Dank der hohen Packungsdichte benötigen die SPE-Steckverbinder von Weidmüller bis zu 50 % weniger Platz im Vergleich zum RJ45-Steckverbinder (im Bild links) im IP20-Umfeld. (Bild: Weidmüller/Studio Hesterbrink)

Datenkommunikation vom Gerät bis ins Feld (inkl. Video):

Enabler der Konstruktion

Single Pair Ethernet verspricht eine durchgängige Ethernet-Verbindung vom Sensor in die Cloud. Die Automatisierungsbranche ist begeistert, fordert aber Standards.

Single Pair Ethernet (SPE) ist das Schlagwort, wenn es um die Netzwerkinfrastruktur für das Industrial Internet of Things (IIoT) geht. Anwender versprechen sich davon eine durchgängige Kommunikationsarchitektur und zwar in sämtlichen Applikationen, bei denen Daten anfallen. Dahinter verbirgt sich das Konzept, Ethernet bis zur Sensorik zu erweitern. Das heißt, überall dorthin, wo keine Datenautobahnen vorherrschen und man dennoch eine kompakte Datenübertragung mit hoher Reichweite benötigt.

Die Industrial-Ethernet-Vernetzung wird in industriellen Anwendungen zwar genutzt und bringt durch die Echtzeit-Übertragung viele Vorteile mit sich. Allerdings ist die Technologie zu aufwändig für einfache Sensor-Anwendungen. „Auf der Sensor-Aktor-Ebene wird nach wie vor mit einer Bus-Architektur gearbeitet. Wir wollen nun eine IP-basierte Kommunikationsinfrastruktur mit einem einheitlichen Kommunikationsprotokoll vom Sensor bis in die Cloud schaffen“, erklärt Simon Seereiner, Head of Product Management SAI & IE bei Weidmüller.

Auf überdimensionierte Datenübertragungsraten verzichten

Mit Single Pair Ethernet soll dies gelingen. Denn SPE verzichtet auf überdimensionierte Datenübertragungsraten, kann dafür größere Distanzen überbrücken und das bei einer kompakteren Bauform. Denn die Verbindungstechnologie benötigt – anders als bisherige Ethernet-Verkabelungen – lediglich ein Adernpaar anstelle von zwei beziehungsweise vier Paaren.

Dies ist der Entwicklung aus der Automobilbranche heraus zu verdanken. Denn dort spielen Platz- und Gewichtseinsparungen eine große Rolle. Man benötigt eine Infrastruktur mit möglichst wenig Kabel, die aber dank der zunehmend autonomen Fahreigenschaften viel leisten müssen. „Aus diesen Gründen haben die Automobilbauer bereits 2012 begonnen, mit dem Normungsgremium IEEE ein Protokoll für Single Pair Ethernet zu entwickeln”, erklärt Seereiner.

In der Industrie tritt aufgrund der Digitalisierung nun die gleiche Thematik auf: Da immer mehr Sensorik in Maschinen und Anlagen eingebunden wird, muss die Verkabelung entsprechend industrietauglich und kompakt aufgebaut sein. Single Pair Ethernet gilt dabei als Schlüsseltechnologie, die IoT-Anwendungen in der Industrie ermöglicht: Übertragungsraten von 10 Mbits/s bei einer Übertragungslänge von 1000 m bis hin zu 1 Gbit/s mit einer Länge von bis zu 40 m sind selbst für eine anspruchsvolle Sensorik ausreichend. Auch Scanner und Kameras zur Überwachung oder zum Erfassen von Typ und Lage eines Bauteils lassen sich so durchgängig mit Ethernet in das Netzwerk integrieren.

Daten- und Energieversorgung in einem

Dank Power over Data Line (PoDL) lässt sich mit Single Pair Ethernet auch die Energieversorgung der angeschlossenen Komponente sicherstellen. Bis zu 60 W können bei gleichzeitiger Datenübertragung von 100 Mbit/s zu einer Schnittstelle geführt werden. „Das ermöglicht, einen Sensor mit nur einem Zweidrahtkabel sowohl mit Energie als auch mit Daten zu versorgen. Und das alles über eine kleine, kompakte Bauform“, erläutert Seereiner. Eine zusätzliche Leitung zur Energieversorgung entfällt, was Vorteile bei engen Platzverhältnissen bringt.

In den Standards ist die Energieübertragung bei gleichzeitiger Datenübertragung verankert. Die IEEE hat hierzu eine Einteilung in unterschiedliche Power Classes definiert. Da die Klassen 1-9 bereits durch Power over Ethernet (PoE) vergeben sind, starten bei PoDL die Power-Klassen bei 10.

Steckverbinder der Normenreihe IEC 63171

Weidmüller hat bereits jetzt zwei Steckverbinder für die Single-Pair-Ethernet-Technologie im Portfolio. Eine Variante in Schutzklasse IP20 und eine Variante in Schutzklasse IP67. Beide Varianten gehören der Normenreihe IEC 63171 an, in der Steckverbinder für das Single Pair Ethernet definiert sind.

Weidmüller unterstützt die Steckverbinderentwicklung mit Variante IEC 63171-2 für die Umgebung IP20 und der Variante IEC 63171-5 für die Umgebung IP67. (Bild: Weidmüller)

Aufgrund des robusten Verriegelungsmechanismus – ähnlich dem des RJ45-Steckverbinders, einer Ausziehkraft von mindestens 50 N und einer industriellen Spannungsfestigkeit von 2,25 kV DC, weisen die neuen SPE-Steckverbinder ideale Eigenschaften für den industriellen Einsatz auf. Die hohe Packungsdichte sorgt dafür, dass im Vergleich zum RJ45-Steckverbinder im IP20-Umfeld bis zu 50 % weniger Platz benötigt wird. Zudem sind die SPE-Steckverbinder auch im Feld einfach und schnell konfektionierbar und für die Verkabelung im Bereich AWG 26 bis AWG 22 geeignet.

Mit diesen Neuentwicklungen nimmt Weidmüller eine Vorreiterrolle ein, denn die Technologie ist in der Industrie noch lange nicht angekommen. Dieser Pioniergeist liegt dem Unternehmen in der DNA. Mit seinen Erfindungen hat Weidmüller schon immer die Branche der Verbindungs- und Geräteanschlusstechnik mitgestaltet. Daher hat sich das Unternehmen auch schon früh mit den Themen Industrie 4.0 und Digitalisierung beschäftigt. Die Basis der digitalen Transformation bildet das IIoT, das den ständigen Datenaustausch zwischen allen Bauteilen, Komponenten und Geräten ermöglicht. Für Weidmüller ist daher schon lange klar, wo die Reise hingeht und wie das Unternehmen die digitale Transformation mit industrieller Verbindungs- und Anschlusstechnik mitgestalten kann.

Erfahrungen und Know-how bündeln

Um Single Pair Ethernet für die Industrie weiter voranzutreiben, haben sich viele Experten aus den Bereichen Steckverbinder- und Anschlusstechnik, Automatisierungstechnik sowie der Kabelindustrie zusammengeschlossen, um international geltende Standards für die Technologie zu entwickeln.

Auch Weidmüller engagiert sich von Beginn an in einer solchen Technologiepartnerschaft. „Wir wollen das Thema Single Pair Ethernet auf eine möglichst breite Basis stellen, daher arbeiten in unserem Netzwerk sowohl Hersteller von Sensoren, Kabeln, Steckverbindern, Messgeräten und Chips als auch von Endgeräten zusammen, um dort ihre Kompetenzen zu bündeln“, beschreibt Seereiner die Partnerschaft.

Damit wurde eine Plattform geschaffen, auf der sich alle beteiligten Unternehmen austauschen können. „Man profitiert von den Erfahrungen der anderen, beispielsweise wenn es um die Implementierung neuer Produkte geht“, sagt Seereiner. Ziel der Technologiepartnerschaft ist es, eine aufeinander abgestimmte Infrastruktur für Geräte, Steckverbinder, Kabel und Messtechnik zu gewährleisten.

Quelle: Weidmüller

Weitere Informationen auf:

www.weidmueller.com

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