Die Rolle von SPE wird auf verschiedene Anwendungen in der industriellen Automatisierung ausgeweitet
Single Pair Ethernet (SPE)
Während die Welt nach wie vor auf Ethernet angewiesen ist, nehmen auch die Einsatzmöglichkeiten für Single Pair Ethernet (SPE) weiter zu.
Die Technologie der Ethernet-Kommunikation hatte ihren Ursprung in der Automobilindustrie und wird nun auch auf Feldgeräte in der Fabrikhalle der Prozessindustrie und der diskreten Fertigung ausgeweitet. (Erfahren Sie mehr über SPE und seinen Weg in die industrielle Automatisierung.)
SPE hat auch andere Anwendungsmöglichkeiten, darunter:
- Gebäudeautomation
- Güter- und Personenzüge
- Warenlager
Abwägen der Vorteile von SPE
Wie lässt sich bestimmen, ob SPE der richtige Ansatz für Ihre Anwendung ist? Es ist wichtig, zunächst die Vorteile von SPE mit den Vorteilen anderer derzeit verfügbarer Technologien zu vergleichen, um zu bestimmen, welche am besten zu Ihren Anforderungen passt und Ihre Probleme lösen kann.
SPE bietet unter anderem die folgenden Vorteile. Welche sind für Ihre Anwendung am wichtigsten?
1. Nahtlose Kommunikation
SPE ermöglicht vom Sensor bis zur Cloud eine nahtlose Maschine-zu-Maschine- und Maschine-zu-Mensch-Kommunikation. Ein transparentes Ethernet-basiertes Netzwerk ermöglicht die IP-basierte Kommunikation zwischen Endknoten. Heterogene Netzwerke erfordern Gateways zur Verknüpfung von Netzwerksegmenten, die die Sichtbarkeit und Zugänglichkeit der Endknoten einschränken.
2. Hohe Bandbreite
Mit nur einem Adernpaar für die Übertragung reicht der Datendurchsatz für SPE von 10 Mb/s bis 1 Gb/s über verschiedene Entfernungen (je länger die Entfernung, desto geringer der Datendurchsatz).
3. Lange Übertragungsdistanzen
Mit SPE können höhere Datengeschwindigkeiten über größere Entfernungen aufrechterhalten werden als mit anderen Technologien. Entfernungen, die mit der Bandbreite zusammenhängen, werden manchmal als „Bandbreitenbereich“ bezeichnet.
4. Fernspeisung
SPE ermöglicht die Übertragung von Strom über die Datenkerne oder zusätzliche Adern eines Hybridkabels, wodurch eine Fernspeisung ermöglicht wird (die Stromversorgung befindet sich getrennt vom Gerät).
5. Flexibilität bei der Installation
Im Vergleich zu herkömmlichen vierpaarigen Kabeln und abhängig von den Querschnitten der Leiter hat ein SPE-Kabel einen kleineren Durchmesser. Außerdem ist es leichter als ein vierpaariges Kabel. Dadurch lassen sich die Kabel schneller und einfacher in engen Räumen, wie z. B. in einem Schaltschrank, verlegen.
Es ist wichtig zu beachten, dass einige der oben aufgeführten Vorteile durch Nicht-SPE-Systeme erreicht werden können: So können beispielsweise die Vorteile 1, 2 und 3 per Ethernet über Glasfaser erreicht werden, während die Vorteile 1, 2 und 4 durch Ethernet über Kupfer erreicht werden können.
Die Vorteile von SPE zeigen sich erst, wenn ein weiteres hochrelevantes Merkmal hinzukommt. Die Vorteile 1 bis 4 repräsentieren beispielsweise die Vorteile von Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL), das für Prozessumgebungen konzipiert ist.
In Bereichen mit begrenztem Platzangebot ist die Kombination der Vorteile 1, 2 und 5 relevant. Infolgedessen könnte entweder das 1,000 Mb/s 40-Meter-Segment, das 10 Mb/s 1,000-Meter-Segment oder das 10 Mb/s-Segment geeignet sein.
Was TSN (Time Sensitive Networking) für SPE bedeutet
SPE unterstützt ein starkes Wachstum im Bereich Ethernet-fähiger Geräte und offener Netzwerkarchitekturen.
Insbesondere der Austausch von spezialisierten Gateways und die Verwendung von Switches bedeutet, dass verschiedene Arten von Datenverkehr mit unterschiedlichen Quality of Service (QoS)-Anforderungen kombiniert werden können.
