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Single Pair Ethernet

Zwölf Partner gründen SPE System Alliance

22. April 2020, 09:04 Uhr   |  Gerhard Stelzer

Zwölf Partner gründen SPE System Alliance
© SPE Alliance

Die Technologiepartnerschaft der Unternehmen Phoenix Contact, Weidmüller, Reichle & De-Massari (R&M), Fluke Networks sowie Telegärtner für das Single Pair Ethernet (SPE) hat sich zu einer SPE System Alliance entwickelt.

Zwölf Hersteller von Kabeln, Steckverbindern und Sensorik haben sich zur »SPE System Alliance« zusammengeschlossen, um die Verbreitung von Single Pair Ethernet voranzutreiben. Das Bündnis steht auch weiteren potenziellen Partnern offen.

Die Technologiepartnerschaft der Unternehmen Phoenix Contact, Weidmüller, Reichle & De-Massari (R&M), Fluke Networks sowie Telegärtner für das Single Pair Ethernet (SPE) hat sich zu einer SPE System Alliance entwickelt. In dieser Gruppe haben sich Hersteller aus verschiedenen Branchen und Anwendungsbereichen zusammengeschlossen, um ihr SPE-Know-how zu bündeln und zielorientiert auszutauschen. Die Partner der System Alliance verfolgen das Ziel, SPE für das »Industrial Internet of Things« (IIoT) weiter voran zu treiben. Der System Alliance sind jetzt auch Dätwyler, Kyland, Microchip Technology, Rosenberger, Sick, O-Ring, Draka/Prysmian Group und University4Industry beigetreten.
Das Netzwerk dient der Zusammenarbeit im Hinblick auf technische Herausforderungen bei der Umsetzung von SPE in IIoT-Anwendungen. Die Unternehmen haben das Ziel, den eigenen Know-how-Aufbau für die SPE-Technologie zu beschleunigen und darüber eine schnellere und zuverlässigere Implementierung in Produkte zu ermöglichen.
Durch die Ausgestaltung als branchen- und applikationsübergreifende Austauschplattform kommen Unternehmen aus allen zukünftigen SPE-Ökosystemen zusammen. Der Blick ist dabei nicht auf Einzelaspekte wie die Anschlusstechnik fokussiert. Es geht um Fragestellungen und Herausforderungen, die im Zusammenhang mit SPE bei vielen Marktteilnehmern nach wie vor bestehen. Regelaustauschformate und gemeinsame Projektaktivitäten bieten Raum für enge Kooperationen. Die Mitglieder arbeiten bereits in ersten Untergruppen zusammen, unter anderem in den Bereichen der Anschlusstechnik, Normung, Beschreibung von SPE-Anwendungsfällen oder auch bei Kabellösungen. Durch die breite Aufstellung der SPE System Alliance wird eine Vielzahl von Anwendungsfällen und Applikationsfeldern bereits abgedeckt.

SPE in Automotive

In den heutigen Fahrzeuggenerationen halten Ethernet-Systeme zunehmend Einzug. Durch die Vernetzung von Steuergeräten und Sensoren lassen sich weitere Funktionen in den Bereichen Fahrerassistenzsysteme, wie LiDAR, hochauflösende Displays, autonomes Fahren, 4K-Kameras und Infotainment realisieren.
Die Entwicklung des automobilen Ethernets hat zu zwei IEEE-Standards geführt: 100BASE-T1 (100 Mbit/s basierend auf BroadR-Reach-Technik) sowie 1000BASE-T1 (1 Gbit/s). Aus den Anforderungen an den Gesamtkanal wurden Grenzwerte für die Steckverbinder und Kabel sowie damit einhergehende Messverfahren definiert. Das Partnerunternehmen Rosenberger beteiligte sich federführend an der Standardisierung in beiden Gremien in den Bereichen Automotive-Steckverbinder-Design, Signalintegrität und EMV.

SPE für die Gebäudeautomatisierung

Smarte Gebäude und Fabriken lassen sich durch das Internet of Things (IoT) einfacher und günstiger realisieren. Mit dem Internet-Protokoll(IP) werden LED-Lampen, Schalter, Sensoren, Thermostate, Maschinensteuerungen oder Motoren für Jalousien über das lokale Datennetz und die Cloud mit dem Gebäudemanagementsystem verbunden. Anwendungsspezifische Feldbus-Systeme entfallen und damit auch Gateways, komplexe Schnittstellen und unterschiedliche Protokolle. Mit der strukturierten Deckenverkabelung (Digital Ceiling) lässt sich die intelligente Gebäudeautomation nahtlos per IP vereinen. Das vereinfacht Installation, Wartung und Netzwerkmanagement. Hohe Datenraten werden meist nicht benötigt, dafür eine hohe Anschlussdichte. SPE wird als ideale Ergänzung zur strukturierten Deckenverkabelung angesehen. Die existierende Verkabelung kann einfach mit SPE erweitert werden, um eine höhere Anschlussdichte für Geräte zu erreichen. R&M und Telegärtner bieten Lösungen für die strukturierte Deckenverkabelung an und können aufzeigen, wie sich SPE in eine solche Lösung integrieren lässt.

