Industrielle Kommunikation Single Pair Ethernet ist längst reif für den Markt

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Nach der starken Resonanz auf den Messen des vergangenen Jahres sind die Experten von Weidmüller von Single Pair Ethernet überzeugt. Das entsprechende Hardwareangebot haben die Detmolder bereits im Programm.

Die zunehmende Verbreitung von Ethernet in der Industrie ist unaufhaltsam, wie aus einer Studie von HMS Industrial Networks hervorgeht. Im Jahr 2016 lief 64 Prozent der industriellen Kommunikation über Feldbusse, während nur 30 Prozent auf Ethernet basierten. Bis 2023 hat sich das Verhältnis umgekehrt: 65 Prozent nutzen Ethernet, während nur noch 30 Prozent auf Feldbussen basieren. Der Anteil von Wireless-Lösungen blieb konstant bei fünf Prozent. Die Studie veranschaulicht einen dramatischen Übergang von Feldbus- zu Ethernet- Kommunikation.

Simon Seereiner, Business Development Manager bei Weidmüller bestätigt diesen Trend aus eigener Erfahrung: «Die Sensorikhersteller auf Messen haben ein verstärktes Interesse an Single Pair Ethernet gezeigt. Die steigende Komplexität von Sensoren bei begrenztem Platzangebot macht ein System attraktiv, das Energie und Ethernetdaten über ein einziges Kabel bereitstellen kann. Auch Anlagenhersteller aus der Prozess- und Gebäudeindustrie sowie dem Bereich Factory und Maschinenbau zeigen grosses Interesse an der Implementierung von Single Pair Ethernet. Alle wollen jetzt endlich Single Pair Ethernet einsetzen.»

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SPE System Alliance und Sensorik

Das ist aber nicht der einzige Vorteil des Systems in der letzten Meile des Anlagenfeldes. Herkömmliche Feldbusse bieten oft nur geringe Bandbreiten im Kilobit-Bereich, während Single Pair Ethernet um Grössenanordnungen mehr leistet. Es bietet Reichweiten von bis zu 1000 m bei 10 Mbit und auf kürzeren Distanzen Übertragungsraten von bis zu 1 Gbit/s. Zudem ermöglicht es erhebliche Einsparungen, da Single Pair Ethernet ohne Gateways zwischen Maschinen, Steuerungen und einem konzernweiten IP-basierten Netz auskommt.

Single Pair Ethernet unterscheidet sich lediglich auf der physikalischen Ebene von herkömmlichem Industrial Ethernet und der IT-Welt. Alle darüberliegenden Schichten, einschliesslich Protokolle, Transporte und Applikationen bleiben unverändert. Das bedeutet einen direkten Draht vom Sensor bis zur Cloud, wofür Weidmüller die vollständige Infrastruktur liefert. Das Unternehmen ist auch als Gründungsmitglied in der Single Pair Ethernet System Alliance aktiv, einem Zusammenschluss führender Technologieunternehmen, um das Know-how im Bereich Single Pair Ethernet zu bündeln und diese Technologie für das Industrial IoT und andere Anwendungsbereiche voranzutreiben.

SPE und seine unterschiedlichen Stecker

Eine nahtlose und direkte Anbindung an IIoT-Sensordaten ohne spezielle Gateways und Protokollübersetzungen ist essenziell für die Maschinendigitalisierung. Dieser Ansatz erleichtert den Zugriff auf sensorbasierte Informationen, etwa für Umweltmessungen oder Zustandsüberwachung. Dank Ethernet kann das Sensordesign von verschiedenen Vorteilen profitieren, darunter der Betrieb von Webservern für die Parametrierung, die Unterstützung von Informationsservern wie OPC Unified Architecture (OPC UA), MQ Telemetry (MQTT) oder JSON REST APIs, das Netzwerkmanagement wie das Simple Network Management Protocol (SNMP) und Standard-Sicherheitsmechanismen. Zusätzlich lassen sich zeitkritische Netzwerkfunktionen für Anwendungen mit geringer Latenzzeit realisieren. Sensoren werden darauf ausgelegt sein, diese Dienste autonom am Netzwerkrand auszuführen. In Anwendungen wie kleinen elektronischen Montagemaschinen oder Schaltschränken, wo eine Minimierung der Sensorzahl bei gleichzeitig voller Kommunikationsfähigkeit erforderlich ist, ermöglicht die Verwendung von SPE anstelle von Standard-Ethernet eine platzsparende Konstruktion. Durch Power over Data Line (PoDL) kann die Stromversorgung über zwei Drähte mit einem kompakten Stecker realisiert werden. Diese kompakten Steckverbinder bieten die Möglichkeit, das Design von Sensorgehäusen zu optimieren und den Montageplatzbedarf zu minimieren.

