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NEWS - 13.07.2021

Anwenderkongress Steckverbinder - Programm

Am 07. September findet im Rahmen des Hybrid-Events „Anwenderkongress Steckverbinder“ in Würzburg der SPE-Tag statt. Treffen Sie Verena Neuhaus (Phoenix Contact) und Simon Seereiner (Weidmüller Interface) live zum Thema „Anwendungsfälle für Single Pair Ethernet: Die Vorteile von SPE in der industriellen Kommunikation“ Das lernen die Teilnehmer im Vortrag: Anwendungen für Single Pair Ethernet in industrieller Umgebung Vorteile einer international standardisierten Single Pair Ethernet Schnittstelle Stand der internationalen Standardisierung für Single Pair Ethernet

NEWS - 06.07.2021

Stellungnahme zum neuen SPE Steckverbinder Normenentwurf IEC 63171-7 von TE Connectivity

Die Single Pair Ethernet System Alliance (www.singlepairethernet.com) ist ein eingetragener Verein, bestehend aus 32 führenden Technologiefirmen, die das Ziel verfolgen, Single Pair Ethernet in zahlreichen Applikationen und Märkten zu etablieren.

Mit der Veröffentlichung des NWIP (New work Item Proposals) der IEC 63171-7 hat die Firma TE erstmalig ein Hybridsystem für Single Pair Ethernet Daten und gleichzeitige Stromversorgung vorgestellt. Die Single Pair Ethernet System Alliance unterstützt diesen Vorschlag von Tyco Electronics, da er für viele Applikationen zusätzlich Power zur Verfügung stellt, wo die PoDL-Technologie (Power over Data Line) an ihre Grenzen stößt. Die vier Powerkontakte sowie die Funktionserde und der SPE-Datencontainer im M12-Steckverbinder bieten gerade bei vielen kompakten, dezentralen Feldgeräten eine interessante Anschlusstechnik.

Das Festschreiben eines neuen Datencontainers in dieser hybriden Schnittstelle zeigt die applikative Vielfältigkeit auf dem Markt. Es ist somit nicht das Steckgesicht, welches den Markt prägt, sondern die Applikation, die das Interface definiert.

Somit glaubt die Single Pair Ethernet System Alliance, dass dieser Steckverbinder ein weiteres wichtiges Puzzlestück für die Etablierung von SPE in zahlreichen Applikationen ist und unterstützt damit die Gesamtlösung Single Pair Ethernet.  

Über die Single Pair Ethernet System Alliance:
Die SPE System Alliance ist ein Zusammenschluss führender Technologieunternehmen aus verschiedenen Branchen und Anwendungsbereichen, die ihr Know-how im Bereich SPE bündeln und zielorientiert austauschen.  Alle Partner verfolgen damit das gemeinsame Ziel, die Single Pair Ethernet-Technologie für das IIoT und alle anderen Anwendungsbereiche zu fördern.

INTERVIEW - März 2020

Eine einheitliche Sprache sprechen

Single Pair Ethernet gilt als die Technologie, die das Internet of Things in der Industrie durchgängig bis ins Feld ermöglicht. Simon Seereiner, Head of Product Management SAI & IE bei Weidmüller, erklärt, warum das so ist und was bis zum flächendeckenden Einsatz noch passieren muss.

Warum spielt die Single-Pair-Ethernet-(SPE-)Technologie in der Kommunikationsarchitektur der Industrie eine immer bedeutendere Rolle?
Eine IP-basierte Kommunikation finden wir mittlerweile überall – in Smartphones, auf unserem Computer, aber auch in Industrieanlagen. In den letzten 20 Jahren sind immer mehr ethernetbasierte Kommunikationsarchitekturen in die Industrie eingeflossen: Profinet, Ethernet IP, Ethercat. Das sind alles ethernetbasierte Feldbussysteme. Allerdings fehlt die Durchgängigkeit auf der letzten Meile, quasi auf der Sensor-Aktor-Ebene. Dort gibt es nach wie vor Busarchitekturen wie Profibus, CAN, ASI und andere. Das heißt, dort gibt es Gateways, die die ethernetbasierte Kommunikation wieder umwandeln. Der Ansatz ist nun, eine durchgängige Kommunikation zu schaffen, sodass auch auf der untersten Sensor-Aktor-Ebene IP-basiert kommuniziert werden kann.

