Single Pair Ethernet: Anwendungen in der Datenkommunikation
Bis zu einem Kilometer ohne Gateways
Single Pair Ethernet (SPE) ist mittlerweile in zahlreichen Anwendungsfällen verfügbar, sodass die Gerätehersteller es schon heute bei der Entwicklung neuer Gerätegenerationen berücksichtigen können.
Standardisierung von Single Pair Ethernet
Die Automatisierungsgemeinschaft Profibus & Profinet International (PI), in der sich Weidmüller als eines von über 1.800 Mitgliedern engagiert, hat ein einheitliches Steckergesicht für Single Pair Ethernet (SPE) auf Basis wesentlicher Applikationsanforderungen realisiert und in die internationale Standardisierung eingereicht. Die PI verantwortet mit ihren Kerntechnologien wie Profibus und Profinet die Entwicklung ihrer offenen Standards für alle Anwendungsfelder der industriellen Produktion. Mit der Einigung auf ein einheitliches Steckgesicht für Single Pair Ethernet geht die Branche nun einen entscheidenden Schritt Richtung Zukunft. Das neue SPE-Steckverbindersystem bietet ein einheitliches Steckgesicht für Anwendungen im Schaltschrank, im Feld und auch für Hybrid-Installationen. Zahlreiche Hersteller haben bereits angekündigt, zeitnah eine Umsetzung anzugehen. Als Treiber dieser Technologie wird auch die Firma Weidmüller seine Produktfamilie um Steckverbinder mit dem neuen Gesicht erweitern. Viele Funktionen der neuen Steckergeneration sind bereits heute in den Weidmüller-Steckverbindern integriert.
Die zunehmende industrielle Automatisierung erfordert den Einsatz immer komplexerer Sensor- und Aktorlandschaften, die in effiziente und skalierbare Kommunikationsnetzwerke eingebunden werden müssen. Single Pair Ethernet (SPE) spielt in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle, da es eine durchgängige Ethernet-Kommunikation von der Unternehmensebene bis hin zur Sensor- und Aktorebene ermöglicht. Ein entscheidender Vorteil von SPE ist die Fähigkeit, große Distanzen von bis zu 1.000m ohne zusätzliche Gateways zu überbrücken. Zudem bietet SPE durch die Integration von Power over Data Line (PoDL) die Möglichkeit, sowohl Daten als auch Energie über ein einzelnes Adernpaar zu übertragen. Diese Eigenschaften machen SPE zu einer wegweisenden Technologie für die nächste Generation der Industrieautomation im Kontext des Industrial Internet of Things (IIoT).
Robotik: Effizienzsteigerung und Miniaturisierung
Single Pair Ethernet bietet erhebliche Fortschritte bei der Miniaturisierung der Kommunikationsinfrastruktur und ermöglicht die Entwicklung anspruchsvoller End-of-Arm-Tools für Roboter. Im Gegensatz zu herkömmlichen Protokollen bietet SPE eine große Bandbreite, so dass die Kommunikation zwischen einem Roboterarm und seiner Steuerung große Datenrahmen effizient verarbeiten kann. Die Funktion Power over Data Line (PoDL) vereinfacht die Verkabelung entlang des Roboterkörpers, indem sowohl Daten als auch Strom über ein einziges Kabel übertragen werden.
SPE unterstützt hochauflösende 2D- oder 3D-Roboter-Vision-Systeme, indem es eine Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von bis zu 1Gbit/s über Entfernungen von bis zu 40m ermöglicht. Darüber hinaus haben SPE-Kabel im Vergleich zu herkömmlichen Automatisierungskabeln einen kleinen Biegeradius, was zu einer Verringerung der Gesamtabmessungen von Roboterkörper und -arm führen kann. Diese kompakte und effiziente Verkabelungslösung steigert die Leistung und Designflexibilität von Robotersysteme
Prozessindustrie mit Ethernet-APL
In der Prozessindustrie werden zunehmend Ethernet-kompatible Schnittstellen benötigt, um über das IIoT auf Daten aus dem Feld zuzugreifen. Die Herausforderung besteht darin, dass Informationen von Sensoren und Geräten im Feld benötigt werden, wobei große Entfernungen überbrückt werden müssen. Zudem müssen verschiedene IIoT-Geräte in die Netzwerkinfrastruktur integriert werden. Das Single Pair Ethernet für die Prozessindustrie wird als Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) bezeichnet, eine spezielle Definition von 10Base-T1L, angereichert mit funktionaler Sicherheit, die qualifizierte Komponenten für eine zuverlässige Datenübertragung mit 10Mbit/s und gleichzeitiger Stromversorgung über Twisted-Pair-Kabel bis zu 1.000m erfordert. Die Ethernet-APL-Technologie ermöglicht einen direkten Zugriff bis in die Feld- und Geräteebene über eine international standardisierte Zweidrahtlösung. Dies erfordert leistungsfähige IIoT-Geräte mit qualifizierten Komponenten. Hierdurch werden eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit und mehr Produktionsdaten erlangt: Die Erfassung, Nutzung und Analyse von Daten aus Geräten im Feld ist einfach möglich, um die Anlagenverfügbarkeit zu sichern und zu erhöhen sowie neue Lösungen zu implementieren.
Die Vorteile für die Infrastruktur
Dank der Möglichkeit, Daten über größere Entfernungen als bei herkömmlichem Ethernet zu übertragen, können auch Infrastrukturanwendungen von Single Pair Ethernet profitieren. Dies macht SPE besonders nützlich für große Infrastrukturprojekte wie Tunnel und Bahnübergänge, die eine große Reichweite und hohe Datenraten erfordern. Es kann für die Steuerung und Stromversorgung von Signalen, die Verbindung und Stromversorgung von Sensoren sowie die Steuerung von Aktoren verwendet werden. Bei umfangreichen Installationen wie streckenseitigen Systemen und Verkehrssteuerungsnetzen vereinfacht SPE die komplexe Verkabelung. Da SPE sowohl Strom als auch Daten über dasselbe Leitungspaar liefert (PoDL), wird die Installation und Wartung von Geräten wie Sensoren und Kameras für Verkehrssteuerungs- und Überwachungssysteme einfacher. Die Kompatibilität von SPE mit bestehenden Ethernet-basierten Systemen gewährleistet eine nahtlose Integration und ermöglicht den effizienten Einsatz von intelligenten Infrastrukturlösungen, die Datenaustausch und Überwachung in Echtzeit erfordern. Darüber hinaus eignet sich SPE aufgrund seiner Skalierbarkeit ideal für die Erweiterung bestehender Infrastrukturprojekte: Es kann problemlos steigende Datenanforderungen und das Hinzufügen neuer Geräte bewältigen, ohne dass größere Änderungen an der bestehenden Einrichtung erforderlich sind.
Single Pair Ethernet (SPE) ist mittlerweile in zahlreichen Anwendungsfällen verfügbar, sodass die Gerätehersteller es schon heute bei der Entwicklung neuer Gerätegenerationen berücksichtigen können.
Standardisierung von Single Pair Ethernet
Die Automatisierungsgemeinschaft Profibus & Profinet International (PI), in der sich Weidmüller als eines von über 1.800 Mitgliedern engagiert, hat ein einheitliches Steckergesicht für Single Pair Ethernet (SPE) auf Basis wesentlicher Applikationsanforderungen realisiert und in die internationale Standardisierung eingereicht. Die PI verantwortet mit ihren Kerntechnologien wie Profibus und Profinet die Entwicklung ihrer offenen Standards für alle Anwendungsfelder der industriellen Produktion. Mit der Einigung auf ein einheitliches Steckgesicht für Single Pair Ethernet geht die Branche nun einen entscheidenden Schritt Richtung Zukunft. Das neue SPE-Steckverbindersystem bietet ein einheitliches Steckgesicht für Anwendungen im Schaltschrank, im Feld und auch für Hybrid-Installationen. Zahlreiche Hersteller haben bereits angekündigt, zeitnah eine Umsetzung anzugehen. Als Treiber dieser Technologie wird auch die Firma Weidmüller seine Produktfamilie um Steckverbinder mit dem neuen Gesicht erweitern. Viele Funktionen der neuen Steckergeneration sind bereits heute in den Weidmüller-Steckverbindern integriert.
Die zunehmende industrielle Automatisierung erfordert den Einsatz immer komplexerer Sensor- und Aktorlandschaften, die in effiziente und skalierbare Kommunikationsnetzwerke eingebunden werden müssen. Single Pair Ethernet (SPE) spielt in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle, da es eine durchgängige Ethernet-Kommunikation von der Unternehmensebene bis hin zur Sensor- und Aktorebene ermöglicht. Ein entscheidender Vorteil von SPE ist die Fähigkeit, große Distanzen von bis zu 1.000m ohne zusätzliche Gateways zu überbrücken. Zudem bietet SPE durch die Integration von Power over Data Line (PoDL) die Möglichkeit, sowohl Daten als auch Energie über ein einzelnes Adernpaar zu übertragen. Diese Eigenschaften machen SPE zu einer wegweisenden Technologie für die nächste Generation der Industrieautomation im Kontext des Industrial Internet of Things (IIoT).
Weidmüller GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1 (Februar) 2025 - 07.02.25.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
