Schleppkettentaugliche Single-Pair-Ethernet Leitung

Industrie 4.0. bedeutet durch Vernetzung und Digitalisierung die stetig wachsenden Datenmengen in der Produktion handzuhaben. Dies führte im Laufe der Jahre zur grundlegenden Technologieänderungen im Bereich der Datenleitungen bis hin zur neuen Single Pair Ethernet Technologie. Wo liegen die größten Veränderungen? Wo sind die wesentlichen Vorteile der neuen schleppkettentauglichen SPE-Leitungen?

In den 1980er Jahren war jeder einzelne Sensor durch ein Aderpaar einer Steuer-/Elektronikleitung angebunden. Seit Ende der 1980er Jahre erfolgt die Anbindung der Sensoren durch serielle Bussysteme wie z.B. PROFIBUS. Nur 2 Adern werden benötigt um alle Sensoren anzusprechen, wobei die Auswahl des Sensors über das Protokoll erfolgt. Auf Grund von immer größer werdenden Datenraten gewinnen Ethernet-Netzwerke seit 2014 zunehmend an Bedeutung. Laut einer Marktstudie von HMS überholten im Jahr 2018 die industriellen Ethernet-Systeme die traditionellen Feldbusse im Hinblick auf neu installierte Knoten in der Fabrikautomation. Der Anteil von Industrial Ethernet an neu installierten Knoten wuchs um 6 Prozentpunkte im Vergleich zum Vorjahr und erreichte einen Marktanteil von 52%. Gründe für die stetig wachsende Verbreitung der Ethernet-Technologie sind höhere Datenmengen, welche in kurzer Zeit übertragen werden müssen.

Die Ethernet-Technologie selbst hat sich auch im Laufe der Jahre weiterentwickelt: von Fast Ethernet mit einer unidirektionaler Übertragung über 2 Aderpaare und einer Übertragungsrate von bis zu 100 Mbit/s pro Aderpaar über Gigabit Ethernet mit einer bi-direktionale 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 1GBit/s auf einem einzelnen Datenpaar.

Entscheidend beim neuen Standard Single Pair Ethernet ist, dass nur noch ein Aderpaar zur Übertragung von Daten und Power benötigt wird. Ein multifunktionales Aderpaar, welches mittels Power over Dataline (PoDL) und in Verbindung mit einem neuen, standardisierten Protokoll auch zur Spannungsversorgung eingesetzt werden kann, eröffnen den Weg für eine kostengünstige Lösung. Mit der neuen SPE-Technologie kann eine durchgängige IP-basierte Kommunikation in der Feldebene (10 Mbits/ 1 km) umgesetzt werden. Zum Beispiel können Temperaturen gemessen und digitalisiert in die Steuerung zurückgeführt werden, welche daraufhin Parameter wie z.B. Strom und Spannung optimiert. Auch neue Anwendungsfelder wie Verkehrsüberwachung, Energieerzeugung und Sicherheitsüberwachung können künftig mit Hilfe von Kameras kostengünstiger realisiert werden.

Weiterhin reduzieren sich Gewicht, Platzbedarf und Installationsaufwand. Single Pair Ethernet ist eine einfache und kostengünstige Alternative zu klassischen mehrpaarigen Ethernet Verkabelungslösungen. Insbesondere bei kompakten I/O-Schnittstellen kann SPS 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.

Key Facts zu Single-Pair-Ethernet Technologie

• Universalität: Verkabelungs- und Netzwerkstandard, mit dem z.B. Sensoren oder Aktoren kommunizieren und parallel mittel PoDL mit Spannung versorgt werden können.
• Standardisierung: Dank Ihrer einheitlichen Verkabelungsstruktur und ihren standardisierten Übertragungsprotokollen (TCP/IP) macht die Single Pair Ethernet Technologie die Einbindung in bestehende Netzwerke einfacher.
• Platzsparend und wirtschaftlich: Daten und Power werden über ein einziges Aderpaar übertragen
• Hohe Kompatibilität: Erweitertes Anwendungsspektrum dank einfacher Einbindung in bestehende Netzwerke
• Performance über ein Aderpaar