Warum gibt es denn noch keine ethernetbasierte Kommunikation auf der Sensor-Aktor-Ebene?
Bisher war es schlicht zu teuer und zu aufwendig, ethernetbasierte Netzwerke bis an den Sensor zu bringen. Das ändert sich jetzt mit Single Pair Ethernet.

Klären Sie uns auf: Was genau steckt hinter dieser SPE-Technologie?
Bisher sind Ingenieure mit dem Wissen groß geworden, dass eine Fast Ethernet, also eine 100-Megabit-Leitung mindestens zwei Aderpaare benötigt; eine Gigabit-Verkabelung entsprechend vier Paare. Mit der SPE-Technologie reduziert sich der Leitungsaufbau für die gleichen Übertragungsraten auf ein Adernpaar. Das heißt, man verlegt nur ein Viertel des Kupfers und benötigt nur ein Viertel der Verarbeitungszeit. Das spart Platz und enorme Kosten.

Die Datenübertragung kann also kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden…
Ja, das gilt aber nicht nur für die Datenübertragung. Ein ganz wesentlicher Vorteil ist, dass sowohl Daten als auch Energie über diese zweiadrigen Leitungen übertragen werden können. Die Technologie dahinter nennt sich Power over Data Line (PoDL). Damit lassen sich bis zu 60 W bei gleichzeitiger Datenübertragung (100 Mbit) zu einer Schnittstelle führen. Sensorik beispielsweise kann also mit nur einem einzigen Zweidrahtkabel versorgt werden. So ist es möglich, kostengünstig, einfach und mit einer hohen Packungsdichte Sensoriken in der Industrie aufzubauen, die dazu führen, Automatisierungs- und Vernetzungsgrade zu steigern und immer höher automatisierte Prozesse zu realisieren.

Sie sagen, das Ganze ist kostengünstiger, können Sie das belegen?
Da die Infrastruktur noch fehlt, können wir die Technologie noch nicht nutzen. Wir haben aber bereits Simulationen und theoretische Betrachtungen im Werkzeugbau und in der Maschinenparkherstellung gemacht. Dazu haben wir Experten aus dem Maschinen- und Anlagenbau zusammengebracht und mit ihnen die Fragen diskutiert: „Jetzt stellen wir uns mal vor, SPE wäre verfügbar. Was würdet ihr anders machen, wo würdet ihr Kosten sparen, was würde die Vereinfachung der Prozesse mit sich bringen?“
Das Ergebnis war sehr beeindruckend. Man spart natürlich Komponenten, aber ein weitaus größerer Vorteil ist, dass Maschinen mit der transparenten Architektur viel effizienter gesteuert und betrieben werden können. Das spart enorme Kosten bei der Parametrisierung, bei der Inbetriebnahme und bei der Ausführung der Arbeit. Bei der von uns durchgeführten Simulation konnten wir mit dem Einsatz von SPE die Betriebskosten um 18 % senken.

Welche Voraussetzungen müssen geschaffen werden, dass SPE flächendeckend zum Einsatz kommt?
Erst einmal muss die Infrastruktur komplett aufgebaut werden. Denn nur, wenn Kabel, Steckverbinder, Chipsets, Switches und Geräte in der Lage sind, eine einheitliche ethernetbasierte SPE-Sprache zu sprechen, können auch große Automatisierer ihre entsprechenden Steuerungen und Gerätefunktionalitäten aufbauen. Wir, d.h. die Unternehmen der Verbindungs- und Anschlusstechnik, sind quasi der Urknall, den es am Anfang braucht, bevor man eine neue Technologie etablieren kann.

