IEEE 802.3af: Ethernet na cestě mezi provozní přístroje

IEEE 802.3af: Ethernet na cestě mezi provozní přístroje

V červnu 2003 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) schválil 121stránkový dodatek IEEE 802.3af, běžně označovaný jako Power over Ethernet (PoE). Ten se tak stal součástí už předtím objemného, více než patnáctisetstránkového standardu sítě Ethernet IEEE 802.3. Dodatek PoE definuje jednotný způsob, jakým lze po standardních ethernetových kabelech vést napájecí napětí 48 V DC. Cílem je zejména umožnit napájení IP telefonů (telefony umožňující poskytovat hlasové telefonní služby prostřednictvím datových sítí), webových kamer, přístupových bodů do bezdrátových sítí apod. po tomtéž kabelu se čtyřmi splétanými páry vodičů, kterým se v síti Ethernet přenášejí data.

Dodavatelé řídicí techniky doufají, že dodatek 802.3af dovolí napájet řídicí a automatizační zařízení komunikující po Ethernetu podobně, jako je tomu u sběrnice AS-i, jejíž standard specifikuje propojení plochým dvoužilovým kabelem vedoucím současně data i napájení (24 V DC, až 8 A). Časopis Control Engineering Europe proto věnoval této problematice článek [1], ze kterého především čerpá následující text.

Nastupují PSE a PD

Hvězdicová topologie Ethernetu zůstává s PoE zachována. Napájecí proud vedou pouze dva z párů v kabelu, po nichž lze vést i data. Zvažovány byly i otázky např. ochrany před poškozením dosavadních zařízení, elektrické bezpečnosti a kompatibility s již existujícími prostředky. Zůstává se tudíž u konektoru RJ-45 a kabeláže kategorií 3 a 5. Také nejsou podporovány všechny varianty ethernetové sítě, ale jen ty nejvýznamnější. Jmenovitě mohou být přes své rozhraní závislé na médiu (Media Dependent Interface – MDI) napájeny, i když s jistými omezeními, sítě podle standardů 10BASE-T, 100BASE-TX a 1000BASE-T.

Dodatek IEEE 802.3af také zavádí nové termíny a zkratky. Napájené zařízení označuje jako Powered Device (PD), zatímco zdroj energie je Power Sourcing Equipment (PSE). Zdrojem energie (tj. v roli PSE) může být zařízení koncové, jako např. přepínač anebo rozbočovač (varianta A), nebo vložené (midspan device; varianta B umožňující použít běžné přepínače). Oba způsoby napájení jsou ukázány na obrázcích.

Varianta A (obr. 1) používá k napájení dva páry datových vodičů. Oba vodiče v páru by měly mít tentýž potenciál. Například vysílací pár může tvořit kladnou a přijímací pár zápornou větev napájení. Polarita však může být i opačná, takže napájené zařízení (PD) musí být schopno pracovat s obojí. Varianta B namísto toho jednoduše vede napájení po nevyužitých datových vedeních (obr. 2).

Funkčně připojit PD k PSE je ovšem složitější, než jak je v předcházejícím textu naznačeno. Je tomu tak proto, že obě zařízení se musí chovat podle určitého protokolu. Nejprve je třeba zjistit, zda dané ethernetové zařízení lze vůbec napájet. To udělá PSE, zatím ještě v klidovém stavu (zdroj pro PD je vypnut), tím, že zjistí, má-li PD daný charakteristický znak (rezistor s odporem 25 k). Jestliže ano, PSE začne napájet PD, které se vzápětí musí představit jako oprávněné zařízení. Jinak PSE napájení opět přeruší. Během úvodní spouštěcí sekvence může PD také oznámit svůj požadavek na příkon. Zavedeny jsou čtyři výkonové třídy v rozmezí od 4 do 15,4 W. Napětí pro PD má nominální hodnotu 48 V DC podle standardů platných pro telefonní techniku.

Ethernet na úrovni provozních zařízení?

Může být uvedený standard použit k přímému připojení provozních zařízení řídicí a automatizační techniky k síti Ethernet (tzv. device-level Ethernet)? Může. Stejnosměrné (DC/DC) převodníky mohou poskytnout napětí 24 V a výkon 15,4 W je pro většinu provozních zařízení dostačující. Důležitá je zde ovšem otázka spotřeby PSE s několika výstupy.

Integrované obvody podporující protokol 802.3af jsou již – v očekávání hromadné poptávky po IP telefonech – k dispozici. Nicméně však lze očekávat, že přizpůsobit současnou infrastrukturu sítě Ethernet potřebám PoE nebude tak úplně snadné. Z důvodu přítomnosti stejnosměrného napětí na středním vývodu bude např. třeba znovu posoudit impulsní transformátory používané na mezilehlém rozhraní (MDI) Ethernetu. Kvalifikovat se budou muset také dodavatelé koncových i mezilehlých PSE.

A je zde také konektor RJ-45, v často velmi nepříznivých podmínkách průmyslových provozů použitelný jen v omezené míře. Protože standard žádný jiný konektor nedefinuje, budou muset s vhodnými alternativami přijít výrobci automatizační techniky sami.

Napájení po Ethernetu prostě představuje více než definici kabelového spojení a přijetí standardu 802.3af znamená významný pokrok v řešení tohoto problému, snad poslední překážky na cestě Ethernetu mezi provozní přístroje.

(kp)