В статье приводится краткий обзор основных направлений развития технологии PoE, а также описаны дополнительные требования, которые предъявляются к физическому уровню согласно модели OSI.
С каждым годом интерес к проектам умного здания и умного дома только усиливается. Как правило, роль одной из основополагающих технологий в данных проектах отводится Power over Ethernet (PoE, обеспечение электропитания через линию передачи данных). PoE позволяет по единому Ethernet-кабелю передавать как данные, так и электроэнергию на умные IP-устройства, такие как цифровые вывески, камеры безопасности, беспроводные точки доступа, аудио- и видеооборудование. При этом технология PoE также предлагает несколько преимуществ, которые положительно сказываются на экономии времени и денег.
Стандарты PoE описывают требования к взаимодействию между оборудованием источника питания (PSE, Power Supply Equipment), которое обеспечивает подачу электропитания на линию, и устройствами питания (PDs, Power Devices), которые получают питание от PSE. Технология PoE существует с начала 2000-х годов, поэтому большинство пользователей знают о возможностях и преимуществах данной технологии.
Первая версия PoE обеспечивала выдаваемую мощность PSE до 15,4 Вт, и соответствующим сетевым оборудованием фактически обеспечивалось питание устройств мощностью до 13 Вт. Применялось оно в основном для питания и подключения VoIP-телефонов, беспроводных точек доступа и IP-камер наблюдения.
По мере того как использование PoE стало широко распространённым, например, для беспроводных точек доступа IEEE 802.11, устройствам с PoE-питанием добавили больше функций, которые просто требуют больше энергии. В результате обновлённый стандарт IEEE 802.3at-2009 увеличил мощность PSE до 30 Вт, чтобы обеспечить питание устройств до 25,5 Вт по двум витым парам Ethernet-кабеля.
Сегодня рынок готовится к четырёхпарному PoE – это стандарт IEEE 802.3bt, который предлагает два дополнительных уровня мощности:
Ethernet-кабели рассчитаны на передачу данных не более чем на 100 м в условиях работы при комнатной температуре. Если температура кабеля по какой-либо причине повысится, его сопротивление и вносимые потери также увеличатся. Возможной причиной повышения температуры кабеля является проходящий через него ток, необходимый для питания PoE-устройств. По мере увеличения уровня мощности PoE растёт и величина тока, который проходит через кабель. В этой ситуации более высокие уровни тока увеличивают количество энергии, рассеиваемой в кабеле, и могут привести к проблемам с производительностью физической линии. Если кабели плотно упакованы в лотки и каналы или находятся в больших кабельных пучках, вероятность накопления тепла увеличивается ещё больше, ведь фактически нет возможности эффективно рассеивать тепло (рис. 1).
Когда кабели нагреваются, вносимые потери увеличиваются, создавая больше возможностей для простоя; если температура поднимается выше номинальной температуры кабеля, это также может привести к повреждению кабеля. Чтобы учесть увеличение вносимых потерь при повышении температуры, стандарт ANSI/TIA-568.2-D рекомендует уменьшить длину PoE-линии. Снижение расстояния позволяет линии удовлетворять тем же требованиям к производительности вносимых потерь, только на более короткой дистанции.
Контроль значения температуры кабеля необходим для поддержания низкого уровня вносимых потерь и снижения вероятности битовых ошибок (а также для предотвращения повреждения кабеля). Если осуществлять контроль по температурным параметрам линии и ограничивать их повышение, то можно получить несколько дополнительных преимуществ.
Не менее важными, чем кабель, являются соединения (например, коннекторы и разъёмы), которые мы используем в задачах PoE. При отключении устройства с PoE-соединением между контактами соединителя может возникнуть дуга (искра), если удалённое устройство активно потребляет питание. Пользователь при этом не находится в опасности, но дуга в зоне электрического контакта может вызвать проблемы с соединителем и дальнейшей работой линии, что сделает передачу данных невозможной.
