SPE System Alliance Neue Partnerschaft für Single Pair Ethernet

Die Partner der SPE System Alliance verfolgen das Ziel, Single Pair Ethernet für das Industrial Internet of Things (IIoT) weiter voranzutreiben und in angrenzende Bereiche einzuführen. Der Allianz sind jetzt auch Dätwyler, Kyland, Microchip, Rosenberger, Sick, O-Ring, Draka/Prysmian und University4Industry beigetreten.

Synergien in der SPE System Alliance

Das Netzwerk dient der Zusammenarbeit an technologischen 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 ihre Produkte schneller und zuverlässiger implementieren zu können.

Durch die Ausrichtung zu einer 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 sollen Raum für enge Kooperationen schaffen. Die Mitglieder arbeiten bereits in ersten Subcommunities zusammen, unter anderem in den Bereichen der Anschlusstechnik, Normung, SPE-Use-Case-Beschreibung oder auch für Kabellösungen.

Anwendungsfelder in der Übersicht

Durch die breite Aufstellung der SPE System Alliance werden folgende Anwendungsfälle und Applikationsfelder abgedeckt:

SPE im Bereich Automotive
In den heutigen Fahrzeuggenerationen werden Ethernet-Systeme in wachsendem Maße verbaut. Durch die Vernetzung von Steuergeräten und Sensoren lassen sich weitere Innovationen 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-Technologie) 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 Building Automation
Smarte Gebäude und Fabriken lassen sich durch das Internet of Things einfacher und günstiger realisieren. Mit dem IP-Protokoll 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 via IP vereinen. Das vereinfacht Installation, Wartung und Netzwerkmanagement. Hohe Datenraten werden meist nicht benötigt, dafür aber eine hohe Anschlussdichte. SPE wird als ideale Ergänzung zur strukturierten Deckenverkabelung angesehen. So lässt sich die existierende Verkabelung einfach mit SPE erweitern, 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 soll die Technologie die industrielle Datenübertragung revolutionieren. Die Grundlage für die barrierefreie Vernetzung verschiedener Komponenten und Geräte bilden dabei normierte Steckgesichter.

Phoenix Contact, Weidmüller, Reichle & De Massari, Rosenberger und Telegärtner entwickeln Geräte- und Kabelsteckverbinder nach den normierten und vollständig kompatiblen Schnittstellen nach IEC 63171-2 (IP20) und 63171-5 (IP67). Das Steckgesicht lässt sich in alle marktgängigen und normierten Steckervarianten (M8/M12) integrieren und soll durch seine hohe Packungsdichte und geringen Platzbedarf eine effiziente und zukunftssichere Verkabelung erlauben.

SPE in der Sensorik
Sensoren als intelligente Datenlieferanten werden neben der klassischen Automatisierungstechnik 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. Geräteherstellern können mit SPE zudem ein schlankes Geräteportfolio mit weniger Varianten anzubieten. Sensoren in einer Maschine oder Anlage lassen sich einfacher verkabeln und reduzieren beim Anwender Installationsaufwände.

SPE-Kabel und -Leitungen
In den Anwendungsbereichen 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 sind (zum Beispiel in der 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 einpaarigen Leitung, etwa vom Switch zum Sensor. In der Gebäudeverkabelung als PoE bekannt wird sie bei SPE als PoDL (Power over Data Line) bezeichnet. Abgestimmt auf die Querschnitte und Kanallängen sind mit PoDL Leistungen bis circa 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. Datwyler und die Draka-Prysmian-Gruppe sind hier die Systempartner, die ihre Erfahrungen einbringen.

Online-Bildung für SPE
Ethernet allgemein und SPE im Besonderen spielen eine zentrale Rolle für das IIoT. 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.

Details und Möglichkeiten, mit der SPE System Alliance in Kontakt zu treten, finden sich auf der Website des Netzwerks.