Single Pair Ethernet im Maschinen- und Anlagenbau

Was kann SPE und wie sieht es aus?

Auf den letzten Messen gab es bereits erste Lösungansätze und Prototypen für Single Pair Ethernet (SPE) zu sehen. Parallel wurden auch schon zwei Anbietervereinigungen ins Leben gerufen - das SPE Industrial Partner Network und die SPE System Alliance. Beide schreiben SPE großes Potenzial für den Maschinen- und Anlagenbau zu. Das INDUSTRIAL COMMUNICATION JOURNAL hat bei den Sprechern beider Initiativen nachgehakt, welchen Weg sie bei SPE einschlagen wollen.
Beim Thema SPE im Maschinen- und Anlagenbau stehen sich zwei Anbieterinitiativen gegenüber: das SPE Industrial Partner Network (links) und die SPE System Alliance (rechts). – Bild: TeDo Verlag GmbH
 Das Konzept hinter SPE ist    eine Erweiterung von Ethernet 
bis in die Sensorik, also bis in den 
 letzten Winkel des Anlagenfeldes.
Simon Seereiner „Das Konzept hinter SPE ist eine Erweiterung von Ethernet bis in die Sensorik, also bis in den letzten Winkel des Anlagenfeldes.“ – Bild: Weidmüller Gruppe

Bietet SPE in der Produktion die bessere Alternative zu heute genutzten Technologien bzw. Standards?

Frank Welzel, SPE Industrial Partner Network: Das Ziel von SPE ist es, Ethernet da hin zu bringen wo es heute noch gar nicht verwendet wird. Wenn man sich in der Industrie heute die Feldebene anschaut, erfolgt dort die Kommunikation überwiegend über proprietäre Feldbusse oder analoge Signale, wie die 0(4)-20mA-Stromschleife. Hier kann Single Pair Ethernet die Lösung sein, um eine einheitliche offene TCP/IP basierte Kommunikation zu ermöglichen. Durch die reduzierte Verkabelung von nur noch einem Adernpaar, mit dem man simultan auch Leistungen von bis zu 50W am Gerät übertragen kann, bietet SPE sehr einfach und kostengünstig die Möglichkeit, Ethernet in die Feldebene zu bringen. Vor dem Hintergrund, dass Sensoren immer intelligenter, die Datenraten, und Menge immer größer werden, kann SPE genau die Lösung sein, um alle Geräte in der Feldebene digital miteinander zu verbinden.

Simon Seereiner, SPE System Alliance: Bereits heute ist absehbar, dass herkömmliche Ethernet-Bussysteme den zukünftigen Anforderungen im industriellen Umfeld nur noch bedingt gerecht werden. Durch die Digitalisierung steigt die Anzahl smarter Sensorik, die in Maschinen und Anlagen eingebunden werden und damit auch der Aufwand der Vernetzung. SPE bietet sich hier als Alternative an, denn es steht für eine durchgängige skalierbare und deterministische Vernetzung von der Sensorik bis in die Cloud. Und das in praktisch jeder Anwendung, in der Daten anfallen, ob in der Industrie, in der Logistik oder im Gebäude. Das Konzept dahinter ist eine Erweiterung von Ethernet bis in die Sensorik, also bis in den letzten Winkel des Anlagenfeldes. Ein Vorteil von SPE ist die durchgängige Kommunikation, bei der keine Gateways für die Umsetzung auf andere Protokolle benötigt werden. Der Anwender spart Kosten und Zeit bei der Implementierung seiner Sensoren bis in die obersten Leitebenen. Bisherige Ethernet-Lösungen benötigen zwei bzw. vier Adernpaare, während Single Pair Ethernet nur noch ein Adernpaar benötigt. Mit SPE steht nicht nur eine industrietaugliche, kompakte und einfach aufgebaute Verkabelung bereit, SPE vereinfacht auch den Einsatz an extremen Einsatzorten, an denen eine Verkabelung mit kleinem Außendurchmesser, kleinen Biegeradien und geringem Gewicht unabdingbar ist.

Ist die Standardisierung schon so weit, dass man in die Umsetzung konkreter Produkte gehen kann?