В связи с этим, когда дело доходит до отключения коннектора под нагрузкой PoE, предлагается использовать соединители, соответствующие стандарту IEC 60512-99-001 «Соединители для электронной аппаратуры. Испытания и измерения. Часть 99-001. Схема испытаний для замыкания и размыкания соединителей под электрической нагрузкой. Испытание 99а. Соединители, используемые в кабелях связи с витой парой и удалённым питанием». Данная схема испытаний предназначена для замыкания и размыкания соединителей под электрической нагрузкой (рис. 2). Тест признаётся пройденным, если после 100 циклов и проходящем токе 600 мА на проводник изменение контактного сопротивления сохраняется < 20 мОм. Выбирая соединители для PoE-систем, соответствующие этим методам тестирования, вы можете быть спокойны, зная, что дуга не повредит его.
Обновлённая версия стандарта – IEC 60512-99-002 – в настоящее время находится в черновой форме. Первоначально требования изменения контактного сопротивления составляли < 20 мОм после 100 циклов при токе 1000 мА на проводник. Но окончательная версия будет иметь требования на изменение контактного сопротивления < 20 мОм после 100 циклов при 2000 мА на проводник.
Также есть дополнительный стандарт, который относится к соединителям, – IEC 60603-7. Разъёмы, изготовленные в соответствии с этим стандартом, обеспечат правильное сопряжение. Данный стандарт описывает конструктив, в частности, указания о том, где должен быть установлен контакт после подключения. Согласно этому стандарту контакт должен располагаться на радиусе прокалывающей пластины соединителя RJ-45 (рис. 2), а не в других местах, например, в верхней части. Точка электрического контакта на радиусе наряду с консольным контактом гнезда позволяет штекеру отсоединяться от гнезда вне зоны электрического контакта, гарантируя, что удаление штекера никоим образом не повредит линию передачи данных.
Ещё один важный документ – TSB-184-A. Это руководство по поддержке подачи питания по сбалансированным кабелям витой пары также было создано в дополнение к требованиям инфраструктуры ANSI/TIA-568. В нём описывается применение кабеля при подаче питания с использованием всех четырёх пар в кабеле, до 1000 мА на пару для поддержки максимальной мощности 100 Вт. По рекомендациям TSB-184-A подача PoE-питания может быть обеспечена через кабель категории 5e и выше без ущерба для производительности или функциональности.
Для достижения наилучшей производительности также рекомендуется:
Патч-корды малого сечения 28 AWG могут использоваться в системах PoE, но рекомендации по передаваемой мощности могут быть разными. Компания Belden рекомендует использовать мощность 60 Вт или менее при максимальном количестве 12 кабелей в пучке. При этом не следует превышать длину 15 м, чтобы поддерживать сопротивление постоянного тока для канала ниже требования PoE в 25 Ом.
Подавляющее большинство современных приложений PoE-устройств потребляет мощность 60 Вт и ниже (тип PoE 3). Но требуемый уровень мощности растёт, и в будущем порог станет выше.
Чтобы нивелировать опасения по поводу повышения температуры кабеля при использовании PoE, Underwriters Laboratories Inc. (UL) ввела свою сертификацию по ограниченной мощности (Limited Power – LP) в конце 2015 года. Кабель LP – это тот, который сертифицирован UL на непревышение номинальной температуры оболочки при определённых условиях (после поправки на температуру окружающей среды +45°C), это означает, что надёжность материалов изоляции и оболочки будет сохранять свойства, когда кабель достигнет своей номинальной температуры. Это происходит за счёт изготовления кабеля из материалов, способных выдерживать более высокие температуры.
Существуют две ситуации, в которых может потребоваться кабель LP.
В этих случаях выбор кабеля с номинальным значением LP обеспечит безопасную работу без превышения температурных норм.
Итак, когда кабель может передавать данные на 100-метровое расстояние при более высоких температурах? Только когда он спроектирован и изготовлен для этого, и компания Belden выявила этот факт в ходе испытаний.
Для проверки температурных характеристик различные кабели Belden были помещены в специальную камеру для измерения вносимых потерь при изменении температуры. Данные были получены для каждого кабеля, измерения вносимых потерь регистрировались при изменении температуры.
Данные, полученные в результате этих испытаний, учитывали уровни вносимых потерь соединителя и патч-корда, чтобы определить максимальную длину типового канала с учётом вносимых потерь канала. Использованная модель представляет собой линию 100 м с начальной постоянной длиной канала 90 м и 10-метровым патч-кордом.