Ist denn der Markt dafür bereit, eine neue Technologie zu implementieren?
Das Interesse am Markt ist sehr groß. Ich könnte quasi jeden Tag bei Kunden vorbeifahren, um dieses Thema vorzustellen. Aber eine Technologie setzt sich ja auch erst langsam durch. Wir stehen gerade noch am Anfang. Der Hype um das Thema steigt. Wir gehen aber nicht davon aus, dass wir im nächsten Jahr schon zig Tausend unserer SPE-Steckverbinder verkaufen werden. Uns ist es wichtig, als Pionier der Verbindungstechnik rechtzeitig mit Produkten am Markt zu sein, damit Kunden sie einsetzen und testen können.

Sie haben also schon SPE-Steckverbinder entwickelt. Inwieweit bringt sich Weidmüller noch in das Thema SPE-Technologie ein?
Wir sind in zwei Themenfeldern aktiv. Zum einen bringen wir zur Hannover Messe die oben erwähnten Serienprodukte auf den Markt mit international standardisierten Schnittstellen nach IEC 63171-2 und nach IEC 63171-5. Mittlerweile gibt es vier Unternehmen, die diese Schnittstelle auch wirklich eigenständig mit Werkzeugen getoolt haben, sodass Weidmüller gemeinsam mit Partnern Produkte auf den Markt bringt, um eine Steckverbinderinfrastruktur aufzubauen.

Der zweite Punkt: Weidmüller bringt sich sehr intensiv in die Normung ein. Ich selbst bin Mitarbeiter bei der Profibus Nutzerorganisation (PNO) und bei der Open Devicenet Vendors Association (ODVA). Zudem haben wir Mitarbeiter im IEC-Steckverbinder-Gremium und arbeiten auch im Normungsgremium des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) mit. Wir helfen also mit unserer Fachkompetenz innerhalb der Normung für Kabel und Steckverbinder die richtigen Standards zu realisieren.

Apropos Standards – wie ist hier der Stand der Dinge?
Das Interesse an Standards ist branchenübergreifend hoch und die Normungsmaschinerie läuft auf Hochtouren. Naturgemäß neigen in diesem Stadium des Prozesses manche Hersteller dazu, Vorschläge kurzerhand als Vorschrift zu kommunizieren, um ihr Produkt als neuen Standard auszugeben. Der normative Prozess ist derzeit in Arbeit, aber noch nicht abgeschlossen. Die Aussage, dass der Markt sich bereits auf ein Steckgesicht geeinigt hätte, wie dies von manchen Herstellern kolportiert und häufig auch in der Fachpresse verbreitet wird, ist definitiv falsch. Wichtige und mächtige Nutzerorganisationen, z.B. Profinet sind derzeit in der Meinungsbildung und werden sich zukünftig mit diesem Themengebiet beschäftigen.

Abschließend noch ein Blick in die Zukunft: Wird es SPE in 20 Jahren noch geben oder überträgt die Industrie ihre Daten dann längst kontaktlos?
Ich bin mir sehr sicher, dass es in 20 Jahren noch jede Menge SPE-Schnittstellen geben wird. Mit der kontaktlosen Übertragung sprechen Sie ein schönes Thema an. Wireless-Applikationen sind heute schon in der Industrie im Einsatz, z. B. in Hochregallagern. Den Wireless-Anteil an der Verbindungstechnik schätzen wir allerdings nur auf 2 bis 3 %. Das wird zwar zunehmen, aber kabelgebundene Übertragungsstrecken bleiben in Zukunft nach wie vor bestehen. Diese werden nur deutlich kompakter sein und höhere Frequenzen übertragen. SPE als wesentlicher Bestandteil der zukünftigen Infrastruktur für das IoT der Industrie macht den Anfang.
Vielen Dank Herr Seereiner.

ZUM EXPERTEN
Simon Seereiner ist Head of Product Management SAI & IE bei der Weidmüller Gruppe und verantwortet das Produkt- und Lösungsangebot für die passive, industrielle Vernetzung. Darüber hinaus engagiert sich der Diplom-Ingenieur in nationalen und internationalen Gremien zu Themen der Industrial Connectivity.

