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Single Pair Ethernet (SPE) - jetzt auch für die e-kette mit 36 Monaten Garantie


Single Pair Ethernet (SPE) ist der Schlüssel zur smarten Industrie-Automatisierung, dem Industrial Internet of Things (IIoT). Damit wird erstmals eine einheitliche sowie platz- und kosteneffiziente Ethernet-Kommunikation inklusive des “letzten Meters” von der Cloud über den Schaltschrank bis zur Maschine möglich. 

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Single Pair Ethernet: Was ist das und wie funktioniert es?

Schlüssel zur Industrie-Automatisierung, dem Industrial Internet of Things (IIoT)

Die Smart Factory ist längst kein Allgemeinplatz mehr, sondern Synonym für eine Vielzahl an Herausforderungen, denen sich Unternehmen heute stellen. Als größte Herausforderungen der vierten industriellen Revolution wird nahezu einstimmig Themen wie Standardisierung, Verlässlichkeit komplexer (IT-)Systeme und die Beherrschung der steigenden Komplexität benannt. Deutlich wird das z. B. beim Blick auf die etablierte Automatisierungspyramide. Die Kommunikation und der Datenaustausch sind limitiert – in den seltensten Fällen eignen sich existierende Ethernet Busse flächendeckend für den Einsatz bis hin zu den Feldgeräten. Zu klein ist der Bauraum an den Sensoren oder Stellgetrieben. Zu anspruchsvoll die Umgebungsparameter, denen bewegte wie auch statische Ethernet-Leitungen beim Dauereinsatz im Feld gerecht werden müssen.

All das kann sich jetzt ändern: Mit Single Pair Ethernet (SPE) hält derzeit ein Ethernet-Bus und Übertragungsprotokoll in die Industrielandschaft Einzug, dass nicht nur durch geringe Maße zu überzeugen weiß, sondern auch durch hervorragende Übertragungseigenschaften. Und zwar sowohl in Ruhe, als auch bei hochdynamischen Anwendungen wie etwa in einer Energiekette.

Technisch beschreibt Single Pair Ethernet die Übertragung von Ethernet (1000Base-T1) über nur noch zwei Kupferadern und ermöglicht neben der Datenübertragung per Ethernet auch eine gleichzeitige Spannungsversorgung (PoDL). Dieser Technologiesprung führt zur Reduktion des Durchmessers um ca. 25% gegenüber einer gewöhnlichen Ethernet-Leitung. Dieses Whitepaper gibt einen Überblick über den aktuellen Entwicklungsstand von SPE und zeigt, welche Chancen die neue Übertragungstechnologie durch die deutliche Bauraum-Ersparnis sowie einhergehende Gewichtsreduktion für die Industrie eröffnet:
 


Wer treibt die neue SPE-Technologie an?

Das SPE Industrial Partner Network

Single Pair Ethernet ist die Infrastrukturgrundlage, die das IIoT und Industrie 4.0 möglich macht. Um die Single Pair Ethernet Technologie für den schnell wachsenden IIoT-Markt voranzutreiben, beteiligt sich igus mit weiteren starken Partnern wie HARTING oder TE Connectivity am SPE Industrial Partner Networks. 

Für die zuverlässige Etablierung des gesamten zukünftigen SPE Ecosystems werden auch Standards für Übertragungsprotokolle, Verkabelung und Gerätekomponenten gemeinsam erarbeitet und verabschiedet sowie in der IEEE 802.3 und IEC SC46C veröffentlicht. 

So konnte auch in partnerschaftlicher Arbeit die neue Leitung passgenau für die T1 Steckerschnittstelle konstruiert werden. Dies führt dazu, dass der haltbare Schirm zuverlässig an den Stecker übergeben wird und dadurch eine optimale Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gewährleistet wird. Die Kombination aus chainflex Leitung und SPE Stecker ist dabei äußerst robust: So verwendet igus eine hochabriebfesten, kerbzähen PUR-Mantel und der Stecker robuste metallische Verriegelungen mit PCB-Buchse.
 


