Vernetzte Sensorik Wie Jumo und Phoenix Contact mit SPE die Feldebene erschließen

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Wie kommen mehr Sensordaten effizient in die Steuerung, ohne zusätzliches Gateway und mit nur zwei Adern? Jumo und Phoenix Contact zeigen, wie Single Pair Ethernet Kommunikation auf der Feldebene neu denkt.

Am Anfang stand eine einfache, aber grundlegende Beobachtung in der Praxis: Die bestehenden Sensorleitungen lieferten zwar Messwerte, aber eben nicht mehr. Für Manfred Walter, Produktmanager bei Jumo, reichte das längst nicht mehr aus. Moderne Produktionsumgebungen verlangen nach mehr Transparenz, nach Kontextdaten, nach intelligenten Sensoren, die nicht nur ein simples Analogsignal, sondern vielseitige digitale Informationen übertragen. Produktmanager Walter stand also vor der Herausforderung, wie aus den Sensoren mehr herauszuholen war, ohne die Infrastruktur komplett umzukrempeln.

Die klassische 4-20-mA-Technik erwies sich als Engpass. Zwar etabliert, aber in Sachen Datenrate und Integration in digitale Systeme nicht mehr zeitgemäß. Die Suche nach einer Lösung führte schnell zu Single Pair Ethernet – kurz SPE. Ein Kommunikationsprotokoll, das nicht nur Daten, sondern auch Energie über zwei Adern überträgt und dabei Ethernet-kompatibel bleibt. Doch damit war die technische Lösung nur zur Hälfte gefunden. Es fehlte die passende Verbindungstechnik, die zugleich robust, hygienisch und für lange Distanzen geeignet war.

Hier kam Phoenix Contact ins Spiel. Bei einem gemeinsamen Projekt kristallisierte sich schnell heraus, dass beide Unternehmen voneinander profitieren konnten: Jumo mit seinem Bedarf an smarter Sensorik, Phoenix Contact mit seiner Erfahrung im Bereich industrieller Steckverbindungen. Aus der Zusammenarbeit entstand eine praxisnahe SPE-Lösung, die den Weg zu einem konvergenten Netzwerk ebnet, welches das Fundament für durchgängige Kommunikation in anspruchsvollen Industrieumgebungen legte.

Warum SPE jetzt relevant wird

In der industriellen Kommunikation stoßen klassische Schnittstellen zunehmend an ihre Grenzen. Sensoren sollen nicht nur Daten liefern, sondern auch Informationen über ihren Zustand, ihre Umgebung und mögliche Wartungsbedarfe bereitstellen. Diese Anforderungen lassen sich mit etablierten analogen Übertragungsverfahren wie der 4-20-mA-Technik oder mit einfachen digitalen Protokollen kaum noch erfüllen.

Single Pair Ethernet (SPE) bringt hier einen grundlegenden Wandel: Mit nur zwei Adern lassen sich Daten und Energie zugleich übertragen – und das auf Ethernet-Basis. Damit rückt eine durchgängige, medienbruchfreie Kommunikation bis in die Feldebene in greifbare Nähe. Gerade auf den letzten Metern zwischen Sensor und Steuerung, also dort, wo heute noch häufig proprietäre oder analoge Systeme dominieren, zeigt SPE seine Stärke.

Für Anwender in der Automatisierungstechnik bedeutet das: Weniger Verkabelung, einfachere Integration, standardisierte Infrastruktur und eine neue Qualität an Transparenz und Effizienz. SPE hat die Chance, die Lücke zwischen klassischen Feldbussystemen und moderner IT-Welt zu schließen.

Der Anwendungsfall: Jumo setzt auf SPE mit Phoenix Contact

Bei Jumo fiel die Entscheidung für Single Pair Ethernet nicht aus einem technischen Selbstzweck, sondern aus der konkreten Anforderung heraus, mehr Daten aus der Sensorik nutzbar zu machen. Sensoren wie der hydroTRANS S20 von Jumo liefern Informationen zu Temperatur, Feuchte und CO₂ – ideal für Anwendungen in sensiblen Lagerräumen oder im Bereich der Arbeitssicherheit. Doch erst mit SPE lassen sich diese Daten effizient und durchgängig bis in übergeordnete Systeme übertragen.