SPE ermöglicht es beispielsweise, dass Überwachungskameras die gleiche Infrastruktur wie Sensoren und Aktoren nutzen können. Es ist jedoch schwierig, die gewünschten QoS-Anforderungen zu erfüllen, insbesondere bei geringer Bandbreite und gemischten Datenverkehrsklassen. Auch bisherige Industrial-Ethernet-Protokolle sind davon betroffen, weshalb die Entwicklung von Time Sensitive Networking (TSN) mit IEEE 802.1 begann.
Bei TSN handelt es sich um eine Reihe von Erweiterungen der Ethernet-Standards, die darauf abzielen, deterministische Kommunikation über Ethernet-Netzwerke zu ermöglichen. TSN bietet Mechanismen, um die Übertragung von Daten mit garantierter Bandbreite und Latenz sicherzustellen. Damit ist TSN ideal für industrielle Echtzeitanwendungen geeignet.
Wie Multi-Pair-Ethernet profitiert auch SPE von diesen TSN-Erweiterungen:
- Verbesserter Determinismus. TSN führt Mechanismen ein, die die Übertragung zeitkritischer Pakete deterministischer gestalten als mit bisher verfügbaren Priorisierungsschemata. Eine einheitliche Zeitsynchronisation bringt auch Vorteile für Steuerungsprozesse und die netzwerkweite Analyse von Sensordaten und Protokollen.
- Robustheit und Zuverlässigkeit. Neue und standardisierte Redundanz- und Filtermechanismen fördern die Robustheit für kritische Netzwerksegmente und spezifische Anwendungen.
- Transparenz und Skalierbarkeit. Über Ethernet-Netzwerke können nahezu alle Geräte direkt angesprochen werden. Gleichzeitig bietet das Anlegen individueller TSN-Unterteilungs-Konfigurationsdomänen den Vorteil einer klaren Zuordnung und anwendungsspezifischen Konfiguration, um die Skalierbarkeit zu gewährleisten.
Verwendung von TSN für bestimmte Anwendungen
Um die Komplexität neuer Standards zu reduzieren, werden verschiedene branchenspezifische TSN-Profile entwickelt. Diese Profile fungieren als Konfigurationsstandards, die angeben, wie TSN in bestimmten Anwendungen verwendet werden soll.
So ist beispielsweise das IEC/IEEE 60802 TSN Industrial Automation Profile speziell für die Automatisierung in der diskreten Fertigung konzipiert und bildet eine solide Basis für die Implementierung in industriellen Umgebungen.
Das IEEE 802.1DG Automotive Profile und das IEEE 802.1DP Aerospace Profile erweitern die Möglichkeiten von TSN auf die Anforderungen und Herausforderungen in Automobil- und Luftfahrtumgebungen.
Neben der Reduzierung der Komplexität werden in den TSN-Profilen auch spezifische Eigenschaften für einzelne Branchen berücksichtigt.
Die aktuelle Version des IEC/IEEE 60802 TSN-Profils definiert ein einheitliches Netzwerkmanagement mit dem Netzwerkmanagementprotokoll NETCONF und eine einheitliche Topologieerkennung mit LLDP.
Wie Hersteller auf SPE reagieren
Da branchenspezifische SPE-Varianten durch IEEE 802.3 standardisiert sind und sich Kundenanforderungen aus verschiedenen Branchen ergeben, müssen Hersteller darauf reagieren können:
- Identifizierung branchenübergreifender Gemeinsamkeiten
- Priorisierung des modularen Gerätedesigns mit dem Ziel, die Wiederverwendbarkeit von Komponenten für verschiedene Anwendungsbereiche zu maximieren
- Angleichung an Standards, damit die Geräte auch die Anforderungen anderer Branchen erfüllen
So hat Belden beispielsweise kürzlich seinen Lumberg Automation BEETLE SPE Light Managed Switch auf den Markt gebracht, um den Übergang zu zukunftssicheren Netzwerken mit SPE-Technologie zu unterstützen. Er entspricht den wichtigsten Industriestandards wie 10BASE-T1L, PoDL und mehr.
Mit dem Lumberg Automation BEETLE SPE Lite Managed Switch können Industrieunternehmen ihre Betriebsabläufe optimieren und gleichzeitig eine größere Reichweite und langfristige Kosteneinsparungen erzielen.
Belden unterstützt weiterhin die Nutzung von Single Pair Ethernet in industriellen Automatisierungsanwendungen , damit Anlagen von den Vorteilen profitieren können. Wir werden Sie bezüglich der zunehmenden Verbreitung von SPE weiter auf dem Laufenden halten.
Erfahren Sie mehr über Single Pair Ethernet.