Single Pair Ethernet: Die Zukunft von IIOT

Das Bild zeigt ein SPE Kabel, ein Beispiel eines Steckgesicht nach IEC 63171-6. — Beispiel eines Steckgesicht nach IEC 63171-6

Das Bild zeigt die Illustration der Automatisierungspyramide: SPE in Industrial Networks. — Automatisierungspyramide: SPE in Industrial Networks

Anlagen, Maschinen, Steuerungen, Aktoren, Sensoren und sogar Werkzeuge und Werkstücke: In der Fabrik der Zukunft ist alles mit allem vernetzt – auch mit dem Internet und der Cloud. Idee: Jedes physische Ding bekommt ein virtuelles Abbild. Doch im industriellen Internet der Dinge gibt es bisher einen Systembruch: Während in der Leitebene und der Steuerungsebene der Automatisierungspyramide Ethernet als Kommunikationsstandard schon lange etabliert ist, dominieren unten in der Feldebene diverse Feldbus-Systeme; manche arbeiten sogar noch analog. Damit die Versprechen von Industrie 4.0 Wirklichkeit werden können, ist eine nahtlose Kommunikation über alle Ebenen hinweg unumgänglich – die Feldebene darf keine technische Insel bleiben.

Dazu braucht es dort eine neue Infrastruktur. Sie muss kompatibel zu den Ethernet-Netzwerken in den Ebenen darüber sein, gleichzeitig sollte sie kostengünstig und platzsparend sein, denn in vielen Maschinen geht es eng zu.

Jetzt kommt Abhilfe: Single Pair Ethernet, kurz SPE. Diese Leitungen haben nur noch ein verdrilltes Aderpaar, anstelle von vier Aderpaaren, wie sie sonst in Ethernet-Leitungen der Standard sind. Damit ist SPE annähernd so schnell wie Multi Pair Ethernet, erlaubt aber viel größere Distanzen, ist kompakter und erfordert weniger Aufwand bei der Installation. SPE macht die Feldebene smart und sorgt für eine durchgängige verlässliche Vernetzung über die ganze Automatisierungspyramide hinweg. Dank Standardisierung ist dies weltweit möglich.

Das Bild zeigt drei Single Pair Ethernet Kabel.

Partner-Netzwerk treibt SPE voran

Im SPE Industrial Partner Network haben sich zahlreiche Unternehmen aus der elektrischen Verbindungstechnik wie Kabel- und Steckerhersteller zusammengetan, um die Technologie voranzutreiben. Die Mitglieder des Konsortiums gehen davon aus, dass SPE in den kommenden Jahren auf der Sensor-Aktor-Ebene die heute vorherrschenden Feldbus-Systeme ablösen und damit die Basisinfrastruktur für intelligente Sensoren und Aktoren und die smarte Fabrik stellen wird.

Aber nicht nur dort – SPE hat Potenzial in vielen Branchen. In der Prozessautomation
hilft SPE, weite Distanzen in großen Anlagen wie in der Chemieindustrie zu überbrücken. Dort sind noch analoge Leitungen im Einsatz oder Feldbusse mit Datenübertragungsraten von nur 31,25 Kbit. Für Distanzen bis zu 1000 Metern wurden unter dem Begriff APL (Advanced Physical Layer) basierend auf 10BASE-T1L gemäß IEEE 802.3cg für SPE zusätzliche Eigenschaften für die Prozessindustrie definiert. So ist in APL unter anderem die Eigensicherheit berücksichtigt, die den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen erlaubt.

In öffentlichen Verkehrsmitteln eignet sich SPE zum Vernetzen von Informationssystemen etwa zur Anzeige der Haltestellen oder Sitzplatzreservierungen, für Kameras zu Überwachungszwecken oder zur Fahrgastzählung sowie für das Infotainment und WLAN. In batterieelektrischen Fahrzeugen bietet SPE einen kompakteren Aufbau mit geringeren Biegeradien und damit mehr Flexibilität beim Engineering. Außerdem spart SPE Gewicht: Eine Leitung mit vier Aderpaaren wiegt etwa 4,6 Kilogramm auf 100 Meter, bei SPE sind es nur 3,0 kg. In der Gebäudeautomatisierung kann SPE Sensoren vernetzen, etwa von Brandmeldeanlagen oder Helligkeits- oder Temperaturfühlern, außerdem Systeme zur Zutrittskontrolle, Informationstafeln etwa zur Raumbelegung und vieles mehr.

Das Bild zeigt eine Illustration des Ökosystem vom Single Pair Ethernet. — Single Pair Ethernet Ökosystem

Suche nach dem Steckerstandard

LAPP hat dieses Potenzial erkannt und mit der Entwicklung industrietauglicher SPE-Leitungen früh begonnen – und kann diese bereits anbieten. Der Weltmarktführer für integrierte elektrische Verbindungssysteme engagiert sich in der Normung, zusammen mit anderen Herstellern von Verbindungstechnologien. SPE ist bereits international genormt, damit ist die Basis für eine weltweite Verbreitung gelegt. Für die Industriesteckverbinder wurden mehrere Vorschläge in die Norm IEC 63171 eingebracht. LAPP favorisiert das Steckgesicht nach IEC 63171-6 und beteiligt sich aktiv an der Verbreitung dieses Standards durch Mitarbeit im SPE Industrial Partner Network. Das Unternehmen trägt damit zu einer schnellen Entscheidung des Marktes bei. Damit die Anwender schon jetzt ein SPE-Netzwerk planen und prüfen können, benötigen sie Planungs- und Installations-Guidelines für die jeweiligen Einsatzzwecke. Diese Richtlinien erarbeiten bei den Industrial Ethernet Systemen die Nutzerorganisationen wie PI für PROFINET oder ODVA für ETHERNET/IP. Dort arbeitet LAPP bereits mit den anderen Mitgliedsunternehmen in den Arbeitsgruppen daran.

Das Bild zeigt eine Illustration zur Ethernet Kommunikation — Single Pair Ethernet ermöglicht durchgängige Ethernet Kommunikation

Jetzt einsteigen

Überzeugt? Bevor Sie sich auf SPE stürzen, sollten Sie folgendes beachten:

Als potenzieller Anwender sollten Sie sich bereits heute mit der neuen Technologie befassen, Anwendungsfelder identifizieren und diese Anforderungen mit Herstellern wie LAPP diskutieren. Jetzt werden Systementscheidungen getroffen und die Hersteller benötigen die Kundenanforderungen zur Systemauslegung.
Anwender sollten jetzt ihr Technologiewissen zu SPE aufbauen. Hersteller und das Industrial Partner Network bieten bereits umfangreiches Informationsmaterial wie Webinare oder eLearnings an. Die SPE-Technologie entwickelt sich derzeit sehr schnell – da sollte man am Ball bleiben.
Think outside the Box. Dinge, die vorher nicht machbar erschienen, sind nun möglich. Es geht bei SPE nicht nur um die Reduzierung auf zwei Adern, sondern es sind ganz neue Netzwerkstrukturen möglich: Trunk-Fähigkeit, Power over Dataline (PoDL) oder höhere Leitungslängen sind nur einige Beispiele. Wer die neuen Möglichkeiten kennt und diese in seine Anwendung überträgt, kann maximal davon profitieren.
Andererseits: Nicht jede Installation muss einpaarig ausgeführt werden, nur weil es möglich ist. Man sollte vielmehr das gesamte Ethernet-Netzwerk in der Fertigung im Blick haben. In vielen Fällen ergibt eine 4-paarige Ethernet-Installation weiterhin Sinn, um keine Flaschenhälse einzubauen, nur um etwas Kupfer zu sparen. Anwender sollten daran denken, dass bei einer künftigen Anlagenerweiterung Standard-Ethernet-Geräte noch anschließbar sein müssen.