Single Pair Ethernet SPE – ein Steckgesicht für alle Anwendungen

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Single Pair Ethernet ist auf dem Vormarsch in der Industriekommunikation. Die Übertragung von Ethernet-Signalen über lediglich ein Adernpaar ermöglicht eine kosteneffiziente und platzsparende Anbindung von Sensoren und ergänzt das Leistungsprofil des klassischen Ethernets.

Immer mehr Kommunikationsteilnehmer, immer schnellere und lückenlose Vernetzung: Das alles geht mit der Digitalisierung einher. Seit langem bewährt sich Ethernet bei der intelligenten Vernetzung von Geräten in unterschiedlichen Anwendungsfeldern. Künftig wird Single Pair Ethernet (SPE) serielle Feldbus-Kommunikationsprotokolle nicht mehr nur ergänzen, sondern sie vollständig ersetzen. Es ermöglicht eine IP-basierte Kommunikation bis hin zur Feldebene.

Neben der Datenübertragung unterstützt die Technologie auch die simultane Stromversorgung von Endgeräten über „Power over Data Line“ (PoDL). Damit eignet sich SPE für den Einsatz in IoT-Geräten, Sensoren, Steuerungen und andere Anwendungen, bei denen Effizienz, Kosten und einfache Anwendung im Vordergrund stehen.

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Bereits heute fällt in einer durchschnittlichen Fabrik etwa ein Terabyte Daten pro Tag an – Tendenz steigend. Für die effektive Auswertung von Daten ist eine kontinuierliche Kommunikation unabdingbar. Hier kann SPE für eine durchgängige Vernetzung vom Sensor bis zur Cloud sorgen. Auch angesichts von immer mehr Sensorik und intelligenter Endgeräte in Industrieanwendungen bietet SPE Vorteile bei der Verkabelung – einfach, sicher, kompakt und kosteneffektiv. Beim Aufbau von Infrastrukturen werden SPE-Lösungen künftig wesentlich günstiger sein als die heute üblichen Kombinationen von Bus- und Ethernet-Komponenten.

SPE-Durchgängigkeit von IP20 bis M12

Für Umgebungen mit IP20 und IEC 63171-5 für M8- und M12-Ausführungen in IP67 hat Phoenix Contact Steckverbinder für SPE gemäß der Norm IEC 63171-2 entwickelt. Das Sortiment erweitert sich ständig und konzentriert sich auf Querschnitte im Bereich von AWG 26 bis AWG 22. Diese Steckverbinder sind benutzerfreundlich gestaltet und stehen sowohl als Patch-Kabel als auch als frei konfektionierbare Varianten zur Verfügung. (Bild 2)

Die Steckverbinder erfüllen alle Anforderungen hinsichtlich Impedanz, Spannungsfestigkeit, Rückflussdämpfung und Kopplungsdämpfung, die in industriellen Umgebungen gefordert sind. Dank ihrer HF-Leistungsfähigkeit kann das Steckgesicht unabhängig von der Anwendung genutzt werden – sei es am Arbeitsplatz, in Rechenzentren in der Industrieverkabelung oder bis hin zur Cloud.

Design-in mit einheitlichem Steckgesicht

Die Steckverbinder in der Schutzart IP20 und IP65/67 gemäß der Normen IEC 63171-2 und -5 besitzen ein einheitliches Steckgesicht. Ein IP20-Patchkabel nach IEC 63171-2 passt ohne Adapter in einen M8- oder M12-Anschluss wie er in IEC 63171-5 beschrieben ist. Dies vereinfacht die Handhabung für Anwender und erleichtert sowohl Service- als auch Installationsarbeiten. Die robusten feldkonfektionierbaren IP20-Steckverbinder ermöglichen dank des IDC-Anschlusses eine einfache Konfektionierung, sogar direkt im Anlagenfeld.

Leitkongress zu Trends und Einsatz moderner Steckverbinder

Anwenderkongress Steckverbinder in Würzburg

Der Anwenderkongress Steckverbinder beleuchtet praxisorientiert technische Aspekte beim Design und Einsatz moderner Steckverbinder. In Praxis-Workshops vermitteln hochkarätige Experten elektrotechnische Grundlagen, spezifisches Knowhow und helfen bei der Auswahl des richtigen Steckverbinders.

Der Kongress ist eine in Europa einzigartige Veranstaltung, die sich den Themen rund um das Steckverbinder-Design, Design-in, Werkstoffe, Qualifizierung und Einsatz von Steckverbindern widmet.

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Dank standardisierter M8- und M12-Gehäuseverschraubungen lassen sich vorhandene Gehäuse weiter nutzen, was den Design-in-Prozess erheblich vereinfacht. Dies erleichtert den Übergang von bisherigen Ethernet- oder Bussystemen zum aktuellen Standard. Die Steckverbinder sind für Datenübertragungsraten bis in den Gigabit-Bereich geeignet und erfüllen auch die Anforderungen zukünftiger SPE-Standards. Dadurch setzt man in Blomberg starke Impulse für den Einsatz von SPE in Industrie-4.0-Umgebungen und vielen anderen Anwendungsbereichen.