Seereiner: Nur mit Standardisierung auf der physischen Ebene sind Interoperabilität und damit der langfristige Erfolg von SPE gesichert. Der erste SPE-Standard wurde in der IEEE802.3 veröffentlicht. In der IEEE sind bereits die Kanalanforderungen erarbeitet, mit der IEEE802.3cg die 10MBit/s-Variante 10Base-T1, in der 802.3bw geht es bei 100Base-T1 um 100MBit/s und bei 802.3bp um 1000Base-T1 mit 1GBit/s. Durch diese drei IEEE-Gremien sind somit drei Datenraten abgedeckt. Die generellen elektrischen Anforderungen an die Schnittstellen sind in der Grundnorm IEC63171 zu finden. Die in den Normenreihen -1 bis -6 definierten Steckverbinder haben unterschiedliche Steckgesichter, Abmessungen sowie mechanische Eigenschaften. Normungsaktivitäten sind allerdings ein dynamischer Prozess, bei dem neue Normen erarbeitet, eingebracht und diskutiert werden. Dabei werden permanent auch neue Normungsprozesse angestoßen. Naturgemäß neigen in diesem Stadium des Prozesses manche Hersteller dazu, Vorschläge kurzerhand als Vorschrift zu kommunizieren, um ihr Produkt als neuen Standard anzupreisen. Der normative Prozess ist derzeit in Arbeit, aber noch nicht abgeschlossen.

Ist sich der Markt bezüglich der elektromechanischen Schnittstellen einig?

 Alle Mitglieder des SPE 
 Industrial Partner Networks haben   sich zur IEC63171-6 committed.
Frank Welzel „Alle Mitglieder des SPE Industrial Partner Networks haben sich zur IEC63171-6 committed.“ – Bild: Harting Technologiegruppe

Welzel: Die Unternorm IEC63171-6 ist aus der ersten eingereichten Norm für SPE-Steckgesichter hervorgegangen. Nämlich aus der IEC61076-3-125, einem in sich geschlossenen und vollständigen Normendokuments mit allen notwendigen Spezifikationen und Prüfsequenzen. Weiterhin ist die IEC63171-6 die einzige Schnittstelle aus dieser Reihe, die in allen wichtigen Verkabelungsnormen und Anwendergruppen referenziert wird. Bereits 2018 haben sich ISO/IEC und TIA nach einer internationalen Abstimmung für die IEC63171-6-Schnittstelle für SPE in industriellen Anwendungen ausgesprochen. Das heißt: Wenn Sie normenkonform zu der ISO/IEC11801-3 verkabeln wollen, müssen Sie den T1 Industrial einsetzen. Auch bei TIA entsteht so eine Verkabelungsnorm mit klarer Aussage zu den einzusetzenden Steckgesichtern. IEEE802.3cg stützt diese Position und referenziert ebenfalls ausschließlich auf die IEC63171-6-Industrial-Style-Schnittstelle. Nachdem diese Norm schon in der Entwicklung war, sind weitere Hersteller auf das Thema SPE aufgesprungen und haben eigene Steckgesichter in die Normung eingereicht, statt gemeinsam die schon in Arbeit befindliche Schnittstelle zu einem Standard zu formen. So entsteht die momentan als unentschieden wahrgenommene Situation des Wettbewerbs. Diese Situation wollen wir eigentlich vermeiden. Die angesprochene Konkurrenzsituation ist aber auch etwas ganz Normales und sorgt dafür, dass sich der Beste durchsetzt – auch in der Normung. Unsere IEC63171-6 wurde Ende Januar veröffentlicht und ist für jeden frei verfügbar, der eine umfassend genormte End-to-End-Verbindung sucht, die vollständig standardisiert ist. Alle 17 Mitglieder des SPE Industrial Partner Network haben sich zur IEC63171-6 committed. Deswegen: normativ ist mittlerweile alles klar.

Seereiner: Die Aussage, dass der Markt sich bereits auf ein Steckgesicht geeinigt hätte, ist definitiv falsch. Die Steckverbinder gemäß IEC63171-2 und IEC63171-5 sind für den industriellen Einsatz spezifiziert. Dafür investieren die Firmen Weidmüller, Phoenix Contact und Telegärtner bereits in Werkzeuge und wollen demnächst fertige Produkte vorstellen.

Sind noch weitere Herausforderungen zu lösen?

