以太网是工业物联网（IIoT）网络中最受欢迎的有线网络标准，提供了坚实的性能和经过验证的可靠性。此外，以太网供电（PoE）通过同一以太网电缆为传感器和IIoT终端提供电源，从而减少了布线。以太网也已成为乘用车的标准，在许多情况下取代了控制器区域网络（CAN）的串行协议。这为自动驾驶和高级驾驶辅助系统（ADAS）提供了明显的优势，因为以太网的可靠性和高数据速率。
然而，在大型IIoT网络中，以太网电缆束可能变得如此之大、如此之重、如此之累，以至于电缆束可能成为压迫设备的障碍物，需要额外加固。这对汽车应用来说特别有问题，因为额外的重量和空间会降低容量和里程。在工业运输应用中，如卡车、客运和货运列车以及飞机，电缆的额外尺寸和重量可能大到必须在系统设计中予以补偿，从而增加成本并减缓设置时间。
为了解决这些问题，制造商已经推出了单对以太网（SPE）连接器和电缆，它们也支持数据线供电（PoDL）。SPE只通过一对双绞线提供高速数据传输以及电源。本文将解释SPE在工业和运输应用中的优势。然后，它将讨论菲尼克斯电气的两种SPE连接器，以及适合SPE应用的两种SPE电缆。
SPE与传统以太网的比较
以太网是商业和工业局域网（LAN）中最流行的有线网络标准。最广泛使用的版本是10/100Base-T以太网，它使用两对双绞线来传输数据，而千兆以太网则使用四对双绞线。由于工业自动化系统需要更快的速度，带PoE的千兆位以太网在连接计算机和传感器方面已变得更加流行。一般来说，双绞线使用24AWG铜线。这八根线通常被包裹在工业级CAT5e电缆内，上面覆盖着泡沫胶带和铝箔屏蔽层。在一个大型工业设施中，可以看到数百条这样的电缆在建筑物内到处走动。这些电缆束可能变得很重，与其把它们穿过地板，让人绊倒，不如把它们捆成线束，固定在墙壁和设备上。这些线束可能重达50磅（lb）或更多，如果没有考虑到额外的电缆重量，它们可能会拉伤或弄断电缆支撑系统，甚至使设备倒塌。
此外，传统以太网电缆的长度限制为100米（m）。对于较大的工业设施和楼宇自动化系统，有时必须使用中继器来延长以太网电缆的长度，以达到远程传感器。这增加了系统的复杂性，并引入了另一个维护点。由于布线这些又粗又重的电缆需要额外的时间和费用，很明显需要一种替代的布线方法。
SPE使用一根双绞线提供双向数据并传输电源。它支持高达1000米的电缆长度，在不使用中继器的情况下延长了联网传感器的覆盖范围。这大大降低了重量，并通过简化布局简化了安装，与传统的以太网相比，提供最大的电源效率，更小的占地面积，以及更低的设置和维护成本。虽然工业系统可以使用屏蔽外套，以防止电缆束相互干扰，但也支持轻型非屏蔽电缆。这在汽车应用中是一个优势，允许轻量级的电缆在空间受限的地方，如座椅下和跑道板下更容易布线。有了更小、更轻的电缆的综合优势，以及在一对成本效益高的单线中提供高速数据和电力传输，SPE有望成为一个流行的、甚至是主导的工业通信标准。
SPE基础知识
IEEE对每秒10兆比特（Mbit/s）SPE的正式规范是802.3cg。它支持全双工数据通信，最长可达1000米。
IEEE802.3bw支持全双工数据通信，电缆最长为50米，最高为100Mbits/s，其目标是工业应用和一些汽车应用中的高速传感器。
IEEE802.3bp支持高达1000Mbits/s的全双工数据通信，电缆长度不超过15米。在这种电缆长度下，它适用于一些工业传感器应用，但特别适合于高清视频，以及小型飞机和商业汽车应用，在这些应用中，高速传感器数据必须在相对较小的距离内传输。
目前，IEEE802.3ch支持每秒10吉比特（Gbps），电缆长度可达15米。它与802.3bp类似，但包括物理层（PHY）。这主要是针对商业汽车和工业运输应用，在这些应用中，高数据率、更小的电缆直径，特别是更低的重量是非常重要的系统设计考虑因素。
带有PoDL的SPE通过同一双绞线向以太网传感器或终端提供电力，电力输送量由电缆的长度和线径决定。在使用14AWG电线的最大长度为1000米时，IEEE规范允许在终端提供60伏和13.53瓦的功率。
工业SPE硬件
