Ethernet cặp đơn (SPE) là gì? Đặc điểm của công nghệ SPE
Công nghệ Single Pair Ethernet (SPE) được coi là một trong những xu hướng quan trọng trong lĩnh vực truyền thông công nghiệp. Ưu điểm của công nghệ kết nối mới này chính là chỉ có một cặp dây dẫn (single pair) với khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao, giảm yêu cầu về không gian và giảm chi phí.
Nội dung bài viết
1. Ethernet cặp đơn (SPE) là gì?
2. Ưu điểm của công nghệ SPE
3. Ứng dụng của công nghệ SPE
4. Đặc điểm của dây cáp ethernet cho công nghệ SPE
5. So sánh các công nghệ truyền thông công nghiệp với SPE
6. Phân loại dây cáp ethernet SPE
7. Các loại dây cáp ethernet cho công nghệ SPE
7.1 Cáp ethernet SPE cho tự động hóa công nghiệp
7.2 Cáp ethernet SPE cho tự động hóa quy trình
7.3 Cáp ethernet SPE cho công nghệ xây dựng
1. Ethernet cặp đơn (SPE) là gì?
Ethernet cặp đơn (Single Pair Ethernet - SPE) đang được xem là một trong những xu hướng quan trọng định hình tương lai của truyền thông công nghiệp. Công nghệ kết nối mới này, với chỉ một cặp dây dẫn, mang lại nhiều lợi ích như truyền dữ liệu tốc độ cao, tiết kiệm không gian và giảm chi phí.
Hiện nay, nhiều hệ thống truyền thông khác nhau đang được sử dụng trong môi trường công nghiệp, chẳng hạn như Profinet, CAT 5e và 6a, Industrial Ethernet hay Ethercat. Tuy nhiên, Single Pair Ethernet có khả năng thay thế các công nghệ này trong nhiều ứng dụng nhờ khả năng truyền dữ liệu với tốc độ gigabit và cấp nguồn đồng thời qua chỉ một cặp dây. Đây là giải pháp thông minh, linh hoạt, tiết kiệm chi phí và không gian, giúp truyền thông theo thời gian thực đến tận các thiết bị trường.
>>Xem thêm: Tìm hiểu về dây cáp Ethernet công nghiệp
Single Pair Ethernet (SPE) là công nghệ truyền dữ liệu qua mạng dây. Cáp dữ liệu sử dụng công nghệ SPE khác với các loại trước đây ở chỗ chỉ cần một cặp dây đồng. Trước đây, hệ thống cáp PROFINET yêu cầu hai cặp dây, còn Ethernet Gigabit cần tới bốn cặp dây. Ngoài ra, SPE còn có khả năng truyền nguồn điện đồng thời trên cùng cặp dây, được gọi là công nghệ Power over Data Line (PoDL). Nhờ vậy, cáp trở nên mỏng hơn, nhẹ hơn, mang lại nhiều lợi ích và mở ra nhiều ứng dụng mới trong tương lai.
2. Ưu điểm của công nghệ Single Pair Ethernet
Single Pair Ethernet (SPE) đang dần khẳng định vị thế là công nghệ tiên tiến trong truyền thông công nghiệp, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các giải pháp Ethernet truyền thống. Dưới đây là những lợi ích mà công nghệ SPE đem đến cho các doanh nghiệp và ứng dụng công nghiệp hiện đại:
2.1 Cáp ethernet SPE có thiết kế cáp mỏng, nhẹ và linh hoạt
Cáp ethernet cho công nghệ SPE chỉ cần một cặp dây dẫn, giúp tiết kiệm không gian, giảm trọng lượng và dễ dàng lắp đặt ngay cả trong những khu vực chật hẹp. Cáp SPE có độ linh hoạt cao, phù hợp với nhiều ứng dụng yêu cầu cáp nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất tối ưu.
