Один кабель для передачи данных и электропитания

Подключение к оконечному оборудованию удаленных устройств нижнего уровня (полевой уровень АСУ ТП), децентрализованных распределительных устройств и так называемых станочных модулей в системе автоматизации можно осуществить с помощью одного кабеля — путем объединения промышленной Ethernet-связи через EtherCAT с источником питания, требующимся подключенным компонентам. Для организации питания напряжением 24 В на полевом уровне такое решение реализовала компания Beckhoff Automation, применив расширение технологии EtherCAT до EtherCAT P и подключение через специальные разъемы M8. Чтобы предоставить дополнительные возможности питания через один кабель, новые разъемы типа ENP и ECP объединяют связь EtherCAT или EtherCAT P с дополнительными силовыми проводами, передающими питание. Они просты в использовании, для предотвращения ошибок установки имеют в своей конструкции механический кодирующий ключ и соответствуют регламентам по степени защиты IP 67, обеспечиваемой оболочкой (защита от попадания пыли и от временного погружения под воду).

Рис. 1. Однокабельное решение с различными уровнями производительности и подключением компонентов через разъемы ECP и ENP обеспечивает оптимальную основу для конкретного станочного или заводского оборудования. Изображение предоставлено компанией Beckhoff Automation

Гибкое однокабельное решение (рис. 1) для сети автоматизации можно использовать во многих приложениях. При такой архитектуре различные секции в сети могут быть подключены посредством комбинированных кабелей, сочетающих Ethernet и передачу электропитания для устройств и компонентов в соответствии с установленными требованиями. Такая неограниченная открытость для смешанных сетевых топологий обеспечивает гибкие переходы между:

• EtherCAT P — связь со встроенным источником питания (один кабель с разъемом M8);
• однокабельное решение с применением гибридных кабелей, которые объединяют элемент связи EtherCAT или EtherCAT P с дополнительными силовыми проводами (один кабель с новыми разъемами ENP или ECP);
• обычное двухкабельное решение с отдельным источником питания (EtherCAT через разъем M8/RJ-45 или EtherCAT/EtherCAT P через разъем ENP/ECP).

Разъемы типа ECP и ENP реализуют комбинацию коммуникационных и силовых элементов в разных классах производительности по току, которая варьируется в пределах 3–64 А в одном компактном исполнении. Система соединителей является новой разработкой и отвечает всем требованиям архитектуры OCA (Open Communication Architecture) в отношении подсоединенных устройств и модулей, включая приводы, датчики и исполнительные механизмы (актуаторы, к примеру), электрические шкафы и комплектные станочные модули. Эта система соединителей имеет следующие преимущества:

• сокращение системы до уровня ее основных элементов, а именно элемента связи EtherCAT или EtherCAT P и линий электро­питания постоянного или переменного тока, что создает экономически эффективные концепции подключения;
• система проста в эксплуатации благодаря байонетным соединениям с механическим и цветовым кодированием;
• передача электропитания, встроенная в EtherCAT P, избавляет от четырех проводов, обычно необходимых для передачи 2×24 В;
• применение более тонких, менее дорогих кабелей и альтернативно обеспечение подачи других напряжений.

EtherCAT P, 24 В. Однокабельное решение

С EtherCAT P технология EtherCAT расширилась и позволила соединить высокоскоростную связь EtherCAT с системой питания 24 В и периферийным источником питания (US или UP) в стандартном кабеле Ethernet. Поэтому для EtherCAT P компания Beckhoff Automation создала специальные разъемы M8, которые имеют механическое кодирование, что устраняет возможную путаницу с разъемами, используемыми для стандартных устройств EtherCAT.

Инсталляция конкретного станочного или заводского оборудования упрощается благодаря специальным программным инструментам, которые работают на базе персонального компьютера и помогают определить всех пользователей и длину кабеля EtherCAT P, обеспечивая самую высокую производительность и наибольшую рентабельность в рамках сети EtherCAT P.

EtherCAT, EtherCAT P. Типы разъемов

Если в дополнение к системным 24-В и периферийному источникам питания через EtherCAT P требуется более высокая мощность или ток, то питание с помощью разъемов ECP и ENP может быть обеспечено благодаря соответствующим гибридным кабелям. Для этой цели предназначены такие решения:

• ECP (EtherCAT P + питание) — эта серия разъемов объединяет компактный, трапециевидный элемент EtherCAT P (с использованием тех же выводов, что и EtherCAT P с разъемом M8) с дополнительными контактами питания. Таким образом, питание 24 В, встроенное в EtherCAT P, дополняется еще одной линией питания;
• ENP (EtherCAT/Ethernet + питание) — данные разъемы объединяют трапецеидальный центральный элемент связи с дополнительными выводами питания, такими же, как и ECP. Трапецеидальный элемент имеет обратную конструкцию для предотвращения неправильных соединений и обеспечивает передачу данных через EtherCAT, как стандартный Ethernet или другие протоколы связи, выполненные на базе этого стандарта.

Разъемы разнообразных размеров (B12–B36) доступны с различным количеством контактов питания (2–6), поэтому их легко адаптировать к требованиям разных типов сетей. Полное, на всю длину и круговое (360°), экранирование центрального трапециевидного элемента гарантирует типичную высокопроизводительную связь EtherCAT (рис. 2). Расширение однокабельных конструктивных решений одновременно с растущим разнообразием устройств и компонентов EtherCAT P, ECP и ENP также увеличивает диапазон возможностей для самых разных пользовательских приложений.

Рис. 2. Новые технологии соединений расширяют возможности EtherCAT- и EtherCAT P-связи благодаря дополнительным вариантам передачи электропитания

Стандарты IEEE — питание через Ethernet (Power over Ethernet, PoE)

Требования к питанию через Ethernet уже включены в несколько стандартов, разработанных для различных отраслей и приложений. Первоначальная целевая группа PoE от Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) была создана в 2000 г. Согласно презентации, проведенной 10 июля 2017 г. на тему «Практическое учебное пособие по PoE», технологию PoE включают стандарты, предусматривающие подачу питания оконечному оборудованию через BASE-T PHYS (четыре пары, две пары, одна пара):

• IEEE Std 802.3af-2003 — питание оконечного оборудования (обработки) данных (Data Terminal Equipment, DTE) через зависящий от среды интерфейс (Media Dependent Interface, MDI);
• IEEE Std 802.3at-2009 — оконечное оборудование (обработки) данных (DTE), передача повышенной мощности;
• IEEE P802.3bt — оконечное оборудование (обработки) данных (DTE), передача питания повышенной мощности через зависящий от среды интерфейс (MDI) по четырем витым парам;
• 10M/100M/1G/2.5G/5G/10G — четыре витые пары, две витые пары;
• IEEE Std 802.3bu-2016 — передача электричества посредством сети Ethernet
  на базе витой пары и технологии PoDL (Power over Data Lines);
• 10M/100M/1G/10G (2.5G/5G) — одна витая пара.

Стандарты ISO/IEC и ряд других также поддерживают технологию PoE. Напряжения и токи здесь были увеличены с номинального начального уровня 14 В и 24 В с использованием разъемов RJ-45 с переходом на более мощные кабели, теперь напряжения и мощности до 50 В (мощность 45 и 60 Вт) и 52 В (мощность 75 и 90 Вт).
Получить дополнительную информацию можно по ссылке www.ieee802.org.