Die Anwendungsfelder
Die Steckverbinderlösungen der Mitglieder der Single Pair Ethernet System Alliance basieren auf den relevanten IEC-, IEEE- und ISO-Standards (Quelle: Single Pair Ethernet System Alliance)
Betrachtet man die Maschinenverkabelung, haben Fallstudien von System-Alliance-Mitgliedsunternehmen Kosteneinsparungen von rund 18 % für typische Montagemaschinen bei Verwendung von SPE ergeben. Die Begründung: Beim Aufbau der Infrastruktur wird SPE aufgrund der zuvor genannten Aspekte wesentlich kostengünstiger sein als die heute üblichen Bus- und Ethernet-Komponenten zusammen. Dank seiner Zweidrahtigkeit bietet es Vorteile bei der Installation sowie dank PoDL bei der Energieverteilung. Inbetriebnahme-, Wartungs- und Umrüstkosten werden reduziert. Die Neuprogrammierung im Fall eines Austausch einer Maschine gegen ein anderes Produkt erfolgt schneller. S. Seereiner stellt heraus: „SPE optimiert nicht nur die Datenerfassung und Prozessvisualisierung, sondern eröffnet auch neue Freiheit beim Aufbau und der Anpassung einer Produktionslinie.“ Als Stichwort nennt er Plug-and-produce.
Mit Blick auf die industriellen Sensoren und Aktoren untergliedern die Experten die möglichen Anwendungsfälle in drei Hauptbereiche: Fabrikautomation, Prozessautomation und Logistik. „Jeder dieser Bereiche erfordert eine spezifische Topologie und bestimmte Eigenschaften, um das optimale Preis-Leistungs-Verhältnis zu erzielen“, erklärt S. Seereiner. So fänden sich in der Fabrikautomation häufig kompakte Maschinenmodule sowie Entfernungen von bis zu 20 m, die eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation oder ein Multidrop-System erfordern würden. „In der Prozessindustrie müssen Distanzen von zum Teil mehr als 100 m mit einer Punkt-zu-Punkt-Topologie und Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Mbit/s sowie eine zusätzliche eigensichere Stromversorgung realisiert werden“, gibt er an. Und als dritten Anwendungsbereich nennt er: „In der (Intra-)Logistik, zum Beispiel Lager oder Förderanlagen, finden wir Linientopologien und größere Entfernungen vor.“
Nach Aussage der Experten ist SPE in der Lage, all diese Feldanwendungen zu verbessern, indem es eine einzigartige, schlanke und nahtlose Schnittstelle bietet. In ihrem Positionspapier „SPE für die Feldkommunikation“ wird berichtet:
Die verringerte Schnittstellenvielfalt reduziert unter anderem den Bedarf an Gateways für die Verbindung mit älteren Bussen und Protokollen. Es ist auch wichtig, Stromverteilungskonzepte für feldbasierte Sensoren und Aktoren zu berücksichtigen. Sensoren benötigen in der Regel eine Leistungsaufnahme von weniger als 10 W, während Aktoren mehr Leistung und eine zusätzliche, separat gesteuerte Stromversorgung benötigen. Daher ist eine Lösung, die Kommunikation und Stromversorgung (zum Beispiel PoDL oder Hybridstrom) über eine kompakte Leitung kombiniert, für alle Feldgeräte von Vorteil. Die Nutzung von nur einer Leitung macht zusätzliche Verbindungsleitungen überflüssig und reduziert den Verdrahtungsaufwand innerhalb einer Maschine erheblich. Ein besonderer Anwendungsfall für Feldgeräte ist die Anbindung von Sensoren an Auswerteeinheiten, die in separaten Gehäusen untergebracht sind. Dies ergibt sich typischerweise aus Platzmangel in einer Maschine oder einem Roboterwerkzeug. Diese Anwendungen erfordern performante, leichte Leitungen mit kleinem Durchmesser für Entfernungen unter 10 m.
Auch der Anwendungsfall Robotik ist in dem Positionspapier beschrieben: SPE bietet eine höhere Bandbreite als herkömmliche Protokolle (10 Mbit/s bis 1000 Mbit/s), sodass die Kommunikation zwischen Roboterarm und Steuereinheit mit größeren Datenrahmen, höheren Abtastraten und höherem Verkehrsaufkommen arbeiten kann. So kann beispielsweise die hochauflösende 2D- oder 3D-Robotervision genutzt werden, um die korrekte Ausrichtung der Werkstücke zu überprüfen oder Defekte an den Objekten festzustellen.
Die Einführung der Fernspeisung über SPE mit PoDL vereinfacht auch die Verkabelung entlang des Roboterkörpers, da Daten und Strom in einer einzigen Leitung untergebracht sind. Die Verringerung der Anzahl von Leitungen und Verbindungen trägt zu weniger Ermüdungsausfällen, einer schnelleren Fehlerbehebung und einer allgemein einfacheren Wartung bei.
Mit einem kleineren Biegeradius im Vergleich zu herkömmlichen Automationsleitungen kann SPE auch zu einer Reduzierung der Abmessungen von Roboterkörper und -armen führen. Eine typische zweipaarige Profinet-Star Quad-Leitung hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 6,7 mm und einen Biegeradius von 50 mm (ein Faktor von 7,5 × Leitungsdurchmesser). Die SPE-Leitung AWG22 hat typischerweise einen Durchmesser von etwa 5,7 mm und einen Biegeradius von 23 mm – ein Faktor von 4 × Leitungsdurchmesser. So können die Elemente eines Roboters engere Bewegungen ausführen, ohne die Kommunikation zu beeinträchtigen, und Merkmale wie Armabstände können reduziert werden.