2.2 Tiết kiệm chi phí và tài nguyên
Nhờ thiết kế đơn giản và ít dây dẫn hơn, cáp ethernet cho công nghệ SPE giúp giảm chi phí mua sắm và thi công so với các hệ thống Ethernet trước đây. Hơn nữa, việc sử dụng ít nguyên vật liệu đồng nghĩa với việc tiết kiệm tài nguyên, góp phần bảo vệ môi trường.
2.3 Truyền dữ liệu tốc độ cao, ổn định
SPE hỗ trợ tốc độ truyền tải lên đến 1 Gbit, đáp ứng tốt nhu cầu truyền dữ liệu lớn với tốc độ cao trong các ứng dụng công nghiệp. Đây là lợi thế giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, đảm bảo sự ổn định trong quá trình vận hành.
2.4 Phạm vi truyền tải rộng
Cáp ethernet dùng cho công nghệ SPE có khả năng truyền dữ liệu lên đến 1.000 m khi sử dụng dây AWG 18, cho phép kết nối ở khoảng cách xa mà vẫn duy trì độ ổn định. Điều này đặc biệt hữu ích trong các nhà máy hoặc hệ thống lớn, nơi các thiết bị cần truyền tải dữ liệu ở khoảng cách lớn.
2.5 Giao tiếp thời gian thực đến cấp thiết bị trường
Với khả năng hỗ trợ giao tiếp thời gian thực, SPE giúp truyền thông đến tận các thiết bị trong hệ thống, đảm bảo mọi thông tin được cập nhật nhanh chóng và chính xác, đáp ứng yêu cầu hoạt động hiệu quả.
2.6 Khả năng uốn cong tốt, lý tưởng cho các ứng dụng di động
Cáp SPE có bán kính uốn cong nhỏ, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi cáp phải linh hoạt như các cánh tay robot hoặc các thiết bị di động trong dây chuyền sản xuất.
Với những ưu điểm vượt trội, Single Pair Ethernet không chỉ mang lại hiệu quả về chi phí mà còn mở ra nhiều khả năng ứng dụng mới, giúp các doanh nghiệp cải tiến quy trình và nâng cao năng suất một cách bền vững. Công nghệ này đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho các nhà máy và hệ thống công nghiệp hiện đại.
3. Ứng dụng của dây cáp ethernet công nghệ Single Pair Ethernet
Công nghệ Single Pair Ethernet (SPE) có nguồn gốc từ ngành công nghiệp ô tô, nơi việc tiết kiệm không gian và giảm trọng lượng là yếu tố quan trọng. Tuy nhiên, các ngành công nghiệp khác hiện cũng đang tìm cách tận dụng SPE, đặc biệt là trong những ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu cao.
Lần đầu tiên, công nghệ này cho phép tự động hóa toàn diện xuống tận cấp độ thiết bị, tức là tích hợp các cảm biến, cơ cấu chấp hành và thiết bị khác trong cùng một hệ thống. Trước đây, các thiết bị này thường kết nối với cấp điều khiển thông qua hệ thống fieldbus, vốn không thuộc mạng Ethernet. Single Pair Ethernet giúp thu hẹp khoảng cách này, và với khả năng truyền thông thời gian thực đến cấp độ thiết bị, SPE đang được coi là công nghệ then chốt cho Internet Vạn Vật trong Công nghiệp (IIoT) và Công nghiệp 4.0.
4. Đặc điểm của dây cáp ethernet cho công nghệ SPE
4.1 Phân loại dây cáp ethernet cho công nghệ SPE
Một yêu cầu cơ bản để sử dụng công nghệ SPE là phải có hạ tầng kỹ thuật phù hợp, từ các thiết bị đầu cuối, kết nối đầu cắm cho đến hệ thống cáp. Để giúp các nhà sản xuất và người dùng dễ dàng chuyển đổi, các loại cáp ethernet dành cho SPE được phân loại giống như đã áp dụng cho Profinet:
- Loại A: Dây dẫn đặc, sử dụng cho các hệ thống lắp đặt cố định.