工业SPE连接不使用RJ45连接器，而是使用新的IEC63171T1连接器标准。菲尼克斯电气提供一系列针对工业应用的SPE连接器和电缆。
对于需要IP67坚固性的工业SPE应用，菲尼克斯电气提供真正的M8连接，使用1163793SPEM8-2插入物与1412502M8外壳。外壳和插入件的组合提供了IP67保护，适用于恶劣的工业环境。轻型组件也适用于航空和运输系统。
该连接器组件可在4安培（A）时提供高达72伏的PoDL，其额定温度范围为-40°C至+85°C，因此适合在户外环境中为IIoT终端和传感器节点供电。流行的M8连接器格式使系统制造商很容易将现有的带有M8连接器的传感器和设备改装成SPE。SPE连接器组件使用带有D编码的标准SPEM8-2连接器模式，以确保只有SPE电缆才能插入连接器组件中。
企业SPE硬件
SPE也适用于企业系统，包括办公环境，因为较轻和较小直径的电缆更容易建造和布线。IP67工业应用可以使用相同的SPE网络与这些企业系统轻松互动。对于通常需要IP20保护的企业应用，一个合适的解决方案是菲尼克斯电气1163797SPE模块插座，这是一个通孔焊接的IEC63171插座，带有一个锁定夹，以确保电缆连接牢固。
M8-2插入物是有键的，以防止误接。该插孔有两个镀金的铜合金插头，将接触电阻保持在最低水平，使其能够在4A时提供高达70伏特的PoDL。M8外壳是镀镍的黄铜，以提供耐腐蚀性。
1163797支持802.3cg/bu/bw/bp的所有当前SPE连接器规格。它可以承受恶劣的环境，插入和拔出周期规定大于750次，额定IP20，工作温度范围为-40℃至+85℃，尺寸为5x8.35x14.2毫米。这使得它适合于焊接安装在单板计算机（SBC）以及可编程逻辑控制器（PLC）上，因为这些地方的电缆偶尔会被调换。这被证明是有用的示例场景包括可能需要为不同产品组装重新配置的制造设施。
用于IIoT的SPE电缆
对于短的SPE连接，菲尼克斯电气提供11838082米SPE电缆。这条电缆支持高达72伏、4安的PoDL，在每个电缆终端有两个SPE插座。传统的以太网在电缆两端有插孔，在端点有插座，而SPE的硬件是相反的。
电缆护套由聚氨酯制成，可抗紫外线（UV）、磨损和大多数溶剂。聚氨酯电缆还能抵抗因暴露在阳光下和水中而引起的收缩和开裂，以及工业环境中常见的滥用。该电缆通过一个镀锡的、用铜丝编织的屏蔽层来防止电磁干扰（EM），该屏蔽层用涂有塑料的铝箔包裹。这使得它适用于电噪声环境，特别是与其他高速电缆捆绑在一起时。
电缆插座触点为铜合金，支持符合802.3cg标准的10Mbit/s数据传输，以及100Mbit/s802.3bw速度。最高的传输速率是802.3bp1000Mbits/s，这不仅适合传感器，也适合高清（HD）视频监控设备。
虽然电缆护套不受水和灰尘的影响，并符合UL94V0的阻燃标准，但由于电缆终端连接器的存在，电缆组件被评为IP20。每个连接器都有一个锁定夹，以安全地将电缆连接到插孔端点。这种锁定机制是SPE连接器标准的一部分，以防止在繁忙的环境中意外拆除。该电缆的额定工作温度为-40°C至+85°C，插入和拔出周期高达750次。它适合在室内使用配线架，以及IIoT传感器和SPE接线盒之间的连接。
对于需要更长电缆的应用，菲尼克斯电气提供11838115米SPE电缆，其规格与1183808相同。
结论
在IIoT、汽车和企业等应用中转向SPE，有助于设计者满足对更轻、更小、更容易使用的高速连接解决方案的需求，同时也降低了成本。然而，设计者在部署基于SPE的网络时，必须谨慎选择他们使用的连接器和电缆，以确保在物理恶劣和电气噪声环境中的可靠连接。
连接器的变化允许IP20等级的企业系统与具有真正M8SPE连接器的IP67工业控制系统轻松互连，在这两种环境中提供无缝连接和电力传输。由于增加了PoDL的功能，SPE连接使得在企业和工业环境中向IIoT终端提供电源和数据变得容易，而不需要运行额外的布线，从而大大简化和精简了部署。
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