Phoenix Contact steuerte dazu die passende Verbindungstechnik bei: ein M12-Steckverbinder, der robust genug für industrielle Umgebungen ist und zugleich die Anforderungen an Hygiene erfüllt, etwa für den Einsatz in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. In Kombination mit SPE ermöglicht die Lösung nicht nur eine stabile Datenverbindung über bis zu 1000 Meter, sondern auch die gleichzeitige Energieversorgung über Power over Data Line (PoDL).

Neben dem hydroTRANS S20 sind auch Durchflusssensoren wie der flowTRANS MAG H20 oder der Drucksensor DELOS S02 an das neue Kommunikationskonzept angebunden. Die Integration der SPE-Verbindung macht dabei die Installation einfacher: Einstecken, anschließen, betriebsbereit – ganz ohne zusätzliche Gateways oder Schnittstellenprogrammierung. So wird der Sensor zur aktiven Komponente im Ethernet-basierten Automatisierungsnetz.

Technischer Hintergrund: Was SPE auszeichnet

Single Pair Ethernet setzt auf ein einfaches physikalisches Prinzip: Zwei Adern genügen, um sowohl Daten als auch Energie zu übertragen. Möglich macht das PoDL – Power over Data Line (IEEE 802.3cg). Dabei erfolgt die Versorgung der angeschlossenen Geräte über dieselbe Leitung, auf der auch die Kommunikation läuft. Das reduziert nicht nur den Verkabelungsaufwand, sondern ermöglicht auch kompaktere Bauformen.

Im Vergleich zu etablierten Technologien wie IO-Link bringt SPE entscheidende Vorteile. IO-Link erlaubt eine maximale Leitungslänge von rund 20 Metern und eine Datenrate von bis zu 230,4 kbit/s. SPE hingegen überträgt mit bis zu 10 Mbit/s auf Distanzen von bis zu 1000 Metern. Damit ist die Technologie nicht nur deutlich leistungsfähiger, sondern auch wesentlich flexibler im Hinblick auf die Anlagenarchitektur.

Ein weiterer Pluspunkt: Die Kommunikation erfolgt vollständig auf Basis von Ethernet-Protokollen. Das bedeutet, dass kein Medienbruch zwischen Sensorik und IT-Systemen entsteht. SPE integriert sich nahtlos in bestehende Netzwerke – von der Feldebene über die Steuerung bis hin zur Cloud. Für die industrielle Kommunikation markiert das einen Paradigmenwechsel: Weg vom klassischen Feldbus, hin zur durchgängigen Ethernet-Vernetzung.

Praxisnutzen: Was SPE konkret bringt

Für Jumo liegen die Vorteile der SPE-basierten Sensoranbindung klar auf der Hand. Mit nur einer Zweidrahtleitung gelangen mehr Daten in kürzerer Zeit aus der Feldebene in die Steuerung und darüber hinaus in übergeordnete Systeme. Statt lediglich einen Messwert auszulesen, lassen sich zusätzliche Informationen wie Sensorstatus, Umgebungsbedingungen oder Wartungshinweise erfassen und weiterverarbeiten.

Diese Informationsdichte ist ein zentraler Baustein für zustandsbasierte Wartungskonzepte. Störungen lassen sich früher erkennen, Ausfälle vermeiden. Gleichzeitig werden Anlagen transparenter, was wiederum die Grundlage für fundierte Entscheidungen im Betrieb schafft. Die gesammelten Daten können zudem unkompliziert in cloudbasierte Services eingespeist werden, etwa zur Fernüberwachung oder für Predictive-Maintenance-Anwendungen.

Auch wirtschaftlich rechnet sich die Umstellung: Denn mit mehr Transparenz und weniger Ausfallzeiten steigt die Overall Equipment Effectiveness (OEE). Für viele Unternehmen ist das eine entscheidende Kennzahl, wenn es um Investitionen in neue Technologien geht.

Integration mit Hürden: Wirtschaftlichkeit und Gewohnheit

So klar die technischen Vorteile von SPE auch sind – in der Praxis stoßen neue Technologien nicht selten auf wirtschaftliche und organisatorische Hürden. Im Maschinen- und Anlagenbau herrscht ein starker Preisdruck. Budgets für Messketten sind bei der Projektierung oft eng bemessen. Eine auf den ersten Blick teurere Lösung wie SPE muss sich deshalb im direkten Gespräch mit Kunden bewähren.

