01 Single Pair Ethernet bietet in vielen Anwendungsbereichen mit seinen Leistungsparametern neue Lösungsansätze für eine erfolgreiche Digitalisierung. (Quelle: Phoenix Contact)
Traditionelle Ethernet-Lösungen erfordern zwei bzw. bei Gigabit-Ethernet und höheren Datenübertragungsraten sogar vier Aderpaare. Single Pair Ethernet benötigt dagegen nur ein Aderpaar und kann damit sogar Daten und Leistung übertragen. Die Übertragungsraten dieser Technik – 10 Mbit/s bei einer maximalen Übertragungslänge von 1 000 m bis hin zu 1 Gbit/s bei einer maximalen Übertragungslänge von 40 m – reichen selbst für anspruchsvollste Aufgaben aus. Viele Anwendungsfälle, die bislang aufgrund der erforderlichen Datenraten, Reichweiten und nahtloser Kommunikation an die Grenzen der technischen bzw. wirtschaftlichen Umsetzbarkeit stießen, können nun dank SPE Realität werden.
Übertragungen bis zu 1 000 m
Sollten bislang Punkt-zu-Punkt-Verbindungen z. B. in der Industrie bei Fließ- und Förderbändern mit Distanzen größer als 100 m realisiert werden, kamen herkömmliche Standard-Ethernet-Lösungen an ihre Grenzen. Mit Repeatern oder Switches, die eingesetzt wurden, um die limitierte Reichweite zu erweitern, holte man sich potenzielle Fehlerquellen ins System und erhöhte den Wartungsbedarf. Steigt die Zahl der Schnittstellen, so steigt die Anfälligkeit für Störungen.
Mit der SPE-Technologie können hingegen Entfernungen bis zu 1 000 m bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Mbit/s realisiert werden – ohne Einsatz zusätzlicher Geräte. Optional können die verbundenen Geräte bei SPE zudem die Power-over-Data-Line-(PoDL-)Technologie nutzen. Spezifische Feldbustechnologien, wie sie aktuell noch eingesetzt werden, können so zukünftig durch leistungsstarke SPE-Lösungen mit Datenraten bis 10 Mbit/s ersetzt werden. Single Pair Ethernet eignet sich dabei auch für den Aufbau komplexer Netzwerktopologien.
Dank der Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 Mbit/s bis zu 1 Gbit/s lassen sich mit SPE unterschiedliche Anwendungen realisieren. Aktuell werden in den IEEE 802.3-Konsortien SPE-Standards mit erweiterten Leistungsrahmen diskutiert. So könnten auch höhere Datenraten mit >=10 Gbit/s für kurze Distanzen (<15 m) sowie 100 Mbit/s mit einer Länge von bis zu 500 m möglich werden. Ganz neue Applikationsbereiche könnten mit solchen SPE-Standards
erschlossen werden (Bild 2).
Anwendungsbereiche im industriellen Umfeld
In klassischen Industrieanwendungen kommen bislang häufig Ethernet-Netzwerke sowie eine größere Zahl von Feldbussystemen auf der Feldebene zum Einsatz. Durch den Einzug von anspruchsvollen Anwendungen für das Industrial Internet of Things (IIoT) werden effizientere Kommunikationssysteme als die bisherigen Feldbusse notwendig. Überall dort, wo eine lückenlose Kommunikation zwischen Sensoren und/oder Netzwerken erforderlich wird, kommen solche Bestandssysteme schnell an ihre Grenzen. Dabei ist eine nahtlose und sichere Datenverbindung bei solchen Anwendungen entscheidend.
Ein Terabyte Daten entstehen ungefähr in einer durchschnittlichen Fabrik pro Tag. Und das Datenaufkommen wird eher steigen. Um dieses Datenvolumen zu verarbeiten, ist eine kontinuierliche Kommunikation notwendig. Hierbei kann über SPE eine durchgängige Systemlösung vom Sensor bis zur Cloud realisiert werden.
Vor dem Hintergrund einer immer komplexeren Infrastruktur, was Netzwerk, Sensorik und intelligente Endgeräte betrifft, kann mit SPE ein leistungsstarkes Gesamtsystem entstehen.
SPE-Anwendungsfall: Roboter
Kommen autonome und kollaborative Roboter zum Einsatz, so bietet sich auch hierbei eine Lösung mit SPE an. Dank der hohen Datenübertragungsraten bei SPE kann die Kommunikation zwischen Roboter und Steuerungseinheit gesteigerte Abtastraten und größeres Datenaufkommen bewältigen. Über die Power-over-Data-Line-(PoDL-)Technologie kann zudem eine vereinfachte Verkabelung mit Daten und Energie in einer Bahn erfolgen. Was über die Leistungsanforderungen bei den bisher definierten PoDL-Standards hinausgeht, lässt sich zukünftig über hybride SPE-Lösungen mit Daten- und Leistungskontakten in einem Steckverbinder realisieren. Dabei wirken sich weniger Leitungen und Verbindungen positiv auf die Ausfallsicherheit zum Beispiel durch Materialermüdung aus. Zudem werden die Wartung und ebenfalls eine mögliche Fehlerbehebung vereinfacht. Im Vergleich zu bisherigen Automatisierungsleitungen kann SPE zudem geringere Biegeradien realisieren, was vor allem bei der Auslegung des Roboterhandlings mehr Spielraum ermöglicht (Bild 3).