Mit der LÜTZE SUPERFLEX^® SINGLE PAIR ETHERNET (C) PUR Leitung (SPE) bedient LÜTZE zum einen die Nachfrage industrieller Anwender nach standardisierten und kostengünstigen Netzwerkanbindungen. Zum anderen kombiniert LÜTZE als einer der ersten Anbieter die Vorteile des neuen Standards mit den robusten Eigenschaften einer schleppkettenfähigen Leitung. Dank LÜTZE SUPERFLEX^® SINGLE PAIR ETHERNET (C) PUR kommen nun auch Schleppkettenanwendungen in den Genuss der beschriebenen Vorteile.

Wie so oft sind es ungeeignete Leitungen im Schleppketteneinsatz, die zu frühzeitigen Ausfällen und ungeplanten Stillständen ganzer Fertigungsstraßen führen. Biegeradius, Verfahrweg, Geschwindigkeit und Beschleunigung können für die verbaute Leitung das frühzeitige Ende bedeuten. Faktoren, wie Aufbau, hochwertige Materialauswahl und ein innovatives Produktionsverfahren sind für eine betriebssichere Schleppkettenleitung von größter Bedeutung. Dabei spielt insbesondere die Wahl eines sowohl mechanisch als auch elektrisch geeigneten Isolationsmaterials in Verbindung mit optimierten Verseilparametern eine bedeutende Rolle. Ebenso sind Art und Konstruktionsparameter der Schirmung von großer Bedeutung für die Lebensdauer der Leitung. Bei der Auswahl des Mantelmaterials schließlich sind neben der mechanischen Robustheit bei gleichzeitig größtmöglicher Flexibilität oft auch die chemische Beständigkeit gegenüber unterschiedlichen Substanzen zu berücksichtigen.

Nur die richtige Kombination dieser Parameter gewährleistet beste elektrische Eigenschaften und insbesondere auch Lebensdauern von weit über 10 Millionen Biegewechselzyklen.

Die halogen- und silikonfreie sowie RoHS-konforme LÜTZE SUPERFLEX^® SINGLE PAIR ETHERNET Leitung bietet deshalb eine hohe aktive und passive Störsicherheit (EMV) und kann bei bewegtem Einsatz in einem Temperaturbereich von -30°C bis + 70°C eingesetzt werden. Die neue LÜTZE Leitung bietet mit einem minimalen Biegeradius von 70,5 mm beste Voraussetzungen für einen dauerhaften und ausfallsicheren Einsatz in der Schleppkette.

Mit ihrer einheitlichen Verkabelungsstruktur und ihren standardisierten Übertragungsprotokollen (TCP/IP) macht die Single Pair Ethernet Technologie die Einbindung in bestehende Netzwerke einfacher. Bei Nutzung von Power over Data Lines (PoDL) ermöglicht SPE die gleichzeitige Übertragung von Daten und Strom über ein einziges Kabel. Dadurch kommen zusätzlich ein reduziertes Gewicht und Platzersparnis in der Kette sowie ein verminderter Installationsaufwand bei Erstinbetriebnahme und Instandhaltung zustande. Dank des durchgängigen Einsatzes des TCP/IP-Protokolls ergeben sich für die Automatisierungstechnik eine Vielzahl neuer und flexibler Anwendungsmöglichkeiten. Die LÜTZE SUPERFLEX^® SINGLE PAIR ETHERNET eignet sich speziell für dauerhaft bewegte Anwendungen im Maschinen- und Anlagebau sowie in der Automations-, Transport- und Fördertechnik für Branchen wie z.B. Automobilbau, Werkzeugmaschinenbau, aber auch in der Holzverarbeitungs- und Flughafentechnik.

Autoren:
Cécile Lascaux, Produktmarketmanager Cable
Johannes-Josef Lentzen, Produktmanager Cable
Friedrich Lütze GmbH