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Single Pair Ethernet Bei der Datenkommunikation 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.

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Simon Seereiner (re.) von Weidmüller ist der Experte, wenn es um Industrial Connectivity geht.
Simon Seereiner (re.) von Weidmüller ist der Experte, wenn es um Industrial Connectivity geht.
(Bild: Weidmüller)

konstruktionspraxis: Warum spielt die Single-Pair-Ethernet-(SPE-)Technologie in der Kommunikationsarchitektur der Industrie eine immer bedeutendere Rolle?

Simon Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Warum gibt es denn noch keine ethernetbasierte Kommunikation auf der Sensor-Aktor-Ebene?

Seereiner: 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.

Der Experte

Simon Seereiner (re.) 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.

konstruktionspraxis: Klären Sie uns auf: Was genau steckt hinter dieser SPE-Technologie?

Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Die Datenübertragung kann also kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden...

Seereiner: 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.

Konstruktionspraxis-Podcast

Folge 2: Datenübertragung

Der konstruktionspraxis-Podcast, das Fachmagazin zum Hören, informiert schnell und unterhaltsam über spannende Technikthemen. In dieser Folge reden wir mit Simon Seereiner von Weidmüller, über Single Pair Ethernet.

konstruktionspraxis: Sie sagen, das Ganze ist kostengünstiger, können Sie das belegen?

Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Welche Voraussetzungen müssen geschaffen werden, dass SPE flächendeckend zum Einsatz kommt?

Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Ist denn der Markt dafür bereit, eine neue Technologie zu implementieren?

Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Sie haben also schon SPE-Steckverbinder entwickelt. Inwieweit bringt sich Weidmüller noch in das Thema SPE-Technologie ein?

Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Apropos Standards – wie ist hier der Stand der Dinge?

Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Abschließend noch ein Blick in die Zukunft: Wird es SPE in 20 Jahren noch geben oder überträgt die Industrie ihre Daten dann längst kontaktlos?

Seereiner: 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.

konstruktionspraxis: Vielen Dank Herr Seereiner.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht