Die Technologie – Applikationen
Die Automobilindustrie: Ursprung des Single Pair Ethernet.
Die Technologie – Applikationen
DIE AUTOMOBILINDUSTRIE: URSPRUNG DES SINGLE PAIR ETHERNET.
Die Entwicklung des Single Pair Ethernet (SPE) beginnt in der Automobilbranche, wo immer kleinere und leistungsfähigere Geräte verwendet werden.
In den heutigen Fahrzeuggenerationen werden immer mehr Ethernet-Systeme verbaut. Nur durch die Vernetzung von Steuergeräten und Sensoren im Fahrzeug lassen sich neue Anwendungen wie Fahrerassistenzsysteme technisch realisieren – z. B. Lidar (light detection and ranging), hochauflösende Displays, 4K-Kameras oder Infotainment-Systeme. Zukunftsweisende Technologien wie das autonome Fahren erfordern außerdem eine Verbindungstechnik, die eine Übertragung größerer Datenraten mit hoher Bandbreite auf geringem Bauraum ermöglicht. Von diesem Standard können auch andere Industrien profitieren.
Erste offizielle IEEE-Standards
Die Entwicklung des Automotive Ethernet hat zu zwei offiziellen IEEE Standards geführt: 100BASE-T1 (100 Mbit/s) und 1000BASE-T1 (1 Gbit/s). Bei der Definition dieser Standards ging es darum, aus den Anforderungen an den Gesamtkanal (in der IEEE definiert) die Grenzwerte für Steckverbinder und Kabel sowie die Messverfahren zu definieren.
Einsatzbereiche von SPE-Lösungen
Single Pair Ethernet eignet sich ideal für Infrastrukturanwendungen zum Beispiel im Maschinen- und Anlagenbau, in der Prozesstechnik, der Gebäudeautomation und weiteren Bereichen.
Der große Vorteil:
Single Pair Ethernet ist umgebungsneutral. Feldgeräte, Sensoren und Aktoren können über Kabel und Steckverbinder einfach in eine bestehende Ethernet-Umgebung eingebunden werden. Zusätzliche Gateways und Schnittstellen entfallen bei der Installation. Anders als Feldbusprotokolle durchdringt das S alle Automatisierungsebenen.
SPE ist durchgängiger, effizienter und kostengünstiger als Feldbussysteme.
Vorteile:
- Übertragungsstrecken von bis zu 1.000 m bei Übertragungsraten von 10 Mbit/s
- Übertragungsstrecken von 40 m bei Übertragungsraten von 1Gbit/s
- Einfache Installation über nur ein Aderpaar
- Reduktion von Platz und Gewicht
- Geringere Anschaffungskosten bei Neuinstallationen
- Kompaktere Kabeltrassen
- Effiziente Verkabelung mehrerer Kommunikationsteilnehmer dank gemeinsamer Leitungen und Schnittstellen (Multidrop)
- Bestehende Verkabelung können weiter genutzt werden
- Einbindung von bis zu vier Geräten
Dank der standardisierten Schnittstellen können ein- und vierpaarige Verkabelungskonzepte ebenso miteinander kombiniert werden wie IP20- und IP6x-Lösungen. Die Zweidrahttechnologie erlaubt zudem die anwendungsgerechte Versorgung der Endgeräte mit Leistungen bis zu 60 Watt über das gleiche Aderpaar (Power over Data Line – PoDL).
