Gesamtpaket für Single-Pair-Ethernet
Partnerschaft zum Wohle des Kunden
Weidmüller ist maßgeblich an der Entwicklung der Single-Pair-Ethernet Technologie beteiligt und treibt sie umfassend voran. Die Sicherheit für den Kunden soll die durch Beteiligung an einem vorhandenem Vorschlag statt der Entwicklung einer eigenen Variante resultieren. Dabei gilt die Favorisierung der Variante IEC63171-2 für die Umgebung IP20 und der Variante IEC63171-5 für die Umgebung IP67.
Verkabelung und Messtechnik in Zusammenhang mit Single-Pair-Ethernet waren auf den letztjährigen Herbstmessen anhand eines Demonstrators zu sehen. (Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG)
Immer häufiger ist im industriellen Anlagenfeld Ethernet als Feldbus-Alternative anzutreffen. Die Vorteile einer durchgängigen Vernetzung über die Steuerung bis zur IT-Welt sind groß. Viele Hindernisse, wie eine definierte Reaktionszeit, wurden hierfür überwunden und so ein Industrial Ethernet geschaffen, das den harten Anforderungen im maschinennahen Umfeld genügt. Durch die Migration der Feldbustechnik auf Ethernet ist man in der Lage nicht nur das Zustandssignal abzufragen, sondern hier ist eine intelligente Kommunikation mit dem Sensor möglich. Durch die neue Technologie und deren neuen Verkabelungsstrukturen können zukünftig aktive Komponenten reduziert werden, bei Ausnutzung einer vier paarigen Verkabelungsinfrastruktur. Eine Single-Pair-Ethernet Installation benötigt deutlich weniger Platzbedarf, das ist vor allem vorteilhaft bei kompakten I/O-Schnittstellen. SPE benötigt nur noch ein Adernpaar anstelle von zwei bzw. vier Paaren. Der Anstoß für diese Entwicklung kam aus der Automobilindustrie, dort werden die Bordnetze in dieser Technologie ausgeführt. Mittlerweise wächst auch in der Automatisierungstechnik das Interesse an dieser Technologie. Der einfache Aufbau und die damit verbundene Reduktion von Gewicht, Platzbedarf und Installationsaufwand kommt den Anlagenbauern entgegen. Die Übertragungsraten von 10MBit/s mit einer Übertragungslänge von 1.000m bis hin zu 1GBit/s sind für zukünftige Industrieanwendungen in Industrie 4.0 Applikationen bestens geeignet. Auch in intelligenten Gebäudenetzwerken, IoT-Anwendungen und anderen Steuerungs- und Aktuatornetzwerken bietet die kostengünstige SPE Infrastruktur viele Vorteile.
Steckverbinderübersicht für die Single-Pair-Ethernet-Technologie. Geplant sind die Variante IEC63171-2 für die Umgebung IP20 und die Variante IEC63171-5 für die Umgebung IP67. (Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG)
Vierkammersystem für eine applikationsunabhängige Verkabelung
Neben einer reinen 1-paarigen Verkabelungsstruktur ist es zulässig, auch eine 4-paarige Verkabelungsstruktur aufzubauen, um gleichzeitig 4 einzelne SPE-Kanäle zu übertragen (Cable sharing). Besonders in industriellen Anwendungen, in denen häufig zahlreiche Sensoren auf engstem Raum verbaut sind, ist dies ein großer Vorteil. Solche gebündelten Strukturen lassen sich dort nur mit wenigen anderen Verbindungstechniken realisieren. Des Weiteren ist herauszuheben, dass die Verbindungstechniken gemäß der IEC63171-2 (IP20-Umgebung) und der IEC63171-5 (IP-67 Umgebung) das gleiche Steckgesicht aufweisen. Eine 4-paarige Verbindungstechnik auf Basis von M12 erweitert die Anforderung an die Verbindungstechnik in der Standardisierung für SPE, wie sie auch in der IEC63171-5 beschrieben wird. Durch das gleiche Steckgesicht ist man in der Lage, Verbindungtechnik in IP 20 und IP67 zu kombinieren. Diese Kompatibilität ist vor allem in der Feldmesstechnik vorteilhaft. Vorhandene Verkabelungssysteme in der IP67-Umgebung können leicht und schnell mit IP20-Steckverbindern normgerecht gemessen und qualifiziert werden. Eine direkte 4-paarige Messung ist möglich, es lassen sich aber auch einzelne Paare in dem 4-paarigen System messen. Auf Grund der höheren Anforderung an die Steckverbinder gegenüber der Kategorie 8.2 gemäß der ISO/IEC11801-1:2017-12 können die 4 paarigen Verbindungstechniken gemäß der IEC63171-2 und IEC63171-5 applikationsunabhängig eingesetzt werden. Einsatzgebiete wie z.B. Datacenter, Office, Home und Industrie sind denkbar. Die Verbindungstechniken in den verschiedenen Umgebungen IP20 und IP67 haben immer die gleichen übertragungstechnischen Eigenschaften. Derzeit werden die Standards für eine durchgängige Kompatibilität von Geräten, Leitungen und Steckverbindern entwickelt. In der IEEE (International Electrical and Electronics Engineers) 802.3 (Ethernet) wurden die verschiedenen SPE Applikationen (100 Base-T1, 1000 Base-T1) in diversen Projektgruppen bearbeitet und verabschiedet. Die Applikation 10 Base-T1 (IEEE 802.3cg) ist noch in Bearbeitung und eine Verabschiedung ist für September 2019 geplant. Ergänzend zum aktuellen Stand der `IEEE P802.3cg/D2.2 Draft Standard for Ethernet Amendment: Physical Layer Specifications and Management Parameters for 10Mb/s Operation and Associated Power Delivery over a Single Balanced Pair of Conductors´ ist zu betonen, das definierte Verbindungstechniken (MDI) gemäß der IEC63171-1 und 61076-3-125 verwendet werden können, aber nicht müssen. Somit können auch andere Verbindungstechniken für den Aufbau einer Verkabelungsstruktur zum Einsatz kommen. Zumal der MDI nur die Verbindungstechnik an der Aktivkomponente beschreibt. Nutzerorganisationen wie beispielsweise die Profinet-Nutzerorganisation e.V. (PNO) sowie auch die ODVA können auf Basis der aktuellen Normung ihre Steckgesichter definieren.
Die Grafik zeigt die gebündelte Verkabelungsstruktur für die Single-Pair-Ethernet-Technologie. (Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG)
Weidmüller und seine Partner für SPE
Um die Verkabelungsstrukturen für Single Pair Ethernet zukünftig realisieren zu können, hat man weitere Unternehmen in das Thema SPE einbezogen. Neben den Steckverbinderherstellern Phoenix Contact, Reichle & De-Massari und Weidmüller wurde die Firma Belden für die Kabelumgebung sowie Fluke Networks für die Feldmesstechnik in die neue Technologie eingebunden. Mit diesem `runden Paket´ ist man in der Lage die Verkabelungsstruktur der neuen Technologie umfassend zu realisieren und das aus verschiedenen Betrachtungswinkeln.
