il livello di campo diventa più intelligente, riducendo così lo sforzo necessario per la parametrizzazione, l'inizializzazione e la programmazione. La costruzione, il funzionamento e la manutenzione del sistema diventano più efficienti ed economici. Per la prima volta, Ethernet può comunicare in modo efficiente dal cloud al campo.
La tecnologia SPE in macchine, robot o ferrovie contribuisce anche al risparmio di peso e spazio. Tutto il cablaggio diventa più semplice e può essere installato molto più rapidamente.
L'infrastruttura Ethernet IIoT
con TCP/IP rende intelligente ogni partecipante sul campo. Grazie alla TSN (Time-Sensitive Network), questi dispositivi diventano anche capaci di operare in tempo reale e possono quindi essere utilizzati in cablaggi critici per la sicurezza. A differenza dei sistemi BUS, la velocità di trasmissione dati significativamente più elevata consentirà in futuro anche la connessione economica di sensori con elevati volumi di dati. Ad esempio, i sistemi di visione artificiale per il riconoscimento e il posizionamento. In precedenza, tali sensori dovevano essere instradati separatamente sul campo utilizzando un'infrastruttura Ethernet a 8 fili. Con SPE, ogni sensore può essere connesso uniformemente a Internet. Le interfacce per dispositivi industriali T1 e i cavi SPE conformi a ISO/IEC 11801-X costituiscono l'infrastruttura standardizzata per SPE a livello di campo. È efficiente quanto una tradizionale infrastruttura BUS, ma significativamente più potente in termini di velocità di trasmissione dati e trasmissione simultanea di energia. Ogni piccolo sensore diventa un partecipante intelligente nell'Internet delle cose industriale.
La tecnologia SPE sostituisce l'infrastruttura Ethernet esistente?
Probabilmente no. Allo stato attuale di sviluppo e standardizzazione, la SPE trasmette a 1 Gbit/s solo fino a una distanza di 40 metri. L'Ethernet a 8 fili, invece, può trasmettere fino a 100 metri. Inoltre, sarebbe necessario convertire un gran numero di interfacce e dispositivi, il che è superfluo. L'Ethernet viene utilizzata su una singola coppia di fili, dove un notevole risparmio di spazio e peso risulta vantaggioso. Le applicazioni nel settore ferroviario includono, ad esempio, la riduzione del peso, che si traduce in enormi potenziali risparmi sui costi.
L'Ethernet sta acquisendo sempre maggiore importanza nell'automazione e si sta affermando come mezzo di trasmissione universale. I sistemi BUS, d'altro canto, sono in costante declino. È proprio in questo ambito, dal livello di controllo al livello di campo, che i sistemi SPE BUS perderanno quote di mercato. L'interfaccia SPE miniaturizzata standard per applicazioni industriali, di tipo industriale T1 secondo la norma IEC 63171-6, può raggiungere efficacemente ogni sensore e attuatore sul campo tramite sottili cavi SPE.
SICUREZZA ATTRAVERSO GLI STANDARD
IEC 63171-6 LO STANDARD DI SETTORE PER LE INTERFACCE SPECIALI La norma
IEC 63171-6 è stata pubblicata all'inizio del 2020, diventando il primo standard al mondo per le connessioni SPE nelle applicazioni industriali adottato dai principali organismi di normazione. Introdotto originariamente nel 2016, il documento standard completo include tutte le specifiche e le procedure di prova necessarie per un'implementazione semplice e affidabile.
STANDARD DI CABLAGGIO ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG3 e TIA42 - PER LA COMPLETA COMPATIBILITÀ
Per una connessione end-to-end sicura, tutti i componenti dell'infrastruttura devono soddisfare standard uniformi. Ciò include i cavi.
Questi standard di cablaggio forniscono agli utenti informazioni sulla struttura del cablaggio, sui componenti di cablaggio da utilizzare per raggiungere gli obiettivi di prestazione e sui limiti per la verifica del cablaggio. Questo li rende lo strumento più importante per la configurazione e la messa in servizio del cablaggio SPE. Allo stesso tempo, garantiscono la compatibilità tra dispositivi e cablaggio attraverso riferimenti agli standard dei componenti (ad esempio, connettori secondo IEC 63171-6). Questa compatibilità è un prerequisito fondamentale per il funzionamento delle reti e delle connessioni basate su SPE e, pertanto, il fondamento dell'IoT/IIoT. L'utilizzo di componenti di cablaggio non conformi, ad esempio, alla norma ISO/IEC 11801-3 Amd.1 è in linea di principio possibile, ma non è più conforme agli standard e comporta il rischio di incompatibilità e perdite di funzionalità.
All'inizio del 2018, ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 e TIA42 hanno avviato processi di selezione internazionali per definire interfacce uniformi. Questi due processi di selezione sono stati in parte promossi dallo standard IEEE 802.3, che ha richiesto a ISO/IEC e TIA una raccomandazione per un'interfaccia SPE MDI (SPE Device Interface).
Più di 20 comitati nazionali di esperti hanno partecipato a questo processo di selezione. A seguito di questa scelta, sono emerse due tipologie di accoppiamento:
per la realizzazione del cablaggio (M1I1C1E1) la tipologia di accoppiamento conforme alla norma IEC 63171-1:
questa tipologia di accoppiamento si basa sulla proposta dell'azienda CommScope;
per le applicazioni industriali e affini (M2I2C2E2 e M3I3C3E3) la tipologia di accoppiamento conforme alla norma IEC 63171-6 (precedentemente IEC 61076-3-125):
questa tipologia di accoppiamento si basa sulla proposta di HARTING T1 Industrial.
IEEE 802.3
definiscono il quadro tecnico per la trasmissione Ethernet su una singola coppia di fili. Questo comitato chiave ha l'autorità di stabilire le tendenze. Senza un protocollo uniforme, non esiste uno standard aperto. Per supportare l'interazione di componenti standardizzati per un sistema Ethernet olistico, IEEE 802.3 segue le raccomandazioni di ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 e TIA42 per un'interfaccia SPE uniforme e raccomanda inoltre lo stile industriale T1 (IEC 63171-6) come interfaccia SPE standard per le applicazioni industriali.
