何为单对以太网（SPE），它是如何在工业

ningxueqin528

　　单对以太网(SPE)最初的开发是为了满足汽车行业的需求——更小、更轻的电缆和连接器，用于从自适应巡航控制、停车辅助、自动驾驶和其他车载系统中涉及的众多传感器传输数据。事实上，汽车应用所需的较低数据负载和较短距离非常适合早期SPE开发。然而随着技术的发展，[url=http:///rsonline.cn/web/b/harting/]harting[/url]企业开始看到它在其他应用中的潜力——尤其是制造和楼宇自动化——并且开发了SPE工业合作伙伴网络。该制造商协会提倡将单对以太网作为“建立IIoT的基础”，并支持传输协议、布线和设备组件的标准。

　　顾名思义，SPE 连接器的主要特点是只用到一对线缆。多年来，计算机网络连接主要使用的结构化布线系统广泛采用的是 8 根 4 对双绞线缆。这种基础设计经证实具有很强的适应性，[url=http:///rsonline.cn/web/b/vikan/]vikan[/url]即便经过 20 年，新一代网络仍在沿用这种设计。

　　在工业 4.0 革命的推动下，[url=http:///rsonline.cn/web/b/startech/]startech[/url]智能工厂的特点之一就是在工厂环境内所有元素之间实现互连。尽管传统的 4 对结构化布线系统具有很高的容量，但工厂车间内的机器仍主要使用总线型协议来共享信息。

　　总线系统的劣势

　　这类总线系统存在一些不足之处。首先，如果不同级别的智能工厂使用不同的通信协议，则需要在系统之间进行数据转换。这给网络带来了不必要的麻烦，增加了成本和能耗需求。

　　SPE 协议通过使用更小的紧凑型连接器，用统一的以太网安装来取代旧的总线架构。SPE 并不会更换现场现有的以太网设备。支持传统以太网的现有基础设施数量如此之多，如果全部更换，既费钱又耗时，而且也没有多少好处。相反，SPE 的设计初衷是为了将以太网延伸到之前无法企及的领域。

　　通过将现场级智能工厂转变成现有以太网设备的扩展，即可创建一个统一的网络。每台驱动器和传感器都能配备一个 SPE 连接器，并具有自己唯一的 IP 地址，从而实现机器到云端的无缝通信。

　　将车间数据共享到云端

　　这样不仅能够简化新设备与现有网络的集成，还能为智能工厂概念提供重大优势。工业 4.0 的关键要求之一，就是要求机器现在能向更高级别的网络提供数据。这些数据可用于监控生产流程的效率，也能提供有关机器自身状态的重要信息。传感器能提供这类数据是使用数字孪生技术必须满足的关键要求之一。

　　为了实现有效监控，信息必须实时可用。机器加入以太网网络后，便能使用 IEEE 为时效性网络连接创建的标准，从而能让操作人员逐秒查看工厂状态。

　　SPE 连接器的诸多强大功能使安装新设备变得更加容易。数年来，以太网供电 (PoE) 实现了无需单独的电源就能安装网络组件。通过使用称为数据线供电 (PoDL) 的技术，SPE 连接器系统即可为设备供电，从而消除了对本地电源的需求。SPE 网络可以选择使用 12、24 或 48 伏电源，为传感器、显示器和指示器提供高达 50 瓦的功率。只用一根双绞线缆，就能同时为设备提供数据和电源连接，还有可能减轻重量并节省空间。

　　SPE 连接器应用

　　数十年来，机器人已成为工厂车间的一大特色，其应用范围还在不断增加。在制造流程中，常使用机器人进行重复操作，每天重复操作的次数可达数千次。利用 SPE 网络，可将传感器轻松添加到机器人，以便用户实时监控性能，而无需用到单独的电源。

　　SPE 连接器的另一个应用领域是铁路。高度自动化的现代列车使用了各种各样的系统，从监控车载组件到为乘客提供信息服务等不一而足。在几百米长的列车内，需要用到大量线缆。

　　减轻车身自重对延长列车使用寿命而言意义巨大。减轻车身自重带来的好处可从多个方面进行衡量，如增加有效载荷、提高性能等。单就能耗而言，部分列车运营商表示，在整个安装过程中，车身自重每减少一公斤，便可节省高达 20,000 欧元的成本。通过使用 SPE 连接器和线缆来代替其他笨重的解决方案，减轻安装重量可带来巨大的经济效益。

　　传统以太网需要四对线时，SPE如何仅用一对线实现快速以太网通信？

　　经典1Gbps以太网使用带有四对电线的Cat5电缆，并以高达100MHz的频率运行。每对都可以发送和接收数据，允许传输速率高达1Gbps。单对以太网仅使用一对电线，但工作频率高达600MHz。在这个宽频带中，一些频率发送数据，其他频率接收数据，只需一对电线即可实现1Gbps的传输速度。