En el mundo interconectado de hoy en día, la transmisión de datos a través de Ethernet desempeña un papel crucial. Esto es especialmente cierto desde la introducción de Ethernet monopar, que ha abierto posibilidades y retos completamente nuevos para las aplicaciones industriales. En el siguiente artículo, respondemos a todas las preguntas importantes sobre la conexión en red y la integración de dispositivos de campo y sensores basados en Ethernet de par único y las ventajas asociadas para los procesos industriales.
Single Pair Ethernet, o SPE para abreviar, es una comunicación basada en Ethernet que constituye la base de diversos protocolos de transmisión. El concepto de extremo a extremo permite la transmisión directa de datos entre el sensor y la nube, lo que se traduce en una comunicación fluida sin discontinuidad de medios en todos los niveles de la pirámide de automatización. Esto simplifica el acceso a los datos del sensor desde el nivel de campo y la implementación de aplicaciones. En algunos casos, la tecnología también se denomina incorrectamente "Single per Ethernet".
El modelo OSI (Open Systems Interconnection Model) es un marco conceptual que describe las funciones estandarizadas de una red de comunicaciones o informática. Divide la comunicación de red en 7 capas sucesivas, cada una de las cuales tiene tareas y funciones específicas. Ayuda a estructurar y normalizar la compleja comunicación de red. Single Pair Ethernet se sitúa en el nivel más bajo, la llamada capa física.
Modelo OSI: (1) Capa física, (2) Capa de enlace de datos, (3) Capa de red, (4) Capa de transporte, (5) Capa de sesión, (6) Capa de presentación, (7) Capa de aplicación.
La principal diferencia radica en el número de pares de hilos del cable de datos utilizado. Mientras que Ethernet tradicional utiliza 2 ó 4 pares de cables en función de la velocidad de transmisión, SPE sólo requiere un único par trenzado de hilos en el cable de datos apantallado. Además, la innovadora tecnología basada en la norma 10BASE-T1L permite longitudes de cable de hasta 1.000 metros, mientras que antes eran habituales longitudes de cable de sólo 100 metros.
La abreviatura 10BASE-T1L es un término formado por varios aspectos parciales que contiene la información relevante sobre la conexión de red. Por ejemplo, el número 10 indica la velocidad de transmisión de 10 Mbps. El término "BASE" se refiere al tipo de señal y significa que las señales Ethernet pueden transportarse a través del cable de datos. "T1" son las siglas de "Par Trenzado" y la abreviatura "L" de Larga Distancia, lo que significa que son posibles longitudes de cable de datos de hasta 1 km.
Single Pair Ethernet (SPE) ofrece varias ventajas, sobre todo en el campo de la automatización industrial y la conexión en red de dispositivos. Entre las ventajas más importantes se incluyen:
SPE utiliza cables de datos de cobre de un solo par, en lugar de los habituales cables de datos de dos o cuatro pares. Esto simplifica la arquitectura/montaje del cable y reduce los requisitos de peso y espacio. Esto facilita enormemente la instalación y el tendido en máquinas y sistemas complejos, incluso en aplicaciones en las que el cable de datos está sometido a grandes esfuerzos de flexión.
Menos material para los cables reduce los costes de los propios cables y de la instalación. También pueden reducirse los costes de mantenimiento.
SPE admite la transmisión de datos en tiempo real, lo que garantiza un mejor control de los procesos y una mayor seguridad en las aplicaciones industriales.
Durante la transmisión de datos, la alimentación también se suministra a través del mismo par de cables. Esto facilita la alimentación de los dispositivos y elimina la necesidad de cables de alimentación independientes.
SPE facilita la integración en infraestructuras Ethernet existentes y es compatible con protocolos Ethernet estandarizados, lo que simplifica la conectividad y la integración en redes. Todo lo que se necesita es un conmutador Ethernet monopar con el correspondiente estándar IEEE 802.3 compatible del subgrupo tecnológico utilizado.
Los sistemas SPE suelen estar diseñados para entornos industriales difíciles, por lo que son más resistentes a las influencias ambientales y al estrés mecánico.
SPE puede transmitir datos a distancias más largas que Ethernet convencional, lo que puede suponer una ventaja en grandes plantas industriales o edificios.