- Loại B: Dây dẫn dạng sợi, dành cho các ứng dụng linh hoạt hoặc có độ rung.
- Loại C: Dây dẫn dạng sợi, dành cho các ứng dụng động với tần suất cao (chẳng hạn như trong chuỗi kéo cáp - drag chain).
- Loại R: Cáp chịu xoắn, có dây dẫn dạng sợi dành cho các ứng dụng robot.
Các loại dây cáp ethernet cho xích dẫn cáp và cáp dành cho robot chủ yếu khác nhau ở lớp chống nhiễu, được thiết kế để chịu tải uốn cong hoặc xoắn phù hợp với từng loại ứng dụng.
4.2 Đặc điểm của các loại vỏ bọc cáp ethernet trong công nghệ SPE
Ngoài ra, các vật liệu vỏ bọc khác nhau được sử dụng cho từng loại cáp để phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Cáp loại A và B thường được bọc PVC. Ngoài ra, còn có rất nhiều lựa chọn thay thế không chứa halogen, đảm bảo an toàn thực phẩm, kháng dầu và hóa chất để bạn lựa chọn. Cáp loại C có sẵn ở phiên bản PUR, PVC và Santoprene, và cáp rô bốt loại R cũng có sẵn ở phiên bản PUR và Santoprene.
Vỏ bảo vệ | Không chứa Halogen | Chậm cháy | Ít khói | Giá | Chống dầu | Độ uốn cong | Chống mài mòn | Kiểm tra khả năng chịu nhiệt theo tiêu chuẩn UL |
PVC UL | không | trung bình - cao | không | thấp - trung bình | thấp - cao | trung bình | trung bình | VW1, FT1, FT4 |
FRNC/LS0H/ LSZH | có | trung bình - cao | có | trung bình | thấp | thấp | thấp | VW1, FT1, FT4 |
PE | có | không | có | trung bình | thấp | thấp | thấp | không |
PUR UL | có | trung bình | trung bình | cao | cao | cao | cao | VW1, FT1, CFT |
TPE (Santoprene) | không | trung bình | trung bình | cao | cao | cao | cao | VW1, FT1, CFT |
TPE (Santoprene) | có | không | trung bình | cao | cao | cao | cao | không |
Bảng 1: Tính chất của các vật liệu vỏ bảo vệ khác nhau của cáp SPE
4.3 Các tiêu chuẩn về tốc độ và khoảng cách truyền tải trong công nghệ SPE
Để truyền dữ liệu, công nghệ Single Pair Ethernet cung cấp một số tùy chọn về tốc độ và khoảng cách truyền như sau:
- 10BASE-T1: tốc độ dữ liệu lên đến 10 Mbit / s, khoảng cách lên đến 1.000m.
- 100BASE-T1: tốc độ dữ liệu lên đến 100 Mbit / s, khoảng cách lên đến 40m.
- 1000BASE-T1: tốc độ dữ liệu lên đến 1 Gbit / s, khoảng cách lên đến 40m.
- MultiGigBASE-T1: tốc độ dữ liệu lên đến 2,5 / 5/10 Gbit / s, khoảng cách lên đến 15m.
Trong môi trường công nghiệp, 10BASE-T1 và 1000BASE-T1 hiện là yêu cầu quan trọng nhất. Bên cạnh đó, công nghệ MultiGig vẫn đang được phát triển và sẽ mở ra nhiều cơ hội hơn trong tương lai. Chúng tôi, HELUKABEL đã thêm ba loại cáp ethernet SPE khác nhau cho 10BASE-T1 và 1000BASE-T1 vào danh mục đầu tư của mình với phạm vi sản phẩm liên tục được mở rộng.