Seereiner: Eine Herausforderung ist es jetzt, sich nicht nur auf spezifizierte Steckgesichter zu fokussieren. Die SPE System Alliance hat es sich durch die Ausrichtung zu einer branchen- und applikationsübergreifenden Austauschplattform zur Aufgabe gemacht, Unternehmen aus allen zukünftigen SPE-Ecosystemen zusammen zu bringen. Der Blick ist dabei nicht auf Einzelaspekte wie die Anschlusstechnik fokussiert. Ziel ist es vielmehr, Experten aus unterschiedlichen Bereichen zusammenzuführen und gemeinsam die Infrastruktur für das IIoT aufzubauen. Wann rechnen Sie mit einer flächendeckenden Verbreitung? @Interview_Grundschrift:Seereiner: Die Vorteile von SPE sind unbestritten. Wir rechnen damit, dass sich in den nächsten zwei bis fünf Jahren die ersten durchgängigen Lösungen etabliert haben und signifikante Stückzahlen erreicht werden. Bis die Technologie den gesamten Automatisierungsmarkt durchdringt, kann es noch sieben bis zehn Jahre dauern. Wenn sich zeigt, dass sich mit SPE im industriellen Umfeld ähnliche Einsparungen erreichen lassen wie beim Einsatz im Automobilbereich, wird die Marktakzeptanz sicherlich schneller von statten gehen.

Welzel: In der Automatisierung benötigt es zweifellos einige Zeit, bis sich ein Technologiewechsel vollziehen kann, da alle benötigten Geräte mit der Technik ausgerüstet werden müssen. Eine verlässliche Abschätzung darüber, ab wann eine ausreichende Menge an Geräten mit SPE-Technik verfügbar sein wird, ist nicht leicht. Wir rechnen mit ersten Geräten zur SPS im November 2020. Eine flächendeckende Verbreitung von SPE sollte dann innerhalb der nächsten fünf Jahre möglich sein. Erste Anwendungen werden in der Bahnindustrie, bei kleinen Robotern und autonomen Transportsystemen umgesetzt werden, da man in diesen Bereichen zum Teil händeringend nach Möglichkeiten zur Miniaturisierung und einer schlankeren Verkabelung sucht.

Welche Rolle wollen Sie bei der Einführung von SPE in der Industrie übernehmen?

Seereiner: Mit den Playern der SPE System Alliance – wie Moxa, Phoenix Contact, Sick und Microchip, um nur einige zu nennen – haben sich führende Industrieunternehmen vorgenommen, die SPE-Technologie am Markt zu etablieren. Erste marktfähige Produkte werden bereits zur Hannover Messe gezeigt.

Welzel: Das SPE Partner Network ist im Verbund der Technologieführer gleichzeitig Investitionsgrundlage, Produktanbieter und Berater. In unseren Augen ist es wichtig, auch andere Organisatoren als Partner zu gewinnen. Daher haben wir das Partnernetzwerk auch schon bei der PNO vorgestellt und werden dies auch bei weiteren Gruppen machen. Unser Netzwerk freut sich über jegliche Kooperation, um SPE als Technologie nachhaltig zu positionieren.

Simon Seereiner ist Head of Product Management Sensor-Aktor-Interface / Industrial Ethernet bei Weidmüller.

Frank Welzel ist Director Global Product Management bei Harting Electronics.

Das könnte Sie auch Interessieren

Bild: AMA Fachverband für Sensorik und Messtechnik e.V.
Bild: AMA Fachverband für Sensorik und Messtechnik e.V.
Sensorik und Messtechnik: Umsatz und Auftragslage stabil

Sensorik und Messtechnik: Umsatz und Auftragslage stabil

Die Branche der Sensorik und Messtechnik verzeichnete bereits im ersten Quartal einen deutlichen Umsatzanstieg, im zweiten Quartal stabilisieren sich die Umsätze bei einem Plus von einem Prozent. Die Auftragseingänge der Branche bleiben stabil bei plus einem Prozent. Kurzarbeit war auch im zurückliegenden Quartal in der Sensorik und Messtechnik nicht mehr relevant.

Bild: TeDo Verlag GmbH
Bild: TeDo Verlag GmbH
„Stellschrauben neu justiert“

„Stellschrauben neu justiert“

In der Automatisierungstechnik ist viel in Bewegung. Einerseits halten neue Technologien Einzug, die den
Anbietern neue Geschäftsmodelle und den Anwendern neue Möglichkeiten versprechen. Andererseits sieht sich die Branche als tragende Säule der Fertigungsindustrie verschiedenen neuen Herausforderungen gegenüber.
Inmitten dieses Wandels hat sich im Hause Sigmatek ein Generationswechsel vollzogen. Das SPS-MAGAZIN
hat bei Geschäftsführer Alexander Melkus nachgehakt, wie sich die Verjüngungskur in der Chef-Etage auf die Strategie und die technologische Roadmap des Unternehmens auswirkt.