SPE in der passiven Industrieverkabelung

SPE bietet die durchgängige IP-Kommunikation von der Feld- bis in die Unternehmensebene und damit vom Sensor bis in die Cloud. Als Alternative zu den heutigen Feldbussen wird die Technologie die industrielle Datenübertragung revolutionieren. Die Grundlage für die barrierefreie Vernetzung verschiedener Komponenten und Geräte bilden normierte Steckgesichter. Phoenix Contact, Weidmüller, R&M, Rosenberger und Telegärtner entwickeln kompakte Geräte- und Kabelsteckverbinder nach den normierten und vollständig kompatiblen Schnittstellen nach IEC 63171-2 (IP20) und 63171-5 (IP67). Das Steckgesicht kann in alle marktgängigen und normierten Steckervarianten (M8/M12) integriert werden und erlaubt durch hohe Packungsdichte und geringen Platzbedarf eine effiziente und zukunftssichere Verkabelung.

SPE in der Sensorik

Sensoren als intelligente Datenlieferanten werden neben der klassischen Automatisierungstechnik heute immer mehr über Ethernet-Netzwerke in IIoT-Applikationen eingebunden. Durch die mit SPE einhergehende Miniaturisierung der Anschlusstechnik können auch kleinere und kompakte Sensoren an Ethernet-Netzwerke angeschlossen werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Kombination von SPE mit der Energieeinspeisung über die Datenleitungen. Zusätzliche Steckverbindungen zur Spannungsversorgung können hierbei entfallen. Der Einsatz von SPE als Standardschnittstelle ermöglicht es den Geräteherstellern zudem, ein schlankes Geräteportfolio mit weniger Varianten anzubieten. Sensoren in einer Maschine oder Anlage lassen sich einfacher verkabeln und reduzieren beim Anwender den Installationsaufwand.

SPE Kabel und Leitungen

In den Anwendungsgebieten von SPE werden die Übertragungskanäle aus verschiedenen Kabeln und einer unterschiedlichen Anzahl von Steckverbindungen erstellt. Während die Übertragungskanäle mit den Übertragungsparametern wie Bandbreite, Dämpfung, Rückflussdämpfung und Schirmungsmaß in den Systemnormen festgelegt werden (beispielsweise ISO/IEC Normenreihe 11801), müssen Steckverbinder und Kabel angepasst an den jeweiligen Kanal zugeschnitten werden.
Führend sind hier die Arbeiten im Komitee IEC46C. Kabel mit 20 MHz Bandbreite für die feste Verlegung und Anschlussleitungen passend zu den 10BaseT1-Kanälen sowie Kabel mit 600 MHz Bandbreite für 100BaseT1 und 1000BaseT1 stehen zur Verfügung (Normenreihe IEC 61156-11 und folgende).
Ein Vorteil von SPE ist die gleichzeitige Übertragung von Signalen und von Leistung auf der 1-paarigen Leitung, etwa vom Switch zum Sensor. In der Gebäudeverkabelung als »Power over Ethernet« (PoE) bekannt wird bei SPE die 1-paarige Leitung als PoDL (Power over Data Line) benannt. Abgestimmt auf die Querschnitte und Kanallängen sind mit PoDL Leistungen bis etwa 15 W übertragbar.
Aus den unterschiedlichen Umgebungsbedingungen in der Industrie und im Gebäude ergeben sich Anforderungen an die mechanische, chemische, thermische, brandtechnische oder auch elektromagnetische Widerstandsfähigkeit. Dätwyler und die Draka Prysmian Group sind hier die Systempartner, die ihre Erfahrungen einbringen.

Online-Bildung für SPE

Ethernet allgemein, und SPE im Besonderen, spielen eine zentrale Rolle für die Etablierung des Industrial Internet of Things. Häufig wird bei der Einführung einer solchen Technologie jedoch der Weiterbildungsbedarf der Mitarbeiter nicht berücksichtigt. Hier hilft »University4Industry« mit Online-Lerninhalten aus verschiedenen Bereichen des IIoT weiter, beispielsweise zum Thema Ethernet-APL.
Die SPE System Alliance ist eine offene Plattform für Unternehmen, die die SPE-Technik weiter im Markt voranbringen wollen. Details und Möglichkeiten mit der System Alliance in Kontakt zu treten, bestehen auf der Webseite .

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