Single Pair Ethernet und Ethernet-APL
Mit Ethernet bis zum Sensor
Die industrielle Ethernet-Kommunikation erreicht die Feldebene. Zwei Technologien sind inzwischen anwendungsreif, die Ethernet-basierte Netzwerke bis unmittelbar zu Sensoren und Aktoren erweitern können: Single Pair Ethernet (SPE) und Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL).
Maßgeblich dafür sind Fortschritte bei der Standardisierung sowie eine zunehmende Verfügbarkeit entsprechender Komponenten am Markt. Damit entstehen erstmals die Voraussetzungen für eine durchgängige IP-Kommunikation über alle Ebenen der industriellen Automatisierung hinweg.
SPE verfolgt ein besonders schlankes Konzept für industrielle Kommunikationsinfrastrukturen. Die Technologie überträgt Daten und versorgt Endgeräte gleichzeitig mit Energie über nur ein einziges Adernpaar. Dadurch sinkt der Verkabelungsaufwand deutlich. SPE eignet sich daher vor allem für kompakte Geräte, Anwendungen mit begrenztem Bauraum und flexible Netzwerktopologien.
Lange Zeit hat jedoch die Vielzahl unterschiedlicher Steckgesichter eine breitere Markteinführung gebremst. Die Varianten der Normenreihe IEC 63171 waren untereinander nicht kompatibel und erschwerten sowohl die Entwicklung von Geräten als auch den Aufbau einheitlicher Infrastrukturen.
Inzwischen deutet sich jedoch eine entscheidende Entwicklung an. »SPE hat in den letzten Monaten wieder Drive bekommen«, sagt Ralf Moebus, Head of Product Management Industrial Communication bei Lapp. Hintergrund ist eine Entscheidung der Nutzerorganisation Profibus & Profinet International (PI/PNO), die sich mit ihren Mitgliedsunternehmen auf ein einheitliches Steckgesicht für SPE festgelegt hat. Als Grundlage für das neue Steckgesicht wurde der M12-Hybridsteckverbinder gemäß IEC 63171-7 definiert. Der Steckverbinder wurde ursprünglich für Anwendungen mit der hohen Schutzart IP67 konzipiert, soll aber künftig auch im IP20-Umfeld eingesetzt werden. Die Aufnahme in die Profinet-Planungsrichtlinien läuft bereits. Die Integration in die IEC-Normung als IEC 63171-7 Ed.2 ist weit fortgeschritten; die offizielle Veröffentlichung der Norm durch die IEC wird für 2027 erwartet.
»Mit dieser Standardisierung entsteht erstmals eine verlässliche Grundlage für Investitionsentscheidungen«, betont Ralf Moebus. »Einheitliche Schnittstellen erleichtern sowohl Herstellern als auch Anwendern die Planung und Entwicklung neuer Lösungen. Der festgelegte Steckverbinder schafft damit die Voraussetzung für eine breite Nutzung von SPE in der industriellen Automatisierung. Lapp begleitet diese Entwicklung aktiv.« Als Hersteller integrierter Lösungen und Markenprodukte im Bereich der Kabel- und Verbindungstechnik arbeitet das Unternehmen in zentralen Normungsgremien mit und stellt ein umfassendes Portfolio für SPE bereit. Dazu zählen Leitungen, Steckverbinder und Industrial-Ethernet-Switches. »Auf diese Weise trägt Lapp dazu bei, die Technologie in der industriellen Praxis zu etablieren«, stellt Ralf Moebus fest. Seit 2019 ist Lapp Mitglied im SPE Industrial Partner Network.
Neue Möglichkeiten für die Prozessindustrie mit Ethernet-APL
Als Lösung für die speziellen Anforderungen der Prozessindustrie entstand parallel zu SPE die Ethernet-APL-Technik. Auf der Basis von SPE erweitert Ethernet-APL die Technologie um intrinsische Sicherheit (gemäß IEC TS 60079-47) und ermöglicht Datenübertragungen mit bis zu 10 Mbit/s über Strecken bis 1000 m. Über dieselbe Leitung erfolgt gleichzeitig die Energieversorgung der Feldgeräte. In neuen Anlagen, sogenannten Greenfield-Projekten, wird Ethernet-APL bereits erfolgreich eingeplant. Geprüfte und freigegebene APL-Komponenten lassen sich hier von Anfang an einsetzen. Im Vergleich zu klassischen Systemen wie 4–20 mA/HART bietet Ethernet-APL deutliche Vorteile, und zwar trotz leicht erhöhter Anschaffungskosten: eine schnellere Amortisation durch bessere Fernwartungsmöglichkeiten sowie eine vereinfachte Planung. Die aufwändige Berechnung der Eigensicherheitsparameter entfällt durch den Einsatz von 2-WISE-konformen Feldgeräten und passiven Komponenten vollständig.
