Single Pair Ethernet (SPE) steht kurz vor dem breiten industriellen Einsatz. Als Ethernet-basierte Übertragungstechnologie für die Feld- und Sensorebene adressiert SPE die bislang bestehende Lücke zwischen klassischen Feldbussystemen und durchgängiger IP-Kommunikation. Die Entwicklung wird dabei durch eine breite industrielle Allianz angetrieben: In der Single Pair Ethernet Association (SPEA) engagieren sich inzwischen mehr als 140 Unternehmen aus Automatisierung und Halbleiterindustrie. Parallel dazu setzen weitere Interessengemeinschaften sowie Nutzerorganisationen PI (Profibus & Profinet International), ODVA und der ZVEI Impulse für die industrielle Integration. Technisch entscheidend ist dabei, dass SPE auf IEEE 802.3cg, insbesondere 10BASE-T1L, basiert, während die industrielle Ausprägung erst durch entsprechende Applikationsprofile und Systemintegration vollständig wird.

Normung als Grundlage der industriellen Einsetzbarkeit

Ein wesentlicher Baustein für die industrielle Nutzung ist die Standardisierung der Steckgesichter. Die Normenreihe IEC 63171-7 definiert Steckverbinder für Single Pair Ethernet in industriellen Anwendungen, insbesondere für die Übertragungen von Daten und Strom über dieselbe Schnittstelle sowie auch für hybride Strukturen. In enger Zusammenarbeit zwischen der Profinet Nutzerorganisation und Steckverbinderherstellern entsteht mit der IEC 63171-7, Edition 2, ein standardisiertes Interface speziell für raue Industrieumgebungen. Die Norm befindet sich in der finalen Phase, mit einer Veröffentlichung wird im Herbst 2026 gerechnet. Sie adressiert sowohl mechanische Robustheit als auch EMV-Anforderungen und Interoperabilität. Erst die Kombination aus IEEE-Physical-Layer und einem harmonisiertem Stecksystem und der standardisierten Verkabelung ermöglicht eine durchgängige, herstellerübergreifende Infrastruktur für industrielle Single Pair Ethernet-Anwendungen.

Durchgängige Ethernet-Kommunikation bis in die Feldebene

Die zunehmende Digitalisierung industrieller Prozesse führt zu einer immer dichteren Sensor- und Aktorlandschaften, die direkt in übergeordnete IT- und Cloud-Strukturen eingebunden werden muss. SPE ermöglicht hierbei erstmals eine durchgängige Ethernet-Kommunikation von der Feldebene bis in die Cloud, ohne den Einsatz zusätzlicher Gateways. Je nach Ausprägung lassen sich Übertragungsdistanzen von bis zu 1000 m bei 10 Mbit/s über ein einzelnes Adernpaar realisieren. Ergänzend ermöglicht Power over Data Line (PoDL) nach IEEE 802.3bu die gleichzeitige Energie- und Datenübertragung.

Miniaturisierung und Performance in der Robotik

SPE-Steckgesicht nach IEC 63171-7. © Weidmüller

In der Robotik eröffnet SPE neue Möglichkeiten in Bezug auf Bauform und Systemintegration. Durch reduzierte Kabel-dimension und kleinere Biegeradien lassen sich kompaktere Bewegungsachsen und End-of-Arm-Tools realisieren. Gleichzeitig ermöglicht SPE im Vergleich zu klassischen feldbus-basierten Lösungen eine deutlich höhere Bandbreite. Datenraten von bis zu 1 Gbit/s über Entfernungen von bis zu 40 m ermöglichen die Anbindung hochauflösender 2D- und 3D-Vision-Systeme sowie die effiziente Verarbeitung großer Datenrahmen. Die Kombination aus Datenübertragung und Energieversorgung über PoDL vereinfacht zudem die Verkabelung entlang des Roboterkörpers und reduziert die Anzahl separater Energie- und Datenleitungen.

