Moderne Systeme wie das Internet of Things oder auch das industrielle Pendant IIoT wachsen stetig – im Streben nach mehr Leistungsfähigkeit, vernetzten Anwendungen und optimierter Effizienz. Kommunikation inkl. der zugehörigen technischen Infrastruktur kommt dabei eine entscheidende Bedeutung zu. Mit dem Ethernet etablierte sich bereits seit Jahrzehnten eine Technik für die Verbindung von Datennetzen und die Anbindung von Geräten. Doch mit SPE wurde eine Technik entwickelt, die auf die Anforderung heutiger Einsatzgebiete optimiert ist. Deren Eigenschaften bieten einen echten Mehrwert für moderne Kommunikationsinfrastrukturen. Phoenix Contact hält dazu mit seinem umfassenden Produktportfolio die technischen Lösungen und die branchenübergreifende Expertise bereit.
Ethernet vs. Single Pair Ethernet
Ethernet-Lösungen, so wie sie bislang in unterschiedlichen Industrien genutzt werden, erfordern traditionell zwei bzw. bei Gigabit-Ethernet und höheren Datenübertragungsraten sogar vier Adernpaare. SPE dagegen reicht ein Adernpaar – und es kann damit sogar Daten und Leistung übertragen. Die möglichen Übertragungsraten reichen dabei von 10MBit/s bei einer maximalen Übertragungslänge von 1.000m bis hin zu 1GBit/s bei maximal 40m. Damit sind sogar anspruchsvolle Aufgaben beim Einsatz von vernetzter Sensorik mit Scannern oder Kameras realisierbar. Viele Anwendungsfälle, die bislang aufgrund der erforderlichen Datenraten, Reichweiten und nahtloser Kommunikation an die Grenzen der technischen bzw. wirtschaftlichen Umsetzbarkeit stießen, können nun dank SPE Realität werden.
Übertragungen bis zu 1000m
Sollten bislang Punkt-zu-Punkt-Verbindungen z.B. bei Fließ- und Förderbändern mit Distanzen größer als 100m realisiert werden, kamen herkömmliche Standard-Ethernet-Lösungen an ihre Grenzen. Mit Repeatern oder Switches, die eingesetzt wurden, um die limitierte Reichweite zu erweitern, holte man sich aber potenzielle Fehlerquellen ins System und erhöhte den Wartungsbedarf. Steigt die Zahl der Schnittstellen, so steigt die Anfälligkeit für Störungen. Mit der SPE-Technologie können hingegen Entfernungen bis zu 1000m bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 10MBit/s realisiert werden – ohne zusätzliche Geräte. Optional können die verbundenen Geräte zudem die Power over Data Line (PoDL)-Technologie nutzen. Aktuell noch eingesetzte Feldbustechnologien sind so zukünftig durch SPE-Lösungen mit Datenraten bis 10MBit/s ersetzbar. SPE eignet sich dabei auch für komplexe Netzwerktopologien. Über Gateways lassen sich Verbindungen zu unterschiedlichen Systemen aufbauen und mit einheitlichen Ethernet-Diensten betreiben. Unterschiedliche Anwendungen können in der Praxis umgesetzt werden. Aktuell wird in den IEEE802.3-Konsortien SPE-Standards mit erweiterten Leistungsrahmen diskutiert. So könnten auch höhere Datenraten mit 10GBit/s und mehr für kurze Distanzen (IEEE802.3cg zusammen mit dem IECTS 60079-47, 2021-03 (2-WISE) Standard (2-WISE = 2-Wire Intrinsically Safe Ethernet) verwendet. So sind Methoden des Explosionsschutzes inklusive der Eigensicherheit sichergestellt.
Mit dieser Technologie können auch große Distanzen (Trunk-Länge bis 1000m, Spurs bis 200m) überbrückt werden. Zudem stellt die Interoperabilität von Geräten und Systemen verschiedener Hersteller kein Problem dar. So lassen sich zahlreiche Zusatzdaten z.B. für Maßnahmen wie Predictive Maintenance erfassen und analysieren. Für Industrien wie aus dem Öl-, Gas- und Chemiesektor bieten sich mit APL zahlreiche Vorteile. Es lassen sich dadurch sichere und effiziente Netzwerke planen, die zukunftssicher sind. Aber es können mit dieser Technik auch bestehende Anlagen unter Einbindung vorhandener Verkabelungen und Ethernet-Protokolle wie Ethernet/IP, HART-IP, OPC UA und Profinet kostengünstig modernisiert werden.
Reichweitenvorteile für den Energiesektor
Aber auch im Bereich regenerativer Energien spielt SPE seine Stärken aus. Diese Energiequellen unterliegen Schwankungen und erfordern einem smarten Umgang mit Energie und Netzen. Intelligentem Datenmanagement kommt dementsprechend eine hohe Bedeutung zu. Ob bei Windenergie- oder Photovoltaikanlagen, die erzeugte Energie muss zu jeder Zeit gemessen und intelligent ins Energienetz eingespeist werden. Dabei stellen sich besondere Anforderungen. Von der Gondel bis zum Boden sind z.B. bei modernen Windenergieanlagen oft über 100m zu überbrücken. Mit üblichen kupferbasierten Ethernet-Verbindungen ist diese Distanz nicht möglich. Betreiber weichen heutzutage daher noch auf Glasfaser- oder drahtlose Lösungen aus. Auch in Solarparks oder bei ‚Power to Grid/Gas‘-Anlagen kommen Entfernungen von mehr als 100m vor; durch seine erhöhte Reichweite punktet SPE hier ebenfalls.