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Anforderungen an die Verkabelung
 |
Automobilbranche | Gebäudeautomation | Prozessautomation | Fabrikautomation |
|---|---|---|---|---|
| Applikationsfokus | Kabelbaum im Auto | Schaltschrankverdrahtung Feldverkabelung (z.B. KNX) | Feldverkabelung Sensoren | Ind. Schaltschrankverdrahtung Feldverkabelung Feldverkabelung Sensoren |
| Übertragungsrate Übertragungsstrecke |
10 MBit/s – 1 GBit/s 15-40 m |
10 MBit/s – 1 GBit/s < 1000 m | 10 MBit/s < 1000 m | 10 MBit/s – 1 GBit/s ≤ 100 m |
| Leiterquerschnitt | AWG 26-22 | AWG 26-22 | AWG 22-18 | AWG 26-22 |
| Mech. / elektr. Robustheit | mittel - hoch | gering - mittel | hoch | mittel - hoch |
| Aktuelle Anschlüsse | Automobilspezifische Steckverbinder | Individuelle Verdrahtung, Klemme, EIB, RJ45 | Klemme, Steckverbinder, M12 | RJ45, Einzelverdrahtung, Klemme, M8/12 |
Anschlusstechnik in der Fabrikautomation
Mit fortschreitender Automatisierung kommt in allen Bereichen der Fertigung eine wachsende Zahl von Sensoren und Aktoren zum Einsatz, die zuverlässig mit Cloudsystemen verbunden werden müssen.
Single Pair Ethernet-Lösungen bieten hier deutliche Vorteile:
- Zukunftssicher: Normierte Steckverbinder und Leitungen gemäß IEC 63171-2 (IP20) und IEC 63171-5 (IP67)
- Leistungsfähig: Reichweiten bis 1.000 m, Datenraten bis 1 GBit/s und Leistungen bis 60 W
- Effizient: Plug-and-Play-Integration auch bei bestehenden Verkabelungsinfrastrukturen möglich
- Kompakt: Steckgesichter für Single- und Multiports erlauben hohe Packungsdichten
- Integrationsfreundlich: Stecker- und Buchsenvarianten für M8-Induktiv-Sensoren und fliegende Verbindungen
Die Standard-Schnittstellen nach IEC 63171-2 (IP20) und 63171-5 (IP67) eignen sich ideal für die Steuerung von Büro- und Industrieumgebungen. Die anwendungsgerecht optimierte Verkabelung bildet die Basis für die zukunftssichere Vernetzung vom Sensor bis in die Cloud.
Anschlusstechnik für die Prozessautomation
In der Prozessautomation stellen Explosionsschutz und lange Übertragungsstrecken erhöhte Anforderungen an die Netzwerktechnologie. Die notwendigen Standards werden als Advanced Physical Layer (APL) zusammengefasst.
Single Pair Ethernet-Lösungen bieten für die Prozessautomation zusätzlich folgende Vorteile:
- Normgerecht: Alle Produkte erfüllen Anforderungen der „APL Port Profile Specification“ (Draft 0.3)
- Flexibel: Horizontale, vertikale und schräge Leiteranschlussrichtung für jedes Gerätedesign
- Komfortabel: Farbige Kodierung und Kennzeichnung zur einfachen Verdrahtung
- Sicher: Auch für erhöhte Sicherheitsanforderungen in EX-Bereichen gemäß IEC 60079-7 erhältlich
Anschlusstechnik für die Gebäudeautomation
Das Internet of Things (IoT) ist im Zuge der digitalen Transformation aus der Gebäudeautomation nicht mehr wegzudenken und wird zukünftig einen immer größeren Stellenwert einnehmen. Durch den Einsatz des IP Protokolls lässt sich die Gebäudeautomation sowohl komfortabler als auch kosteneffizienter realisieren, da Sensoren, Controller und andere Gebäudetechnik direkt mit der Gebäudesystemtechnik vernetzt werden. Somit werden bestehende proprietäre Feldbus-Systeme durch eine durchgängige Ethernet Verkabelung abgelöst, wodurch teure und aufwendige Programmier- und Parametrieraufwendungen entfallen.
Der Trend bei der Planung und Entwicklung smarter Gebäude liegt auf der Reduktion des Energiebedarfs aller vernetzten Geräte. Auch hier setzt Single Pair Ethernet an, da in einem solchen Netzwerk eine hochleistungsfähige Übertragung von Daten und Leistung parallel über nur eine Doppelader durch Power over Data Line möglich ist. Zudem sind die Single Pair Ethernet Komponenten wie Steckverbinder und Kabel intelligent, robust und leistungsfähig gestaltet. Durch die unterschiedlichen Übertragungsstrecken und -raten in Kombination mit der hohen Packungsdichte ist diese Anschlusstechnik in nahezu jeder Anlage vielseitig einsetzbar.