NEWS - Februar 2020

Datenkommunikation vom Gerät bis ins Feld

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.


Datenübertragungsraten anpassen

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.
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.
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.
Die Grundlage für eine solche einheitliche und durchgängige Infrastruktur bildet eine internationale Standardisierung. Daran sind bei einer derart bedeutsamen Technologie unterschiedlichste Vereinigungen beteiligt, u. a. die IEEE. Für das Projekt IEEE 802.3cg wurden erstmals in der IEEE-Umgebung Steckverbinder mit deren elektrischen Eigenschaften definiert. Es können alle Steckverbinder verwendet werden, die die elektrischen Eigenschaften der Norm erfüllen.
Die Steckverbinder für Single Pair Ethernet sind in der Normenserie IEC 63171-X definiert. Die Ausführung der Steckgesichter und die mechanischen Anforderungen an die Steckverbinder sind in den untergeordneten Normenreihen beschrieben. Weidmüllers SPE-Steckverbinder gehören beispielsweise zur Variante IEC 63171-2 für die Umgebung IP20 und zur Variante IEC 63171-5 für die Umgebung IP67.
Auf der Hannover Messe stellt das Unternehmen seine beiden Steckerlösungen für Single Pair Ethernet vor. „Beide Steckgesichter – für IP20 und IP67 – sind miteinander steckkompatibel. Das ist vor allem in der Feldmesstechnik von Vorteil. Dort können Anwender mit einem IP20-Messsteckverbinder einfach Geräte mit IP67-Schnittstelle anschließen und umgekehrt“, verrät Seereiner im Vorfeld. Und weiter: „Neben den Einzelsteckern ist eine 4-Kammer-Variante geplant.“ Damit lassen sich über ein Interface vier SPE-Verkabelungen auf kompakter Baugröße realisieren: Das Gehäuse unterschreitet die Größe eines herkömmlichen RJ45-Gehäuses. Weidmüller arbeitet also auf Hochtouren an weiteren Lösungen, die eine In­frastruktur für die SPE-Technologie ermöglichen.

 www.weidmueller.de/spe

Am 07. September findet im Rahmen des Hybrid-Events „Anwenderkongress Steckverbinder“ in Würzburg der SPE-Tag statt. Treffen Sie Verena Neuhaus (Phoenix Contact) und Simon Seereiner (Weidmüller Interface) live zum Thema „Anwendungsfälle für Single Pair Ethernet: Die Vorteile von SPE in der industriellen Kommunikation“ Das lernen die Teilnehmer im Vortrag: Anwendungen für Single Pair Ethernet in industrieller Umgebung Vorteile einer international standardisierten Single Pair Ethernet Schnittstelle Stand der internationalen Standardisierung für Single Pair Ethernet.

Steckverbinderkongress – Programm 2021

Die Single Pair Ethernet System Alliance (www.singlepairethernet.com) ist ein eingetragener Verein, bestehend aus 32 führenden Technologiefirmen, die das Ziel verfolgen, Single Pair Ethernet in zahlreichen Applikationen und Märkten zu etablieren.

Mit der Veröffentlichung des NWIP (New work Item Proposals) der IEC 63171-7 hat die Firma TE erstmalig ein Hybridsystem für Single Pair Ethernet Daten und gleichzeitige Stromversorgung vorgestellt. Die Single Pair Ethernet System Alliance unterstützt diesen Vorschlag von Tyco Electronics, da er für viele Applikationen zusätzlich Power zur Verfügung stellt, wo die PoDL-Technologie (Power over Data Line) an ihre Grenzen stößt. Die vier Powerkontakte sowie die Funktionserde und der SPE-Datencontainer im M12-Steckverbinder bieten gerade bei vielen kompakten, dezentralen Feldgeräten eine interessante Anschlusstechnik.

Das Festschreiben eines neuen Datencontainers in dieser hybriden Schnittstelle zeigt die applikative Vielfältigkeit auf dem Markt. Es ist somit nicht das Steckgesicht, welches den Markt prägt, sondern die Applikation, die das Interface definiert.

Somit glaubt die Single Pair Ethernet System Alliance, dass dieser Steckverbinder ein weiteres wichtiges Puzzlestück für die Etablierung von SPE in zahlreichen Applikationen ist und unterstützt damit die Gesamtlösung Single Pair Ethernet.  

Über die Single Pair Ethernet System Alliance:
Die SPE System Alliance ist ein Zusammenschluss führender Technologieunternehmen aus verschiedenen Branchen und Anwendungsbereichen, die ihr Know-how im Bereich SPE bündeln und zielorientiert austauschen.  Alle Partner verfolgen damit das gemeinsame Ziel, die Single Pair Ethernet-Technologie für das IIoT und alle anderen Anwendungsbereiche zu fördern.

Single Pair Ethernet gilt als die Technologie, die das Internet of Things in der Industrie durchgängig bis ins Feld ermöglicht. Simon Seereiner, Head of Product Management SAI & IE bei Weidmüller, erklärt, warum das so ist und was bis zum flächendeckenden Einsatz noch passieren muss.

Warum spielt die Single-Pair-Ethernet-(SPE-)Technologie in der Kommunikationsarchitektur der Industrie eine immer bedeutendere Rolle?
Eine IP-basierte Kommunikation finden wir mittlerweile überall – in Smartphones, auf unserem Computer, aber auch in Industrieanlagen. In den letzten 20 Jahren sind immer mehr ethernetbasierte Kommunikationsarchitekturen in die Industrie eingeflossen: Profinet, Ethernet IP, Ethercat. Das sind alles ethernetbasierte Feldbussysteme. Allerdings fehlt die Durchgängigkeit auf der letzten Meile, quasi auf der Sensor-Aktor-Ebene. Dort gibt es nach wie vor Busarchitekturen wie Profibus, CAN, ASI und andere. Das heißt, dort gibt es Gateways, die die ethernetbasierte Kommunikation wieder umwandeln. Der Ansatz ist nun, eine durchgängige Kommunikation zu schaffen, sodass auch auf der untersten Sensor-Aktor-Ebene IP-basiert kommuniziert werden kann.

Warum gibt es denn noch keine ethernetbasierte Kommunikation auf der Sensor-Aktor-Ebene?
Bisher war es schlicht zu teuer und zu aufwendig, ethernetbasierte Netzwerke bis an den Sensor zu bringen. Das ändert sich jetzt mit Single Pair Ethernet.

Klären Sie uns auf: Was genau steckt hinter dieser SPE-Technologie?
Bisher sind Ingenieure mit dem Wissen groß geworden, dass eine Fast Ethernet, also eine 100-Megabit-Leitung mindestens zwei Aderpaare benötigt; eine Gigabit-Verkabelung entsprechend vier Paare. Mit der SPE-Technologie reduziert sich der Leitungsaufbau für die gleichen Übertragungsraten auf ein Adernpaar. Das heißt, man verlegt nur ein Viertel des Kupfers und benötigt nur ein Viertel der Verarbeitungszeit. Das spart Platz und enorme Kosten.

Die Datenübertragung kann also kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden…
Ja, das gilt aber nicht nur für die Datenübertragung. Ein ganz wesentlicher Vorteil ist, dass sowohl Daten als auch Energie über diese zweiadrigen Leitungen übertragen werden können. Die Technologie dahinter nennt sich Power over Data Line (PoDL). Damit lassen sich bis zu 60 W bei gleichzeitiger Datenübertragung (100 Mbit) zu einer Schnittstelle führen. Sensorik beispielsweise kann also mit nur einem einzigen Zweidrahtkabel versorgt werden. So ist es möglich, kostengünstig, einfach und mit einer hohen Packungsdichte Sensoriken in der Industrie aufzubauen, die dazu führen, Automatisierungs- und Vernetzungsgrade zu steigern und immer höher automatisierte Prozesse zu realisieren.

