Technologia Power over Ethernet (PoE) w automatyce przemysłowej
Systemy łączności Power over Ethernet (PoE) są zdefiniowane przez normę IEEE 802.3 i stanowią wygodny sposób przesyłu zarówno danych, jak i energii elektrycznej do podzespołów maszyn przy użyciu pojedynczych uniwersalnych kabli Ethernet.
Obecnie istnieją trzy standardowe podklasy technologii PoE:
- W wariancie B PoE wykorzystuje się oddzielne przewody do przesyłania danych i zasilania. Dokładniej, ta podklasa PoE określa użycie przewodu Ethernet kat. 5 z czterema skrętkami dwużyłowymi - z których dwie pary przesyłają dane, a dwie energię. Dlatego układy z wariantem B PoE mogą obsługiwać tylko szybkość transmisji danych do 100Mbps (100BASE-TX) - nawet jeśli używane są przewody przystosowane do sieci Gigabit Ethernet.
- Wariant A jest również ograniczony do szybkości transmisji danych 100Mbps, ale wykorzystuje te same dwie pary do przesyłania zarówno danych, jak i zasilania. Oznacza to, że w instalacjach PoE w wariancie A można używać zarówno kabli Ethernet z dwiema skrętkami, jak i kabli kat. 5 z czterema parami.
- W technologii 4PPoE do przesyłania energii wykorzystuje się wszystkie cztery skrętki dwużyłowe i dlatego może zapewnić ona wyższe natężenia prądu. Skrętki dwużyłowe przesyłają również dane z najwyższymi szybkościami transmisji danych dla sieci Gigabit Ethernet i nie tylko.
Ilustracja 1: jeden z wariantów oprzewodowania instalacji Power over Ethernet (PoE). (Źródło ilustracji: © Design World)
Ilustracja 2: Układy scalone MAX5969A/MAX5969B instalowane w zespołach urządzeń zasilanych (PD) w technologii PoE. Układy scalone zgodne ze standardem IEEE 802.3af/at zapewniają sygnatury detekcji i klasyfikacji dla urządzeń zasilanych (PD), a także stanowią odłączniki zasilania z kontrolą prądu rozruchowego. (Źródło ilustracji : © Maxim Integrated)
Ilustracja 3: W różnych konfiguracjach PoE wykorzystuje się dwuparowe i czteroparowe kable Ethernet kat. 5. Główną zaletą technologii PoE jest to, że do podłączenia urządzeń PoE wystarczy zainstalować tylko jeden kabel. (Źródło ilustracji: © Getty Images)
Wspomniane trzy główne standardy są często nazywane po prostu trybem A, trybem B i trybem czteroparowym PoE. Możliwe są różne konfiguracje wtyków dla każdego trybu. Jednak bez względu na różnice, konieczne jest, aby wszystkie urządzenia zasilane (PD) akceptowały połączenia zarówno w trybie A, jak i w trybie B.
Ostatecznie to urządzenia zasilające instalacji PoE (czasami w skrócie PSE) określają, który tryb jest używany i może obsługiwać tylko jeden lub kilka trybów. Urządzenie zasilane (PD) może sygnalizować swoją kompatybilność z technologią PoE na podstawie rezystancji na zasilanych parach. Stała rezystancja 25kΩ wskazuje na ogólną zgodność z normami, podczas gdy rezystancja zmienna może służyć do żądania określonego trybu zasilania.
Sygnały różnicowe i obsługiwane moce
Kabel Ethernet przesyła dane przez skrętki dwużyłowe z wykorzystaniem sygnałów różnicowych. Oznacza to, że każdy przewód w skrętce dwużyłowej przenosi te same informacje, dzięki czemu urządzenie odbierające sygnał może zmierzyć różnicę napięcia między nimi. Takie układy są znacznie bardziej niezawodne niż układy, które po prostu śledzą napięcie na pojedynczej żyle w odniesieniu do uziemienia, ponieważ pozwalają na wykrycie i eliminację wszelkich zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) oddziałujących na przewód. Zastosowanie skrętek w technologii PoE oznacza również, że można zwiększyć napięcie w parze przewodów, aby przesyłać energię bez negatywnego wpływu na sygnały danych również przesyłane przez kabel.
Wraz z rozwojem standardów PoE wzrosły przesyłane moce. Są one reprezentowane przez cztery generacje technologii PoE czy też typy:
- Pierwotny standard PoE typu 1 obsługuje moce do 13W przy zakresie napięć od 37 do 57V. Jest to zwykle wystarczające dla urządzeń takich jak bezprzewodowe punkty dostępowe i przydrzwiowe panele dostępowe.
- Typ 2 lub inaczej PoE+ obsługuje moce do 25W przy zakresie napięć od 42 do 57V. Ten poziom mocy pozwala również obsługiwać urządzenia takie jak kamery bezpieczeństwa, czytniki RFID i systemy alarmowe.
- Typ 3 obsługuje moce do 51W przy zakresie napięć od 42 do 57V. Jest to moc wystarczająca do zasilania laptopów i paneli sterowniczych.
- Typ 4 obsługuje moce do 71W przy zakresie napięć od 41 do 57V. Jest on szczególnie przydatny do zasilania oświetlenia LED, pozwalając na stosowanie inteligentnego oświetlenia bez zasilania sieciowego.
Dla typu 1 maksymalna rezystancja przewodu wynosi 20Ω, ale wyższe prądy późniejszych generacji ograniczają ją do 12,5Ω.