Im Brownfield sieht die Lage dagegen anders aus: Den strengen Anforderungen von Ethernet-APL hinsichtlich Kapazität, Induktivität und Schirmung werden die bestehenden Verkabelungsinfrastrukturen oft nicht gerecht. Es muss eine sorgfältige Qualifizierung der Bestandskabel mit speziellem Messequipment vorgenommen werden. Wenn die Parameter außerhalb der Toleranz liegen, sind reduzierte Übertragungslängen oder sogar eine vollständige Neuverkabelung notwendig.
Diesen Herausforderungen zum Trotz zeigt sich: Für die Prozessindustrie bietet Ethernet-APL eine zukunftsfähige Lösung, die langfristig eine durchgängige IP-Kommunikation bis in explosionsgefährdete Bereiche ermöglicht. »Das größere Thema für unsere Kunden ist aus unserer Erfahrung aktuell die Aufbereitung bestehender Verkabelung und nicht der Neuaufbau, denn es gibt viele Bestandsgebäude, die nachgerüstet werden«, erläutert Christian Illenseer, Product Manager Industrial Communication und Ethernet APL-Experte bei Lapp. »Für deren Prüfung bedarf es hochkomplexer Geräte, damit eine erfolgreiche APL-Kommunikation sichergestellt werden kann.«
Ganzheitliche Unterstützung für die Einführung von SPE und APL
Bei der Implementierung dieser neuen Technologien unterstützt Lapp Unternehmen mit einem umfassenden Portfolio:
• »Etherline T1«: Single-Pair-Ethernet-Leitungen für feste und flexible Anwendungen sowie große Distanzen.
• »Etherline T1L«: Speziell entwickelte Leitungen für Ethernet-APL, zertifiziert nach internationalen Normen und ausgelegt für hohe mechanische Belastbarkeit und einfaches Handling (Fast Connect).
Um die Integration von SPE und Ethernet-APL in bestehende und neue Anlagen optimal umzusetzen, bietet Lapp außerdem Schulungen, Planungsunterstützung und individuelle Beratung an, »zum Beispiel in unserem neuen Lapp Exploration Center am Standort in Stuttgart«, wie Ralf Moebus ausführt. »Hier haben wir die Möglichkeit, Kunden und Anwender an unseren Standort einzuladen und sie beispielsweise einen kompletten Tag lang zu den Themen SPE und APL zu schulen und uns auf fachlicher Ebene auszutauschen.«
Der Weg zur breiten industriellen Nutzung
Jetzt sind wichtige Voraussetzungen für den industriellen Einsatz der beiden Technologien geschaffen: die Entscheidung für ein einheitliches Steckgesicht bei SPE und die wachsende Verbreitung von Ethernet-APL in der Prozessindustrie. »Beide Ansätze ermöglichen Kommunikationsinfrastrukturen, die sich flexibel erweitern lassen und langfristig tragfähig sind«, sagt Ralf Moebus. »Unternehmen, die sich frühzeitig mit den beiden Technologien auseinandersetzen, können ihre Netzwerke entsprechend vorbereiten und sich damit strategische Vorteile sichern.«
Ralf Moebus und sein Team erwarten, dass sich die Entwicklung im Laufe des Jahres 2026 spürbar beschleunigt. Im Zuge dessen dürfte auch die Auswahl an Geräten und Infrastrukturkomponenten deutlich größer werden. Bereits heute registriert Ralf Moebus ein wachsendes Wissensbedürfnis in der Industrie: »Wir merken, dass sich die Anwender gerade informieren«, teilt er mit. »Maschinenbauer wollen genau wissen, wo und wie SPE eingesetzt wird – und dann steht Lapp mit umfassender Expertise zur Stelle. Unsere Kunden können die Technologie sofort implementieren.«
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