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Artikel und Hintergründe zum Thema

Energieketten

Cécile Lascaux, Johannes-Josef Lentzen | Inka Krischke,

Single Pair Ethernet - schleppkettentauglich!

Um die stetig wachsenden Datenmengen in der Produktion handhaben zu können, ist eine der aktuellen Entwicklungen im Bereich Datenleitungen die Single-Pair-Ethernet-Technologie. Herausfordernd dabei ist unter anderem ihr Einsatz in der Schleppkette.

© istock/Phuchit, Friedrich Lütze

Während zunächst jeder einzelne Sensor durch ein Aderpaar einer Steuer-/Elektronikleitung angebunden war, erfolgt seit Ende der 1980er-Jahre die Anbindung der Sensoren durch serielle Bussysteme wie zum Beispiel Profibus. Dabei sind nur zwei Adern nötig, um alle Sensoren anzusprechen; die Auswahl des Sensors erfolgt über das Protokoll. Aufgrund immer größer werdender Datenraten gewinnen seit 2014 zunehmend Ethernet-Netzwerke an Bedeutung. Einer Marktstudie von HMS zufolge haben die industriellen Ethernet-Systeme die traditionellen Feldbusse im Hinblick auf neu installierte Knoten in der Fabrikautomation inzwischen überholt: Der Anteil von Industrial Ethernet an neu installierten Knoten wuchs 2018 um sechs Prozentpunkte im Vergleich zum Vorjahr und erreichte einen Marktanteil von 52 %.

1 GBit/s auf einem einzelnen Datenpaar

Über Single Pair Ethernet können beispielsweise Sensoren oder Aktoren kommunizieren und gleichzeitig mittels PoDL mit Spannung versorgt werden. Je nach Datenrate sind unterschiedliche Übertragungslängen realisierbar.

© Friedrich Lütze

Auch die Ethernet-Technologie selbst hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt: von Fast Ethernet mit einer unidirektionaler Übertragung über zwei Aderpaare und einer Übertragungsrate von bis zu 100 Mbit/s pro Aderpaar über Gigabit Ethernet mit einer bidirektionalen Übertragung und einer Übertragungsrate von bis zu 250 Mbit/s pro Aderpaar auf vier Aderpaaren bis zur Single-Pair-Ethernet-Technologie mit einer Geschwindigkeit von aktuell bis zu 1 GBit/s auf einem einzelnen Datenpaar.

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Mit der Single-Pair-Ethernet- PUR Leitung ‚Superflex‘ kombiniert Lütze die Vorteile des neuen Standards mit den robusten Eigenschaften einer schleppkettenfähigen Leitung.

© Friedrich Lütze

Entscheidend beim Single Pair Ethernet ist, dass nur noch ein Aderpaar zur Übertragung von Daten und Power nötig ist. Ein multifunktionales Aderpaar, das mittels ‚Power over Dataline‘ (PoDL) und in Verbindung mit einem neuen, standardisierten Protokoll auch zur Spannungsversorgung eingesetzt werden kann, öffnet den Weg für eine Lösung zur Datenübertragung, mit der sich eine durchgängige IP-basierte Kommunikation in der Feldebene umsetzen lässt (10 Mbits/1 km). So können beispielsweise Temperaturen gemessen und digitalisiert in die Steuerung zurückgeführt werden, die daraufhin Parameter wie zum Beispiel Strom und Spannung optimiert. Auch Anwendungsfelder wie Verkehrsüberwachung, Energieerzeugung und Sicherheitsüberwachung sind künftig mit Hilfe von Kameras und SPE kostengünstiger realisierbar.

Gleichzeitig sinken das Gewicht, der Platzbedarf und der Installationsaufwand. Single Pair Ethernet ist eine Alternative zu klassischen mehrpaarigen Ethernet-Verkabelungslösungen. Insbesondere bei kompakten I/O-Schnittstellen kann SPE seine Vorteile ausspielen und gewinnt damit auch in der Automatisierungstechnik zunehmend an Bedeutung. Dies ist die Grundlage für den weiteren Ausbau von Industrie-4.0-Anwendungen.

Einsatz in der Schleppkette

SPE vereinfacht mit der einheitlichen Verkabelungsstruktur und standardisierten Übertragungsprotokollen (TCP/IP) die Einbindung in bestehende Netzwerke. Durch die Nutzung von PoDL wird die gleichzeitige Übertragung von Daten und Strom über ein einziges Kabel möglich, was – dank reduziertem Gewicht und Platzersparnis – speziell für Schleppketteneinsätze vorteilhaft ist. 

Allerdings sind es oft ungeeignete Leitungen im Schleppketteneinsatz, die zu frühzeitigen Ausfällen und ungeplanten Stillständen ganzer Fertigungsstraßen führen. Biegeradius, Verfahrweg, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind die kritischen Punkte, die die Lebensdauer der verbauten Leitung beeinflussen. Das heißt, Faktoren wie Aufbau, Materialauswahl und Produktionsverfahren sind für eine betriebssichere Schleppkettenleitung maßgeblich. Insbesondere die Wahl eines sowohl mechanisch als auch elektrisch geeigneten Isolationsmaterials in Verbindung mit optimierten Verseilparametern spielt eine bedeutende Rolle. Auch die Art und die Konstruktionsparameter der Schirmung beeinflussen die Lebensdauer der Leitung. Bei der Auswahl des Mantelmaterials schließlich sind neben der mechanischen Robustheit bei gleichzeitig größtmöglicher Flexibilität oft die chemische Beständigkeit gegenüber unterschiedlichen Substanzen zu berücksichtigen.

Die halogen- und silikonfreie sowie RoHS-konforme Single-Pair-Ethernet-Leitung ‚Superflex‘ von Lütze bietet daher eine hohe aktive und passive Störsicherheit (EMV) und ist bei bewegtem Einsatz in einem Temperaturbereich von -30 bis +70 °C einsetzbar. Sie hat einen minimalen Biegeradius von 70,5 mm und bietet sich daher für einen dauerhaften und ausfallsicheren Einsatz in der Schleppkette an. Geeignet ist die Leitung insbesondere für dauerhaft bewegte Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automations-, Transport- und Fördertechnik für Branchen wie Automobilbau, Werkzeugmaschinenbau, aber auch in der Holzverarbeitungs- und Flughafentechnik.

Autoren:
Cécile Lascaux ist Produktmarketmanager Cable bei Friedrich Lütze in Weinstadt;
Johannes-Josef Lentzen ist Produktmanager Cable bei Friedrich Lütze in Weinstadt.

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