Jednokabelová automatizace kombinuje komunikaci a napájení

Připojení individuálních provozních zařízení, decentralizovaných svorkovnic a strojních modulů pomocí jediného kabelu se realizuje kombinací komunikace průmyslového Ethernetu po sběrnici EtherCAT s napájením potřebným pro připojené komponenty. V případě provozní úrovně 24 V je to implementováno pomocí rozšíření technologie EtherCAT P s připojením speciálními konektory M8. Aby mohly nové typy konektorů ENP a ECP poskytovat doplňkové napájení po jednom kabelu, kombinují v sobě komunikaci protokolem EtherCAT a EtherCAT P s doplňkovými napájecími vodiči v rámci jediného kabelu. Snadno se používají, jsou mechanicky kódované, aby nedocházelo k chybám při zapojování, a mají krytí IP67.

Flexibilní řešení automatizace s jedním kabelem lze použít v mnoha aplikacích. Lze propojit různé úseky sítě zvolením vhodně navržených kombinovaných napájecích a ethernetových kabelů pro zařízení a komponenty v závislosti na jejich napájecích požadavcích. Ničím neomezená otevřenost pro smíšené síťové topologie umožňuje flexibilní přechody mezi:

• komunikací protokolem EtherCAT P s integrovaným napájením (jednokabelové řešení s konektorem M8);
• jednokabelovým řešením využívajícím hybridní kabely, které kombinují komunikační element EtherCAT nebo EtherCAT P s doplňkovými napájecími vodiči (jednokabelové řešení s novými konektory ENP nebo ECP);
• tradičním dvoukabelovým řešením s odděleným napájením (EtherCAT přes konektor M8/RJ45 nebo EtherCAT / EtherCAT P přes konektor ENP/ ECP).

Konektory typu ECP a ENP implementují kombinaci komunikačních a napájecích elementů v různých příkonových třídách sahajících od 3 A do 64 A, a to v jednom kompaktním provedení. Tento konektorový systém je novinkou a splňuje plný rozsah požadavků OCA, pokud jde o připojená zařízení a moduly, včetně pohonů, senzorů a akčních členů, elektrických skříní a celých strojních modulů. K výhodám tohoto konektorového systému patří: 

• redukce systému na základní prvky – konkrétně na komunikační element EtherCAT nebo EtherCAT P a vodiče pro stejnosměrné nebo střídavé napájení – přinášející cenově výhodné koncepty připojení;
• snadné použití systému díky bajonetovému spojení s mechanickým a barevným kódováním;
• přenos napájení integrovaný do kabelu EtherCAT P může eliminovat 4 vodiče obvykle vyžadované pro napájení 2 × 24 V;
• možnost použití tenčích a levnějších kabelů, případně i napájení jiným napětím.

EtherCAT P, 24 V, jeden kabel

S nástupem EtherCAT P se technologie EtherCAT rozšířila a kombinuje vysokorychlostní komunikaci protokolem EtherCAT s napájením systému a periferií napětím 24 V (US nebo UP) po standardním ethernetovém kabelu. Pro EtherCAT P byly vytvořeny speciální konektory M8 s mechanickým kódováním, které zamezuje možnosti záměny s konektory používanými pro standardní zařízení EtherCAT.

Instalace určitého provedení stroje nebo linky se zjednodušuje při použití softwarových nástrojů pro řízení na bázi PC, které pomáhají specifikovat všechny jednotlivé spotřebiče využívající EtherCAT P a délku kabelů pro nakonfigurování co nejvýkonnější a cenově nejvýhodnější sítě EtherCAT P. 

Typy konektorů: EtherCAT, EtherCAT P

Pokud se kromě 24V napájení systému a periferií prostřednictvím EtherCAT P vyžaduje vyšší napětí nebo příkon, napájení lze dodávat po příslušných hybridních kabelech s konektory ECP a ENP určenými pro tento účel:

• ECP (EtherCAT P + napájení): tato řada konektorů kombinuje kompaktní lichoběžníkový element EtherCAT P (se stejným přiřazením pinů jako u konektoru M8 pro EtherCAT P) s přidanými napájecími piny; tímto způsobem je 24V napájení integrované do EtherCAT P doplněno o přídavné napájecí vodiče;
• ENP (EtherCAT/Ethernet + napájení): tyto konektory kombinují centrální lichoběžníkový komunikační element s doplňkovými napájecími piny stejným způsobem jako u konektoru ECP; lichoběžníkový element má stranově převrácené provedení, aby nemohlo dojít k nesprávnému připojení, a zajišťuje datový přenos protokolem EtherCAT po standardním Ethernetu nebo po jiných komunikačních protokolech na bázi Ethernetu.

K dispozici jsou konektory o rozměrech od B12 do B36 s různým počtem napájecích pinů (2 až 6 pinů), takže je lze přizpůsobit požadavkům různých typů sítí a spotřebě energie připojených spotřebičů. Kompletní 360° stínění po celé délce centrálního lichoběžníkového elementu přispívá k udržení typického vysokého výkonu protokolu EtherCAT.

Rozšíření možností jednokabelových provedení vzhledem k rostoucí rozmanitosti zařízení a komponent využívajících technologie EtherCAT P, ECP a ENP navyšuje i rozsah možností v aplikacích pro uživatele. 

Sree Potluri, specialista na aplikace I/O, a Andy Garrido, marketing produktů I/O, Beckhoff Automation. Upravila Emily Guentherová, zástupkyně obsahového ředitele, Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Standardy pro napájení po Ethernetu
(Power over Ethernet – PoE) organizace IEEE

Ve standardu Power over Ethernet (PoE) je zahrnuto několik standardů pro různá odvětví a aplikace. V roce 2000 byla na bázi institutu IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) založena pracovní skupina pro PoE. Podle prezentace „Practical PoE Tutorial“ z 10. července 2017 k těmto standardům patří:

Napájení po BASE-T PHYS (4 páry, 2 páry, 1 pár)

• standard IEEE 802.3af-2003 DTE Power via media dependent interface (MDI)
• standard IEEE Std 802.3at-2009 DTE Power Enhancements
• standard IEEE P802.3bt DTE Power via MDI over 4-Pair Task Force
• 10M/100M/1G/2.5G/5G/10G (4 páry, 2 páry)
• standard IEEE 802.3bu-2016 1-Pair Power over Data Lines (PoDL)
• 10M/100M/1G/10G (2.5G/5G) (1 pár)

Standardy ISO/IEC podporují PoE a další jsou ve vývoji. Napětí a proudy byly zvýšeny z počátečních nominálních hodnot (14 a 24 V) s konektory RJ-45 na použití větších kabelů, které nyní umožňují napájení až 50 V (45, 60 W) a 52 V (75 a 90 W). Více informací naleznete na webové stránce www.ieee802.org.