Definition Was ist eigentlich Single Pair Ethernet (SPE)?

Single Pair Ethernet bezeichnet ein Ethernet-Übertragungsprotokoll zur Datenübertragung über ein zweiadriges Kupferkabel. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche, durchgängige Nutzung von Ethernet in der industriellen Automatisierung. Was hinter der Technologie steckt.

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Single Pair Ethernet steht für die Ethernet-Übertragung über eine Kupferleitung mit nur noch einem Adernpaar. Was in der Automobilindustrie schon lange Standard ist und für Bordnetze genutzt wird, erhält nun auch Einzug in die industrielle Automatisierung.

Warum SPE für die industrielle Automatisierung?

Dort lassen sich dank der schlanken Verkabelung nun sämtliche Feldgeräte und die Sensor-/Aktortechnik an die Ethernetkommunikation anschließen, was diese nun durchgängig von Cloud bis Feldebene ermöglicht. Dank Single Pair Ethernet ist dies erstmals wirtschaftlich umsetzbar. Bisher war die Feldebene klassisch über verschiedene BUS-Systeme an die Kommunikationsnetzwerke angebunden, da die übliche Ethernetverkabelung für die vielen Geräte und komplexen Verzweigungen dort zu teuer, zu groß und zu aufwändig gewesen wäre. Da aber der Bedarf an leistungsfähiger Kommunikationsinfrastruktur durch den immensen Datenfluss immer mehr zunimmt, reichen BUS-Systeme oft nicht mehr aus.

Single-Pair-Ethernet-Komponenten sind leicht und kompakt aber leistungsstark und somit eine optimale Ergänzung der bestehenden Ethernet-Infrastruktur.

Datenübertragung und Spannungsversorgung in Einem

Zudem sind SPE-Komponenten mit der sogenannten PoDL-Technologie ausgestattet – also Power over Data Line. Das bedeutet, dass neben der Datenübertragung via Ethernet auch gleichzeitig die Spannungsversorgung der Endgeräte über diese eine SPE-Leitung möglich ist, was zusätzlich Platz und Kosten in der Feldverkabelung spart.

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Was Single Pair Ethernet für die Industrie bedeutet

Ethernet mit TCP/IP und TSN (Time Sensitive Network) ermöglichen eine echtzeitfähige Datenübertragung mit deutlich höheren Datenübertragungsraten als BUS-Systeme es ermöglichen können. Dies ist mit SPE nun auch jegliche Sensoren in der Feldebene möglich, beispielsweise für Erkennungs- und Positioniersysteme. Jeder einzelne Sensor kann einheitlich an das Internet angeschlossen werden. So wird die gesamte Feldebene durchgängig smart.

Einheitliche SPE-Standards und Normen

Unterschiedliche Standards und Normen regeln alles rund um die SPE-Technologie von den Schnittstellen über die Verkabelung bis zu den technischen Rahmenbedingungen der Ethernetübertragung. Hier ein Überblick:

• IEC 63171-6 – der Industriestandard für SPE-Interfaces: Der Standard wurde Anfang Januar 2020 veröffentlicht. Er gilt als erster weltweit beschlossener Standard für SPE-Verbindungen in industriellen Anwendungen.

• ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG3 & TIA42 für SPE-Verkabelung: Die Normen liefern Informationen über die Struktur der Verkabelung, der einzusetzenden Verkabelungskomponenten bzgl. der Leistungsvorgaben sowie Grenzwerte zur Überprüfung der Verkabelung. Zudem stellen sie über die Referenzen zu den Komponentenstandards die Kompatibilität zwischen Geräten und Verkabelung sicher.

• Anfang 2018 haben ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 und TIA42 internationale Auswahlprozesse zur Festlegung einheitlicher Schnittstellen gestartet, aus denen u.a. die IEC 63171-6 entstanden ist.

• IEEE 802.3 - diese Ethernet-Protokoll-Standards definieren die technischen Rahmenbedingen für die Ethernetübertragung über ein Adernpaar. Das ist wichtig, denn ohne ein einheitliches Protokoll wären offene Standard nicht möglich. Bezüglich der Standards zu SPE-Interfaces schließt sich IEEE802.3 den Empfehlungen der o.g. Verkabelungsnormen an.

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