Wo kommt der Bedarf nach dieser neuen Ethernet-Technologie her?

Entstehung...

Ethernet ist heute als Bussystem durchgängig im Gebäude (1), auf Leitebene (2) und bis zur Maschinesteuerung (3) üblich und eingeführt. Tiefergehende Systeme bis auf die Eingabeebene wie I/O-Sensoren (4), Messgeräte, Stellantriebe sind meist mit einfachen Leitungen oder Feldbussen verbunden. Dadurch ist eine intelligente Nutzung in einem durchgängigen Bussystem auf einer Technologiebasis nicht möglich.

Diese Situation muss geändert werden, um Schnittstellen und Kopplungssysteme zu sparen und gleichzeitig die Auswertung von maschinenrelevanten Daten zu erhöhen. Dazu ist ein Ethernetsystem notwendig, dass die Ethernetwelt mit den geringen Baumaßen von IO Leitungen vollständig kombiniert. In diesem Bedürfnis liegt der Ursprung von Single Pair Ethernet. 

Weitere Hintergründe können Sie auch dem Fachinterview mit der IEE-Redaktion entnehmen: https://www.all-electronics.de/die-steckerfrage-entscheiden-die-anwender-niemand-anderes/

... und Eigenschaften von SPE

In klassischen Ethernet-Bussen finden sich meist vier Adernpaare. Mit SPE lässt sich so die sichere Datenübertragung auch auf kleinstmöglichen Raum wie in der Feldebene umsetzen. In bestehende Bus-Technologien der Unternehmen integrierbar, ist SPE damit die aktuell innovativste Übertragungsmöglichkeit. 

So lassen sich in der vernetzten Fabrik beispielsweise Zugriffszeiten innerhalb eines Fertigungsprozesses auch bei verteilten Daten weiter verringern und Daten noch schneller übertragen. Die Kombination aus SPE-Bus und Steckgesicht senkt die Kosten bei gleichzeitiger Anhebung des technischen Niveaus und sichert durch die Steckkompatibilität einen flächendeckenden Langfristeinsatz. Unterstrichen wird das zusätzlich durch das Design der Verkabelungskomponenten:
 

  • Wellenwiderstand von 100 Ω
  • Bandbreite von 600 MHz
  • Fest definierte Parameter, wie Dämpfung, Rückflussdämpfung und Fremdnebensprechdämpfung
  • Vollschirmung zur Absicherung der Übertragungsqualität unter extremen EMV Bedingungen
  • Zweipolige Steckverbinder in kleiner Bauform in Schutzklasse IP20 und IP65/67


Wie kann SPE jetzt schon genutzt werden?

Hohe Lebensdauer durch umfangreiche Testversuche garantiert

Die deutlich gesteigerte Übertragungsrate bei gleichzeitiger Reduktion des Durchmessers erlaubt zukünftig die kostengünstige Anbindung von Sensoren mit hohem Datenaufkommen. Der Anwender muss dabei nicht auf Qualität verzichten. Die ölbeständige und flammwidrige CFBUS.PUR.042 wurde im 3.800 qm² großen igus Testlabor ausgiebig getestet. Wie bei dem gesamten chainflex Leitungsangebot erhält der Kunde auch bei der Single Pair Ethernet Leitung eine Garantie von 10 Millionen Doppelhüben und 36 Monaten.

SPE ist damit eine echte Alternative zu anderen Bussystemen in Anwendungen mit kleinen Biegeradien und kleinen Bauräumen wie z.B. bei industriellen Kameraanwendungen oder Positions- bzw. Überwachungssensoren. Solche Kamera Vision-Systeme dienen vor allem als Erkennungs- und Positionierungssysteme. Bisher mussten derartige Sensoren über Busschnittstellen mit 4- oder 8-adriger Ethernetleitung im Feld angebunden werden. Mit SPE kann jeder Sensor direkt in die übergeordnete Steuerungsebene eingebunden werden.

Ausgiebiges Testing der dünnen SPE-Leitung im igus Testlabor

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