Ethernet-APL in der Prozessindustrie

SPE-Steckverbinder in unterschiedlichen Bauformen. © Weidmüller

Für die Prozessindustrie stellt Ethernet-APL eine spezialisierte Ausprägung von Single Pair Ethernet dar. Technisch basiert Ethernet-APL auf 10BASE-T1L und ist für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen sowie für große Distanzen bis zu 1000 m ausgelegt. Neben der Datenübertragung mit 10 Mbit/s ermöglicht es auch die Energieversorgung von Feldgeräten in explosionsgefährdeten Bereichen dank 2WISE über Zweidrahtleitungen. Der direkte Ethernet-Zugriff bis in die Feld- und Geräteebene erleichtert die Integration von IIoT-Anwendungen erheblich. Produktionsdaten lassen sich ohne Medienbrüche erfassen, analysieren und für Condition Monitoring oder vorausschauende Wartung nutzen, was zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit beiträgt.

SPE in Gebäudeautomation, Infrastruktur und Energie

Auch außerhalb klassischer Industrieanwendungen gewinnt SPE an Bedeutung. In der Gebäudeautomation ersetzt die Ethernet-basierte Kommunikation zunehmend proprietäre Feldbussysteme. SPE ermöglicht die nahtlose Integration von Beleuchtung, HLK-Systemen, Sicherheits- und Energie- managementlösungen in ein einheitliches IP-Netzwerk. Die Kombination aus großen Reichweiten, variablen Datenraten und PoDL unterstützt energieeffiziente Gerätearchitekturen und vereinfacht Installation sowie Wartung.

Durchgängiges SPE-Portfolio: Komponenten, Steckverbinder und Switch ermöglichen eine nahtlose Ethernet-Kommunikation vom Sensor bis in die Feldebene. © Weidmüller

In Infrastruktur- und Energieanwendungen stehen insbesondere Reichweite und Verkabelungsaufwand im Vordergrund. Anwendungen wie Verkehrsleitsysteme, Tunnelüberwachung oder Energieverteilung profitieren von der Möglichkeit, Sensorik und Aktorik über ein einziges Adernpaar zu verbinden und zu versorgen. Gleichzeitig ist jedoch auch hier die Systemintegration in bestehende Leitsysteme ein entscheidender Faktor für die praktische Umsetzung.

SPE und der EU Cyber Resilience Act (CRA)

Der CRA verpflichtet Hersteller von "Produkten mit digitalen Elementen" zu Secure by Design/Default sowie zu einem durchgängigen Vulnerability Handling über den gesamten Lebenszyklus.

SPE liefert dafür die standardisierte Ethernet-Physik bis in die Feldebene und ermöglicht es, auch Sensoren und Aktoren in eine gemeinsame Security Domäne einzubinden ("last mile"). Profinet 2.5 unterstützt das mit skalierbaren Security-Mechanismen und einem definierten Transportkanal für Engineering-Zugriff, Parametrierung und Firmware Updates sowie durch die Integration von SPE in Profinet over SPE.

Konsistente Ethernet-Kommunikation

Die Autorin: Chantal Campos Chavero ist Redakteurin Unternehmenskommunikation bei Weidmüller in Detmold. © Weidmüller

Single Pair Ethernet entwickelt sich von einer Zukunftsvision hin zu einer standardisierten Kommunikationsplattform für industrielle Anwendungen. Die internationale Normierung, die breite Unterstützung durch Hersteller und Nutzerorganisationen sowie konkrete Anwendungsfälle in Industrie, Infrastruktur und Energieversorgung markieren den Übergang in die Marktdurchdringung. Mit standardisierten Steckgesichtern und durchgängigen Systemlösungen schafft SPE die Voraussetzung für eine konsistente Ethernet-Kommunikation bis in die unterste Feldebene und wird damit zu einem zentralen Baustein der nächsten Automatisierungsgeneration. 

Redaktion: Andrea Gillhuber