OT-Konnektivität

Industrial Security mit Palo Alto Networks

Im industriellen Gerätebau ermöglichen kleine Steckverbinder signifikante Platzersparnisse. Die hochkompakten SPE-Steckverbinder benötigen nur die Hälfte des Bauraums eines RJ45, was eine Verdopplung der Portdichte ermöglicht. Dies führt zu einer deutlichen Senkung der Kosten pro Ethernet-Anschluss bei gleichbleibenden Gehäuseabmessungen. In Anwendungen wie Fördertechnik oder Containerkranen, wo Sensoren über grosse Distanzen verbunden werden müssen, bietet SPE mit 10BASE-T1L und PoDL-Stromversorgung eine robuste Kommunikationslösung ohne teure Extender oder Repeater. Für Situationen, in denen der Stromverbrauch die PoDL-Fähigkeit übersteigt, ist eine hybride SPE-Verbindung die optimale Einkabellösung. In ATEX-Umgebungen, in denen eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation über grosse Entfernungen mit Sicherheitsabdeckung erforderlich ist, bietet APL eine zuverlässige 10-Mbit-Ethernet-Kommunikation. Sensoren können so konzipiert werden, dass sie leistungsstarke Datendienste für Diagnose und Überwachung bereitstellen, einschliesslich schneller Software-Updates im Falle von Sicherheitsproblemen.

Integrative Netzwerktechnologie

Sicherheit und Konnektivität in der Automatisierung

Verbesserte Sicherheit, geringerer Übergangswiderstand

Der RJ45 ist ein etablierter Steckverbinder in der Kommunikationstechnik, jedoch nicht optimal für industrielle Anwendungen, da er nur einseitig kontaktiert wird und unter extremen Bedingungen Kontaktprobleme auftreten können. Industrielle SPE-Steckverbinder nach IEC 63171 bieten verbesserte Sicherheit, geringeren Übergangswiderstand, Vibrationsfestigkeit und verbessertes Ziehverhalten unter Last dank beidseitiger elektrischer Kontakte zum Beispiel dem Tulpenkontakt. SPE bietet grundlegende Vorteile, wie leichtere Installation, kleinere Kabeldurchmesser, flexible Kabel und geringeres Gewicht, besonders auf Sensor-/Aktorebene, was zu einer zunehmenden Verbreitung von SPE in der Industrie führen wird.

Schutz von IT-Infrastruktur

Die drei grossen Bedrohungen der Cybersicherheit 2024

Umfangreiches Steckverbinder-Portfolio

Weidmüller bietet ein umfassendes Portfolio an Steckverbindern für Vor-Ort-Montage sowie fertige Patchkabel und Geräteanschlusstechnik für verschiedenen Anwendungen im Anlagenfeld in den Schutzarten IP20 und IP67. Die Steckverbinder gemäss IEC 63171-2/-5 weisen das derzeit kleinste Steckgesicht auf, nur 20 Prozent des Volumens einer RJ45-Buchse. Sie sind kompatibel mit standardisierten M8-Gehäusen und -Steckverbindern die auch zum beispiel bei IO-Link oder Profinet genutzt werden. Das System bietet volle Kompatibilität zwischen IP20 und IP67. Switche werden dieses Jahr das Weidmüller-Portfolio ergänzen, darunter ein reiner Datenswitch mit sieben Ports und SFP-Modul sowie eine Version mit vier Ports und PoDL (Power over Data Line), die eine Energieversorgung von bis zu 50W ermöglicht. Simon Seereiner betont die Marktreife von SPE und ist sich sicher: «Single Pair Ethernet erreicht 2024 die Marktreife und Weidmüller spielt dabei eine wichtige Rolle. Wir haben Kabel, Stecker und demnächst auch Switche. Damit sind wir die Geburtshelfer für eine Technologie, die deutliche Vorteile für die Kommunikationsarchitektur in der Fabrik der Zukunft bringt. Unseren Kunden kann ich nur empfehlen: Fang jetzt an, dein Wettbewerber ist schon dabei. Lieber Early Adopter sein, als diese Entwicklung zu verpassen.»