Con el creciente número de dispositivos IoT y la necesidad de conectarlos en red de forma eficiente, SPE ofrece una solución preparada para el futuro que sigue el ritmo de los requisitos de las aplicaciones de red modernas y futuras.
Gracias a la conexión sin barreras de dispositivos de campo, Single Pair Ethernet es una puerta abierta a innovaciones de las que pueden beneficiarse muchos sectores y ramas de la industria. En particular, esto incluye redes industriales, aplicaciones de automoción, automatización de edificios y otras aplicaciones en las que se requiere una solución de cableado robusta, rentable o que ahorre espacio. Ethernet monopar también es la tecnología elegida para su uso en entornos industriales adversos o para la monitorización climática en grandes almacenes e invernaderos. Por último, la enorme longitud de los cables permite integrar sensores a grandes distancias.
Single Pair Ethernet (SPE) permite varias velocidades de transmisión de datos, que pueden variar en función de los requisitos técnicos y la longitud del cable. Entre ellas se incluyen:
Estas velocidades de transmisión están diseñadas para aplicaciones en las que la fiabilidad es más importante que la alta velocidad. Se distinguen dos tipos principales:
Esta velocidad se utiliza a menudo en redes de automoción, donde ofrece un buen equilibrio entre velocidad y rentabilidad. Con un mazo de cables sin apantallar, la longitud máxima es de 15 m.
Esta velocidad de transmisión superior es ideal para aplicaciones que requieren una transmisión de datos más rápida, como en determinadas aplicaciones industriales o sistemas avanzados de vehículos. Se puede alcanzar una longitud de 15 m con un cable sin apantallar, mientras que un cable apantallado ofrece un alcance de hasta 40 m.
Las velocidades de transmisión de datos multi-gig se pueden utilizar para cubrir aplicaciones del sector de la automoción que requieren anchos de banda muy elevados, como los sistemas de asistencia al conductor o los sistemas de piloto automático. En este caso se puede alcanzar una longitud de 15 m con cables de datos apantallados.
| Cronología IEEE 802.3 | Norma IEEE 802.3 | Máx. Distancia | Velocidad | Ancho de banda | Categoría según ISO/IEC TR11801-... | Pares | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2015 | IEEE 802.3bw | 100BASE-T1 | 15 m UTP | 100 Mb/s | 66 MHz | SPE | 1 |
| 2016 | IEEE 802.3bp | 1000BASE-T1 | 40 m 15 m UTP |
1000 Mb/s | 600 MHz | SPE | 1 |
| 2019 | IEEE 802.3cg | 10BASE-T1L 10BASE-T1S |
1000 m 25 m UTP |
10 Mb/s | 20 MHz | SPE | 1 |
| 2020 | IEEE 802.3ch | Multi-Gig | (15 m) | 2.5/5/10 Gb/s | — | SPE | 1 |
Varios factores son cruciales para garantizar una transmisión de datos eficiente y una red de extremo a extremo. Entre ellos están el tipo y la calidad de los cables, el hardware apto para SPE (conmutadores SPE, routers y dispositivos finales) y los conectores y conexiones adecuados. También es necesario planificar cuidadosamente el diseño de la red, tener en cuenta las condiciones ambientales y realizar una instalación profesional.
La tecnología Single Pair Ethernet es una tecnología innovadora que hasta ahora sólo ofrecían empresas individuales de tecnología de sensores y automatización. Dos alianzas diferentes de impulsores tecnológicos la comercializan con éxito. La más conocida es la Single Pair Ethernet Systems Alliance, que en su directorio de miembros ofrece un buen resumen de posibles proveedores de sensores y tecnología.
La Single Pair Ethernet Systems Alliance se centra en el desarrollo, la normalización y la difusión de SPE. Sus principales objetivos son:
Single Pair Ethernet se considera pionera de la automatización de procesos y tiene el potencial de cambiar fundamentalmente la forma en que se transmiten los datos en aplicaciones industriales y relacionadas con la industria. Por ello, goza de una aceptación industrial cada vez mayor y desempeñará un papel clave en las aplicaciones IoT del futuro. Entre ellas se incluyen aplicaciones para ciudades inteligentes, edificios inteligentes, vehículos conectados y mucho más. Desde un punto de vista técnico, no hay nada mejor que Single Pair Ethernet.