>>Tìm hiểu thêm:
Sản phẩm xích dẫn cáp nhựa có thật sự tốt
5. So sánh các công nghệ truyền thông công nghiệp với SPE
5.1 So sánh công nghệ SPE và Profibus PA
Khi so sánh các công nghệ truyền thông công nghiệp hiện có khác nhau với Single Pair Ethernet, ưu điểm của công nghệ SPE trở nên rõ ràng hơn tùy thuộc vào từng ứng dụng. Ví dụ, 10BASE-T1 đạt điểm cao hơn Profibus PA với dải tần số cao hơn đáng kể, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ gấp 320 lần và đủ nhanh để truyền video.
Profibus PA / Foundation Fieldbus | SPE 10BASE-T1L | |
Tiết diện (Cross Section) | AWG 18 solid or stranded / AWG 16 stranded | |
Khoảng cách tối đa (Max. Distance) | Lên đến 1900 m ở các khu vực không nguy hiểm và lên tới 1000 m ở các khu vực nguy hiểm (nguồn cung cấp điện Fisco cho IEC 60079-11) | Lên đến 1000 m (Ti Phy DP83TD510E> 2000 m ngang hàng) |
Trở kháng (Impedance) | 100 +- 20 ohms @ 31,25 kHz | 100 +- 15 ohms @ 20 MHz |
Dãy tần số (Frequency Range) | lên đến 39 kHz | lên đến 20 MHz |
Tốc độ truyền dữ liệu tối đa (Max. Data Rate) | 31,25 kbit | 10 Mbit |
Đầu nối điển hình (Typical Connector) | M12 a-coded 4 PIN IP67 7/8 inch PI67 | M8/M12 SPE IEC 63171-6 |
Bảng 2: So sánh SPE 10BASE-T1 với Profibus PA
5.2 So sánh công nghệ SPE 1000BASE-T1 và Profibus DP
So với công nghệ USB, cả 1000BASE-T1 và MultiGigBASE-T1 đều cung cấp phạm vi và tốc độ dữ liệu cao hơn đáng kể, cũng như cung cấp năng lượng lớn hơn. 1000BASE-T1 cũng được ưa chuộng hơn do đường kính cáp nhỏ và trọng lượng thấp hơn, ngoài ra, yêu cầu đồng cũng thấp hơn và bán kính uốn chặt hơn so với cáp với Profibus DP, CAN hoặc Ethernet công nghiệp.
So sánh | Profibus DP | SPE 1000BASE-T1 | SPE 1000BASE-T1 | Ưu điểm/ Nhược điểm |
Thiết kế chuỗi xích kéo (drag chain) | Thiết kế chuỗi xích kéo (drag chain) | Thiết kế chuỗi xích kéo (drag chain) | ||
Tiết diện (Cross section) | AWG 23/19 | AWG 26/19 | AWG 22/19 | |
Tốc độ dữ liệu (data rate) | 12 Mbit | 1 Gbit | hơn 83x tốc độ dữ liệu | |
Đường kính cáp (Cable Diameter) | 8.0 mm | 4.9mm | 6.3 mm | 21-38% khoảng cách đường kính cáp được giảm |
Khoảng cách tối đa (Max. Distance) | 100 m* | 40m | không thuận lợi về độ dài | |
Nguồn (Power) | không (hybrid) | PoDL lên đến 50W | bao gồm nguồn | |
Trọng lượng cáp (Cable Weight) | ~ 77kg/km | ~ 29 kg/km | ~ 50 kg/km | giảm 35-60% trọng lượng |
Khối lượng đồng (Copper Fig) | 25kg/km | 16kg/km | 24kg/km | giảm 4-36% đồng |
Bán kính uốn cong (Bending radius chain) | 96mm | 59mm | 76mm | 20-39% bán kính uốn cong đỏ |
* với tốc độ cao 12 Mbit
Bảng 3: So sánh SPE 1000BASE-T1 với Profibus DP
Bạn có thể tìm hiểu thêm thông tin trong hội thảo "Single Pair Ethernet (SPE) Cabling" mà chúng tôi đã thực hiện trong chuỗi hội thảo "SPE Pioneer Summit". Chuyên gia Horst Messerer của chúng tôi đã trình bày chi tiết về ưu điểm của công nghệ SPE so với các tiêu chuẩn truyền thông hiện có và giải thích các loại cáp và đầu nối nào đã có trên thị trường. Hội thảo trên có thể được truy cập miễn phí bất cứ lúc nào tại đây .