Die Schirmung der Zukunft

Die steigenden Anforderungen an die Feldverkabelung erfordern fortlaufende Entwicklungen bei Steckverbindern, insbesondere im Bereich der Schirmanbindung. Die „Advanced Shielding Technology“ ist eine neuartige Schirmanbindung, die den traditionellen Zinkdruckguss für Crimp-Hülsen ablöst.

Eine Vorumspritzung mit Polyamid (PA) schützt die Einzeladern, sorgt für einen sicheren Halt des Kontaktträgers und dichtet den Steckverbinder gegen eindringende Feuchtigkeit ab. Die darauffolgende Metallumspritzung mit Spezialzinn umschließt die PA-Vorumspritzung und sorgt so für eine stoffschlüssige Verbindung des Schirmgeflechts mit dem Kopf des M8-/M12-Steckverbinders. Dadurch wird eine 360°-Schirmanbindung möglich.

Advanced Shielding Technology trägt dazu bei, M8-/M12-Steckverbinder weiter zu verbessern, indem sie Robustheit, Verfügbarkeit, Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit bei Überlastung bietet. Dies legt den Grundstein für die Verkabelung der Zukunft, die den Anforderungen von Industrie 4.0 und dem IoT gerecht wird. Diese Technik zeichnet sich durch optimierte EMV- und Übertragungseigenschaften aus. Dies macht sie zukunftsfähig und unterstützt die zunehmende Miniaturisierung in der Feld- und Geräteverkabelung.

M12 Hybrid – die Ergänzung zu PoDL

Ein großer Vorteil von Single Pair Ethernet (SPE) ist die Möglichkeit, sowohl die Energieversorgung der angeschlossenen Geräte als auch die Datenübertragung über dieselbe Leitung zu realisieren. Durch Power over Data Line (PoDL) werden Leistungen bis zu 52 W am Power Device (PD) bereitgestellt. Das ist besonders nützlich, um Sensoren auch unter beengten Verhältnissen mit Energie und einer Datenschnittstelle zu versorgen, ohne dass eine separate Zuleitung benötigt wird.

Mit der 52-W-Marke ist noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht: Die Phoenix Contact-Gruppe und TE Connectivity haben gemeinsam SPE-M12-Hybridsteckverbinder gemäß IEC 63171-7 weiterentwickelt. Die Norm, im Mai 2023 veröffentlicht, spezifiziert hybride Schnittstellen mit SPE- und Power-Kontakten im M12-Format, das von allen Marktbegleitern unterstützt wird. Sie umfasst sieben Kodierungen für verschiedene Anwendungen mit Leistungsklassen von 8 bis 16 A und von 50 bis 600 V. Der Fokus liegt zunächst auf der Kodierung 2 (2 x 8 A / 63 V DC).

Single Pair Ethernet: Die Möglichkeiten

SPE eröffnet völlig neue Möglichkeiten bei der Kommunikation von Maschine zu Maschine, da es intelligente Maschinen optimal vernetzen kann. Es ermöglicht wirtschaftliche Visualisierung und Optimierung von Prozessen über die gesamte Anlage hinweg, ohne Gateways oder verschiedene Kommunikationsarten. Besonders in der Robotik zeigt SPE seine Vorteile, da es flexible und platzsparende Verdrahtung mit schnellen Reaktionszeiten verbindet. SPE-M12-Hybridschnittstellen integrieren sich nahtlos in bestehende Ethernet-Infrastrukturen und bieten einfache Plug-and-Play-Verbindungen. Getrennte Pins für Daten- und Stromübertragung tragen zu höherer Leistung bei (Bild 2).

Die Profibus Nutzerorganisation (PNO) unterstützt das SPE-Steckgesicht der IEC 63171-7 für hybride Anwendungen: Die PNO-Richtlinie „PROFINET Cabling and Interconnection Technology – Guideline for PROFINET Version 5.3“ hat das hybride M12 Single Pair Ethernet gemäß der IEC 63171-7 als neues Steckgesicht für hybride Anwendungen festgelegt. Dies ist das erste Mal, dass eine Nutzerorganisation sich für ein SPE-Steckgesicht entschieden hat. Die veröffentlichte Guideline stellt PROFINET-Nutzern eine verlässliche Grundlage für die industrielle Verkabelung bereit.

Fazit: Komplettanbieter für Single Pair Ethernet

Phoenix Contact bietet ein umfassendes Spektrum an Verkabelungslösungen für Single Pair Ethernet (SPE) gemäß den Standards IEC 63171-2/5/7. Dieses Portfolio erstreckt sich von IP20 bis IP65/67. Das einheitliche Steckgesicht erleichtert die Integration. Mit der Einführung des neuen M12-Hybrid-Steckgesichts wird zudem ein neues Anwendungsgebiet in der Robotik erschlossen.

Ein breites Angebot an Steckverbindern ermöglicht den Zugang zu Single Pair Ethernet und ebnet den Weg für das Industrial Internet of Things (IIoT) in der Automatisierungstechnik. (kr)

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* Fabian Peper ist im Produktmarketing Industrial Field Connectivity bei Phoenix Contact in Blomberg tätig.

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