Manfred Walter von Jumo kennt diese Diskussionen nur zu gut. In Ausschreibungen geht es meist um Stückpreise und etablierte Verfahren. Der Mehrwert, den SPE durch durchgängige Datenverfügbarkeit und höhere Anlagenverfügbarkeit bietet, lässt sich dort schwer in Zahlen fassen. Überzeugungsarbeit ist gefragt – und die gelingt am besten mit konkreten Anwendungsszenarien.

Hinzu kommt, dass bestehende Infrastrukturen oft auf klassischen Feldbusprotokollen basieren. Der Wechsel auf Ethernet-basierte Kommunikation erfordert nicht nur neue Hardware, sondern auch ein Umdenken in Planung, Beschaffung und Wartung. Für viele Unternehmen bedeutet das: erst analysieren, dann schrittweise umstellen. Die Technik ist bereit, die Organisation muss folgen.

Zukunftsperspektiven: Ein Ethernet für alles

Martin Müller, Experte in Sachen Feldbusse bei Phoenix Contact, sieht in Single Pair Ethernet einen entscheidenden Baustein auf dem Weg zu einer einheitlichen industriellen Kommunikationsinfrastruktur. Während Technologien wie Time Sensitive Networking (TSN) für besonders zeitkritische Anwendungen etwa in der Antriebstechnik oder funktionalen Sicherheit vorgesehen sind, übernimmt SPE die Kommunikation auf der Feldebene, stabil, energieeffizient und ohne Medienbruch.

Parallel dazu wachsen auch drahtlose Übertragungstechniken wie 5G oder WLAN 6 und 7 in spezifische Anwendungsbereiche hinein. Entscheidend ist laut Müller jedoch, dass alle diese Systeme in ein gemeinsames, konvergentes Ethernet-Netz eingebettet werden. Nur so lassen sich Daten verlustfrei und konsistent über alle Ebenen hinweg nutzen.

Ein weiterer Treiber dieser Entwicklung ist der Generationswechsel in der Industrie. „Die Digital Natives haben – provokant gesagt – aus ihrer Prägung und Historie heraus weniger Verständnis dafür, warum wir in der industriellen Automation so viele unterschiedliche Systeme betreiben“, sagt Martin Müller von Phoenix Contact. Für sie ist Ethernet der logische Schluss. Das steigert den Druck auf Unternehmen, ihre Kommunikationsarchitekturen zu vereinheitlichen – nicht zuletzt, um auch langfristig Fachkräfte zu binden und technologische Anschlussfähigkeit zu sichern.

Ein Standard mit wort- und sprichwörtlicher Signalwirkung

Single Pair Ethernet zeigt Jumo anschaulich, wie moderne Kommunikationstechnologien konkrete Mehrwerte in der industriellen Praxis schaffen können. Die Kombination aus durchgängiger Datenübertragung, Energieversorgung über PoDL (Power over Data Line, IEEE 802.3cg) und standardisierter Infrastruktur hebt die Sensorik auf ein neues Level, sowohl funktional als auch wirtschaftlich.

Mit Phoenix Contact als Partner wurde eine robuste Verbindungstechnik realisiert, die nicht nur den technischen Anforderungen gerecht wird, sondern auch hygienischen und mechanischen Anforderungen in industriellen Umgebungen standhält. Das Ergebnis ist eine Lösung, die sich unkompliziert integrieren lässt und zugleich neue Spielräume für Digitalisierung, Zustandsüberwachung und Prozessoptimierung eröffnet.

SPE ist ein Schritt in Richtung vereinheitlichter, zukunftsfähiger Netzwerke, welche eine zeitgemäße Alternative zur Vielfalt der miteinander konkurrierenden Feldbusse darstellen. In Zeiten steigender Anforderungen an Transparenz, Effizienz und Nachhaltigkeit wird diese Art der Kommunikation zum strategischen Faktor. Jumo hat diesen Schritt früh vollzogen und zeigt damit, wie sich technologische Weichenstellungen gezielt für produktive Vorteile nutzen lassen. (mc)

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