Waar gaat het met Ethernet naartoe?

De komst van Industrie 4.0 heeft voor een forse toename in datacommunicatie gezorgd. Bedrijven kiezen daarom steeds meer voor Ethernet verbindingsoplossingen. De vereisten in een industriële omgeving verschillen echter van die op kantoor. Snelheid is niet de belangrijkste factor. Het gaat om eenvoudige, kostenefficiënte oplossingen voor een betrouwbare data-overdracht.

Ethernet is ontstaan in Xerox PARC waar Robert Metcalfe gevraagd werd om de computers van het bedrijf samen te brengen in een netwerk. Hij ontwikkelde een technologie die gegevens via de ‘ether’ kon doorgeven. Niet letterlijk, want hoewel de oplossing haar oorzaak vindt in radiotechnologie komt er kabel aan te pas. Maar de naam Ethernet bleef en groeide uit tot een van de belangrijkste computersuccessen. Vandaag is het immers uitgegroeid tot de onbetwiste leider in lokale datanetwerken met een bandbreedte tot 10 Gbit/s en met nieuwe standaarden zelfs tot 400 Gbit/s. In kantoorruimtes wordt alles netjes via dezelfde standaarden geregeld. In fabrieken is het een ander verhaal. Daar bestaan er meer dan twintig verschillende industrieel Ethernet systemen die over verschillende technische karakteristieken beschikken. De automatiseringsingenieurs verkiezen dan weer veldbussystemen waar er nog eens keuze is uit meer dan vijftig mogelijkheden. Ze hebben het voordeel dat ze in real-time kunnen opereren, cruciaal voor tijdkritische machineprocessen.

Meer Ethernet dan veldbussen

Toch zal Ethernet ook hier doorbreken. De IEEE werkt hard aan het creëren van standaarden om ook te beschikken over die gestandaardiseerde realtime capaciteit. Industrieel Ethernet groeit momenteel gemiddeld 22% per jaar, terwijl de stijging bij veldbus­systemen beperkt blijft tot 6%. In 2018 ging het aantal Ethernet installaties voor het eerst over dat van veldbussen. Dat heeft alles te maken met de opmars van netwerken en digitalisering in het Industrie 4.0-tijdperk. Het heeft als gevolg dat de automatiserings­piramide afgevlakt is. Waar vroeger elk niveau zijn eigen functie en dus eigen programma’s had, moet communicatie nu in een platte hiërarchie verlopen. Iedereen moet met elkaar kunnen communiceren, van het hoogste niveau tot het laagste. Dat is de enige manier om te kunnen voorspellen waar en wanneer er mogelijk problemen kunnen opduiken. De verbindingstechnologie moet daarom ook creatief kunnen meedenken, waardoor Ethernet nu ook de overstap naar de werkvloer zet, uiteraard opgebouwd met meer robuuste componenten, passend in de omgeving.

Single-pair Ethernet kabels zijn compacter, lichter, makkelijker te installeren en goedkoper dan traditionele Ethernet kabels met vier kabelparen en voldoende voor veel toepassingen in het veld.

Twee trends: hybride kabels en single-pair Ethernet

Om te weten hoe de Ethernet systemen van de toekomst er zullen uitzien, kunnen er twee trends geïdentificeerd worden. De eerste is de opkomst van hybride kabels. Kabels die verschillende functies in een behuizing combineren. Denk bijvoorbeeld aan de klassieke verbindingskabels voor servoaandrijvingen met geïntegreerde feedbackkabels voor het monitoren van sensoren. De tweede trend heeft te maken met reductie. Waar het vroegere Ethernet vroeg om twee of vier kabel­paren, kan nu een enkel paar Ethernet kabels gegevens doorsturen met een snelheid tot 1 Gbit/s. De voordelen die dit oplevert voor de gebruiker zijn duidelijk: minder installatiewerk, meer ruimte en een lager kostenplaatje. Daarvoor moesten de chips ook technologische sprongen vooruit zetten. Vooral automotive was daar een sterke aandrijver in. Single-pair Ethernet zal in de toekomst nog belangrijker worden, net omdat het langere kabellengtes mogelijk maakt, robuust is en minder kost. Uiteraard is er dan een toegift nodig om vlak van datatransfers, maar gebruikers beseffen stilaan dat niet elke sensor over een 10 Gbit/s kabel moet beschikken. Voor veel toepassingen in het veld volstaat 1 Gbit/s, want sensoren leveren slechts kleine hoeveelheden informatie die vaak ook niet continu gerapporteerd moeten worden. Het is wel nog wachten op industriële standaarden voor deze kabels. Ze zullen naar verwachting binnen twee jaar beschikbaar zijn.

Opkomst draadloos voorlopig beperkt

Daarnaast gaat ook draadloze technologie er op vooruit in de industrie (32%). Maar met een marktaandeel van 6% blijft hun aanwezigheid vooralsnog beperkt. WLAN, Bluetooth en mobiele communicaties hebben dan wel voordelen wat betreft flexibiliteit en mobiliteit. Maar als het gaat om robuuste datacommunicatie, energie-efficiëntie en latentie moeten ze het ruimschoots afleggen tegen kabeltechnologie. Kabels laten zich bovendien moeilijker hacken. Toch zal draadloze technologie zich de komende jaren bewijzen als een belangrijke aanvulling voor specifieke eisen.