Single Pair Ethernet (SPE) describe la transmisión de Ethernet a través de un solo par de cables de cobre. Además de la transmisión de datos a través de Ethernet, SPE también permite una fuente de alimentación simultánea de dispositivos terminales a través de PoDL - Power over Data Line. Anteriormente, esto requería dos pares para Fast Ethernet (100 MB) y cuatro pares para Gigabit Ethernet. SPE ahora abre posibilidades y campos de aplicación completamente nuevos para Ethernet Industrial.

En las redes industriales, Ethernet ha prevalecido inicialmente desde el nivel de la empresa a través del nivel de funcionamiento y proceso hasta el nivel de control. El último nivel de la pirámide de automatización, el nivel de campo, está conectado clásicamente a través de varios sistemas BUS. Una razón para esto es la fina ramificación y la gran cantidad de dispositivos en el nivel de campo. Cientos de miles de sensores y actuadores en una planta de producción deben conectarse a través de periféricos extensos que consisten en cables. Con todo, una cantidad considerable de cables y un factor de coste. Además, siempre se necesitan pasarelas (gateways) y traductores para traducir los datos de ambos mundos entre sí.
Recientemente, la necesidad de una infraestructura más eficiente a nivel de campo ha crecido significativamente. Cada vez más sensores requieren velocidades de transmisión que los sistemas BUS ya no pueden proporcionar. Al mismo tiempo, la infraestructura Ethernet existente es demasiado cara, demasiado grande y excesiva para la mayoría de las aplicaciones de campo. Esto se aplica a los cables, conectores y componentes del dispositivo. Se necesitaba una infraestructura fina, ligera pero potente para Ethernet que permitiera a la industria digitalizarse a nivel de campo y así dar el paso al IIoT. Aquí es donde entra SPE.

La industria quiere aprovechar los beneficios de este cableado fino. En automatización, SPE permite la conexión sin barreras de dispositivos de campo, tecnología de sensores / actuadores y mucho más. El nivel de campo se vuelve inteligente y, por lo tanto, reduce el esfuerzo de parametrización, inicialización y programación. La construcción, funcionamiento y mantenimiento de sistemas se vuelve más eficiente y rentable. Por primera vez, Ethernet puede comunicarse de manera eficiente desde el punto de vista de la nube al campo.
La tecnología SPE en máquinas, robots o ferrocarriles también contribuye al ahorro de peso y espacio. Todo el cableado se vuelve más simple y también se puede instalar mucho más rápido.

LA INFRAESTRUCTURA PARA IIOT
Ethernet con TCP / IP hace que cada participante de campo sea inteligente. Con TSN (red sensible al tiempo) también se vuelven capaces en tiempo real y, por lo tanto, también se pueden utilizar en cableado relevante para la seguridad. A diferencia de los sistemas BUS, la tasa de transmisión de datos significativamente mayor también permitirá que los sensores con altos volúmenes de datos se conecten de manera rentable en el futuro. Por ejemplo, sistemas de visión de cámara para sistemas de reconocimiento y posicionamiento. Anteriormente, dichos sensores tenían que ser guiados por separado al campo con una infraestructura Ethernet de 8 hilos. Con SPE, cada sensor puede conectarse de manera uniforme a Internet. Las interfaces de dispositivos industriales T1 y los cables SPE según ISO / IEC 11801-X forman la infraestructura estandarizada para SPE a nivel de campo. Fino como la infraestructura de BUS convencional, pero significativamente más potente en velocidad de transmisión de datos y transmisión de potencia simultánea. Cada sensor pequeño se convierte en un participante inteligente en el Internet de las cosas industrial.