Sie sagen, das Ganze ist kostengünstiger, können Sie das belegen?
Da die Infrastruktur noch fehlt, können wir die Technologie noch nicht nutzen. Wir haben aber bereits Simulationen und theoretische Betrachtungen im Werkzeugbau und in der Maschinenparkherstellung gemacht. Dazu haben wir Experten aus dem Maschinen- und Anlagenbau zusammengebracht und mit ihnen die Fragen diskutiert: „Jetzt stellen wir uns mal vor, SPE wäre verfügbar. Was würdet ihr anders machen, wo würdet ihr Kosten sparen, was würde die Vereinfachung der Prozesse mit sich bringen?“
Das Ergebnis war sehr beeindruckend. Man spart natürlich Komponenten, aber ein weitaus größerer Vorteil ist, dass Maschinen mit der transparenten Architektur viel effizienter gesteuert und betrieben werden können. Das spart enorme Kosten bei der Parametrisierung, bei der Inbetriebnahme und bei der Ausführung der Arbeit. Bei der von uns durchgeführten Simulation konnten wir mit dem Einsatz von SPE die Betriebskosten um 18 % senken.

Welche Voraussetzungen müssen geschaffen werden, dass SPE flächendeckend zum Einsatz kommt?
Erst einmal muss die Infrastruktur komplett aufgebaut werden. Denn nur, wenn Kabel, Steckverbinder, Chipsets, Switches und Geräte in der Lage sind, eine einheitliche ethernetbasierte SPE-Sprache zu sprechen, können auch große Automatisierer ihre entsprechenden Steuerungen und Gerätefunktionalitäten aufbauen. Wir, d.h. die Unternehmen der Verbindungs- und Anschlusstechnik, sind quasi der Urknall, den es am Anfang braucht, bevor man eine neue Technologie etablieren kann.

Ist denn der Markt dafür bereit, eine neue Technologie zu implementieren?
Das Interesse am Markt ist sehr groß. Ich könnte quasi jeden Tag bei Kunden vorbeifahren, um dieses Thema vorzustellen. Aber eine Technologie setzt sich ja auch erst langsam durch. Wir stehen gerade noch am Anfang. Der Hype um das Thema steigt. Wir gehen aber nicht davon aus, dass wir im nächsten Jahr schon zig Tausend unserer SPE-Steckverbinder verkaufen werden. Uns ist es wichtig, als Pionier der Verbindungstechnik rechtzeitig mit Produkten am Markt zu sein, damit Kunden sie einsetzen und testen können.

Sie haben also schon SPE-Steckverbinder entwickelt. Inwieweit bringt sich Weidmüller noch in das Thema SPE-Technologie ein?
Wir sind in zwei Themenfeldern aktiv. Zum einen bringen wir zur Hannover Messe die oben erwähnten Serienprodukte auf den Markt mit international standardisierten Schnittstellen nach IEC 63171-2 und nach IEC 63171-5. Mittlerweile gibt es vier Unternehmen, die diese Schnittstelle auch wirklich eigenständig mit Werkzeugen getoolt haben, sodass Weidmüller gemeinsam mit Partnern Produkte auf den Markt bringt, um eine Steckverbinderinfrastruktur aufzubauen.

Der zweite Punkt: Weidmüller bringt sich sehr intensiv in die Normung ein. Ich selbst bin Mitarbeiter bei der Profibus Nutzerorganisation (PNO) und bei der Open Devicenet Vendors Association (ODVA). Zudem haben wir Mitarbeiter im IEC-Steckverbinder-Gremium und arbeiten auch im Normungsgremium des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) mit. Wir helfen also mit unserer Fachkompetenz innerhalb der Normung für Kabel und Steckverbinder die richtigen Standards zu realisieren.