Bạn cũng có thể tìm thông tin chi tiết về Single Pair Ethernet trên website của chúng tôi.
6. Phân loại dây cáp ethernet SPE
Để đơn giản hóa việc giới thiệu công nghệ SPE đến người dùng, đã có nhiều tiêu chuẩn được xây dựng cho Single Pair Ethernet. Tùy thuộc vào phạm vi và tốc độ truyền dữ liệu, SPE được chia thành các loại khác nhau, tương tự như các giải pháp Ethernet công nghiệp trước đây:
HELUKABEL hiện đã có sẵn một số loại cáp được thiết kế riêng cho công nghệ Single Pair Ethernet. Dưới đây là các sản phẩm hiện đang có sẵn:
- 11017748 – SPE 10BASE-T1L – dành cho lắp đặt cố định
- 11018067 – SPE 1000BASE-T1 – AWG26 – dành cho xích dẫn cáp (drag chains)
- 11018068 – SPE 1000BASE-T1 – AWG22 – dành cho xích dẫn cáp (drag chains)
7. Các loại dây cáp ethernet SPE của HELUKABEL
HELUKABEL là thành viên của Mạng lưới Đối tác Công nghiệp SPE từ năm 2019. Hiệp hội này, có trụ sở tại Rahden, Westphalia, là một tổ chức các công ty cùng nhau thúc đẩy công nghệ Single Pair Ethernet và ủng hộ các tiêu chuẩn đồng nhất. Hiện nay, nền tảng trao đổi thông tin này đã có 52 thành viên tham gia.
Là thành viên cao cấp của Mạng lưới Đối tác Công nghiệp SPE và là thành viên của Nhóm Kỹ thuật, HELUKABEL đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy phát triển công nghệ SPE. Mục tiêu chính là phát triển một hạ tầng tiêu chuẩn hóa đồng nhất, giúp việc chuyển đổi sang công nghệ Single Pair Ethernet trở nên dễ dàng hơn cho cả nhà sản xuất lẫn người sử dụng.
7.1 Dây cáp ethernet SPE cho tự động hóa công nghiệp
Một số dòng cáp ethernet mà người dùng có thể tham khảo như:
- HELUKAT SPE 1000BASE-T1 Hybrid SPE
- HELUKAT SPE 1000BASE-T1 Highlex AWG 26/19
- HELUKAT SPE 1000BASE-T1 Highlex AWG 22/19
7.2 Dây cáp ethernet SPE cho tự động hóa quy trình
Với công nghệ 10BASE-T1L, SPE mang lại một bước tiến lớn cho tự động hóa quy trình. Trước đây, tốc độ truyền dữ liệu trong lĩnh vực này chỉ đạt 31,25 kBit, nhưng SPE 10BASE-T1L có thể truyền tải dữ liệu ở tốc độ 10 Mbit, cho phép truyền video từ camera an ninh trong phạm vi tối đa lên đến 1000 m (điều mà Profibus PA không thể đạt được).
7.3 Dây cáp ethernet SPE cho công nghệ xây dựng
Ngoài các lựa chọn mở rộng hoặc thay thế SPE trong hệ thống cáp cảm biến truyền thống và Ethernet công nghiệp, trong tương lai, SPE cũng có thể được ứng dụng với hệ thống CAN bus, hỗ trợ SPE 1000Base-T1 trong phạm vi lên đến 40 m. Điều này không chỉ giúp giảm trọng lượng mà còn tăng tốc độ truyền dữ liệu đáng kể.