¿SPE REEMPLAZA LA INFRAESTRUCTURA ETHERNET EXISTENTE?
Probablemente no. En el estado actual de desarrollo y estandarización, SPE transmite 1 GBit / s solo hasta una distancia de 40 metros. Ethernet de 8 hilos, sin embargo, hasta 100 metros de longitud de transmisión. Además, se tendría que convertir una gran cantidad de interfaces y dispositivos, lo que no es necesario. Se utiliza Ethernet a través de un solo par de cables cuando surgen ventajas gracias a un enorme ahorro de espacio y peso. Estas son, por ejemplo, aplicaciones en la industria ferroviaria. Aquí, menos peso significa un enorme potencial de ahorro de costes.
Ethernet está ganando cada vez más relevancia en la automatización y se está aceptando cada vez más como un medio universal. Los sistemas de BUS, por otro lado, están constantemente en retirada. Es precisamente en esta área, desde el nivel de control hasta el nivel de campo, donde los sistemas SPE BUS perderán cuota de mercado. La interfaz estándar miniaturizada SPE para aplicaciones industriales, estilo industrial T1 de acuerdo con IEC 63171-6, puede llegar de manera eficiente a cada sensor y actuador en el campo junto con cables SPE finos.

SEGURIDAD A TRAVÉS DE ESTÁNDARES

IEC 63171-6 EL ESTÁNDAR DE LA INDUSTRIA PARA INTERFACES ESPECIALES
IEC 63171-6 se publicó a principios de 2020, lo que lo convierte en el primer estándar del mundo para conexiones SPE en aplicaciones industriales adoptado por los principales organismos de normalización. Ya presentado en 2016, el documento estándar completo incluye todas las especificaciones y secuencias de prueba necesarias para una implementación simple y fiable.
 
NORMAS DE CABLEADO ISO / IEC JTC 1 / SC 25 / WG3 & TIA42 - PARA COMPATIBILIDAD COMPLETA
Para una conexión segura de extremo a extremo, todos los componentes de la infraestructura deben cumplir con estándares uniformes. También los cables.
Estos estándares de cableado brindan al usuario información sobre la estructura del cableado, los componentes de cableado que se utilizarán para lograr los objetivos de rendimiento y los límites para verificar el cableado. Esto los convierte en el instrumento más importante para configurar y poner en servicio el cableado SPE. Al mismo tiempo, aseguran la compatibilidad entre dispositivos y cableado a través de referencias a estándares de componentes (por ejemplo, conectores de acuerdo con IEC 63171-6). Esta compatibilidad es un pre-requisito básico para la función de redes y conexiones basadas en SPE y, por lo tanto, la base de IoT / IIoT. El uso de componentes de cableado que no sean, por ejemplo, ISO / IEC 11801-3 Amd.1 es posible en principio, pero ya no se ajusta a los estándares y conlleva el riesgo de incompatibilidades y pérdidas funcionales.
ISO / IEC JTC 1 / SC 25 / WG 3 y TIA42 comenzaron procesos de selección internacional a principios de 2018 para definir interfaces uniformes. Estos dos procesos de selección fueron iniciados en parte por IEEE 802.3, que solicitó una recomendación para un SPE MDI (interfaz de dispositivo SPE) de ISO / IEC y TIA.
Más de 20 comités nacionales de expertos participaron en este proceso de selección. Como resultado de esta elección, prevalecieron dos caras de complemento:
Para construir el cableado (M1I1C1E1) la cara de acoplamiento de acuerdo con IEC 63171-1:
Esta cara de acoplamiento se basa en la propuesta de la empresa CommScope;
Para aplicaciones industriales y relacionadas con la industria (M2I2C2E2 y M3I3C3E3) la cara de acoplamiento de acuerdo con IEC 63171-6 (anteriormente IEC 61076-3-125):
Esta cara de acoplamiento se basa en la propuesta de HARTING T1 Industrial.

IEEE 802.3
Los estándares del protocolo Ethernet según IEEE802.3 definen las condiciones del marco técnico para la transmisión Ethernet a través de un solo par de cables. Un comité importante con competencia para establecer tendencias. Sin un protocolo uniforme, no hay un estándar abierto. Para soportar esta interacción de componentes estandarizados para un sistema ECO holístico, IEEE802.3 sigue las recomendaciones de ISO / IEC JTC 1 / SC 25 / WG 3 y TIA42 para una interfaz SPE uniforme y también recomienda el estilo industrial T1 (IEC63171-6) como la interfaz SPE estándar para aplicaciones industriales.