Предполагалось, что соединители и патч-корды используются в контролируемой среде (при комнатной температуре, с вносимыми потерями, которые всегда одинаковы). Предполагалось, что постоянные линии связи находятся при более высокой температуре +60°C (то же предположение использовалось в TSB-184-A, где температура окружающей среды составляет +45°C, а повышение температуры из-за тока PoE и обвязки кабеля составляет 15°C).
В ходе PoE-тестов было доказано, что кабель Belden 10GXS позволяет преодолевать расстояния до 100 м, сохраняя при этом обещанный уровень производительности (рис. 4). Он также имеет меньший диаметр для экономии места в кабельных лотках и использует барьерную технологию EquiBlock™ для достижения равномерного рассеивания теплового потока при сохранении производительности.
В паре с REVConnect® – новой системой соединителей Belden (рис. 5) – кабель 10GXS действительно может поддерживать все требования к производительности и надёжности, необходимые для передачи 100 Вт PoE.
Разработанная и испытанная на надёжность система соединителей REV-Connect соответствует самым современным требованиям:
Гнёзда и заглушки REVConnect прошли механическую обработку с проверкой надёжности электрической нагрузки. Как и ожидалось, они выдержали испытания, так как конструкция REV-Connect гарантировала, что любая электрическая дуга будет находиться в зоне включения/выключения штекера, а не непосредственно в зоне электрического контакта, как показано на рис. 2.
Когда метод испытаний IEC 60512-99-002 будет принят, он определит требования к работе с нагрузкой 2 А. Данный метод предназначен для того, чтобы установить отсутствие сопряжения соединения PoE с током PoE на одном проводнике. Метод включает в себя 100 циклов тестирования в различных условиях окружающей среды при сохранении электрического контактного сопротивления менее 20 мОм (IEC 60512-99-001 предназначен для схем PoE до типа 2). И если по какой-то причине разъём повреждён и не позволяет создать соединение, REVConnect даёт возможность быстро и легко удалить корпус и установить другой.
По мере увеличения требований к питанию устройств с поддержкой IP-адресов будут расти и требования к сети и кабельной инфраструктуре. Кабели Belden 10GXS и система соединителей REVConnect полностью поддерживают требования к производительности и надёжности, необходимые для 100 Вт PoE – будущего Интернета вещей и цифровых зданий.
Belden также предлагает патч-корды 28 AWG категорий 6 и 6A, доступные во многих стандартных длинах с шагом в один фут (30,48 см). По сравнению с патч-кордом 24 AWG они обеспечивают уменьшение диаметра более чем на 50% и снижение веса кабеля на 40%. Они также соответствуют стандартам TIA в линиях длиной до 96 м.
На основе кабельной продукции Belden (рис. 6) возможно создать сетевую инфраструктуру, которая позволит осуществить быстрый переход на технологию PoE c поддержкой максимальной передаваемой мощности 100 Вт, а также подключить к сети высокопроизводительные Ethernet-устройства. ●
Перевод Сергея Воробьёва,
сотрудника фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru
Модули ввода/вывода EKF PRO-Logic для автоматизированных систем управления
Модули ввода/вывода обеспечивают связь между контроллером и периферийными устройствами, такими как датчики, исполнительные механизмы, реле и другое оборудование. Такие устройства крайне важны в распределённых системах автоматизации или на производствах с большими площадями помещений. С развитием технологий автоматизации промышленности модули ввода/вывода (I/O) стали неотъемлемой частью систем управления производственными процессами. 17.10.2024 175 0 0Разбор параметрирования нескольких преобразователей частоты с помощью WI-FI модуля на примере ПЧ Sinvel SID300
09.10.2024 264 0 0Контроллер, программируемый с помощью условий
Возможно ли создать алгоритм для задач автоматизации технологического процесса, не используя язык программирования? Предлагается описание системы создания алгоритма работы ПЛК для устройств малой автоматизации без использования специальных языков программирования. 01.09.2024 СТА №3/2024 651 0 0Как биометрия и искусственный интеллект помогают быстро и безопасно обслужить пассажиров в аэропортах
В условиях современных аэропортов идентификация пассажиров является одной из самых важных функций быстрого и безопасного обслуживания. Передовая биометрия помогает в этом, надёжно контролируя все этапы и существенно повышая пропускную способность транспортных узлов. 28.07.2024 СТА №3/2024 724 0 0