Apropos Standards – wie ist hier der Stand der Dinge?
Das Interesse an Standards ist branchenübergreifend hoch und die Normungsmaschinerie läuft auf Hochtouren. Naturgemäß neigen in diesem Stadium des Prozesses manche Hersteller dazu, Vorschläge kurzerhand als Vorschrift zu kommunizieren, um ihr Produkt als neuen Standard auszugeben. Der normative Prozess ist derzeit in Arbeit, aber noch nicht abgeschlossen. Die Aussage, dass der Markt sich bereits auf ein Steckgesicht geeinigt hätte, wie dies von manchen Herstellern kolportiert und häufig auch in der Fachpresse verbreitet wird, ist definitiv falsch. Wichtige und mächtige Nutzerorganisationen, z.B. Profinet sind derzeit in der Meinungsbildung und werden sich zukünftig mit diesem Themengebiet beschäftigen.

Abschließend noch ein Blick in die Zukunft: Wird es SPE in 20 Jahren noch geben oder überträgt die Industrie ihre Daten dann längst kontaktlos?
Ich bin mir sehr sicher, dass es in 20 Jahren noch jede Menge SPE-Schnittstellen geben wird. Mit der kontaktlosen Übertragung sprechen Sie ein schönes Thema an. Wireless-Applikationen sind heute schon in der Industrie im Einsatz, z. B. in Hochregallagern. Den Wireless-Anteil an der Verbindungstechnik schätzen wir allerdings nur auf 2 bis 3 %. Das wird zwar zunehmen, aber kabelgebundene Übertragungsstrecken bleiben in Zukunft nach wie vor bestehen. Diese werden nur deutlich kompakter sein und höhere Frequenzen übertragen. SPE als wesentlicher Bestandteil der zukünftigen Infrastruktur für das IoT der Industrie macht den Anfang.
Vielen Dank Herr Seereiner.

ZUM EXPERTEN
Simon Seereiner ist Head of Product Management SAI & IE bei der Weidmüller Gruppe und verantwortet das Produkt- und Lösungsangebot für die passive, industrielle Vernetzung. Darüber hinaus engagiert sich der Diplom-Ingenieur in nationalen und internationalen Gremien zu Themen der Industrial Connectivity.

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.


Datenübertragungsraten anpassen

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.
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.
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.
Die Grundlage für eine solche einheitliche und durchgängige Infrastruktur bildet eine internationale Standardisierung. Daran sind bei einer derart bedeutsamen Technologie unterschiedlichste Vereinigungen beteiligt, u. a. die IEEE. Für das Projekt IEEE 802.3cg wurden erstmals in der IEEE-Umgebung Steckverbinder mit deren elektrischen Eigenschaften definiert. Es können alle Steckverbinder verwendet werden, die die elektrischen Eigenschaften der Norm erfüllen.
Die Steckverbinder für Single Pair Ethernet sind in der Normenserie IEC 63171-X definiert. Die Ausführung der Steckgesichter und die mechanischen Anforderungen an die Steckverbinder sind in den untergeordneten Normenreihen beschrieben. Weidmüllers SPE-Steckverbinder gehören beispielsweise zur Variante IEC 63171-2 für die Umgebung IP20 und zur Variante IEC 63171-5 für die Umgebung IP67.
Auf der Hannover Messe stellt das Unternehmen seine beiden Steckerlösungen für Single Pair Ethernet vor. „Beide Steckgesichter – für IP20 und IP67 – sind miteinander steckkompatibel. Das ist vor allem in der Feldmesstechnik von Vorteil. Dort können Anwender mit einem IP20-Messsteckverbinder einfach Geräte mit IP67-Schnittstelle anschließen und umgekehrt“, verrät Seereiner im Vorfeld. Und weiter: „Neben den Einzelsteckern ist eine 4-Kammer-Variante geplant.“ Damit lassen sich über ein Interface vier SPE-Verkabelungen auf kompakter Baugröße realisieren: Das Gehäuse unterschreitet die Größe eines herkömmlichen RJ45-Gehäuses. Weidmüller arbeitet also auf Hochtouren an weiteren Lösungen, die eine In­frastruktur für die SPE-Technologie ermöglichen.

 www.weidmueller.de/spe