Lesedauer: 10min
RJ45, Steckgesichter und die Prozessindustrie
Hypothesen von SPE

Jun 29, 2020 | Industrial Ethernet & TSN

Single Pair Ethernet (SPE) wurde entwickelt, um eine der letzten großen Lücken in einer TCP/IP-orientierten Netzwerkwelt schließen – die Lücke zwischen der klassischen IT und der Sensorik. Somit ist SPE keine ­Ablöse für bestehende vierpaarige Ethernet-Netze. Es geht darum, Sensor-/Aktornetzwerke barrierefrei an unsere IT-Netze anzudocken. Deshalb gilt SPE auch als Enabler für das IIoT. Was das bedeutet, soll der ­folgende Artikel beleuchten. Gleichzeitig räumt er mit einigen Hypothesen auf.
Bild: Harting Electric GmbH & Co. KG

SPE ist als Antwort auf die Frage konzipiert, wie zukünftige Automatisierungslösungen aussehen müssen, damit sie erfolgreich am Markt umgesetzt werden können. Die Frage hat drei Branchen besonders umgetrieben: die Automobilindustrie, die Industrieautomatisierung und die Gebäudeautomatisierung. Alle drei Anwendungsfelder benötigen für den nächsten Schritt in den jeweiligen Automatisierungslösungen ungehinderten Zugang zur Sensor/Aktor-Ebene. Nur so lässt sich im Auto autonomes Fahren umsetzen, in der Industrie die intelligente Fabrik oder in der Gebäudeautomatisierung das Smart Building realisieren.

Diese Überlegungen treiben die Entwicklung von SPE voran. Dass Verkabelung einfacher und Steckverbinder kleiner werden, ist ein zusätzlicher positiver Effekt aber nicht die Ursache für SPE.

Automobil, Indutrie, Gebäude

Doch wie wird die Implementierung von SPE in den drei größten Anwendungsfeldern aussehen und was bedeutet das für die Verkabelung? Im Auto muss SPE einfach, schnell und trotzdem stabil sein, bei zum Teil extremen Betriebsbedingungen. Die Verkabelung wird im Allgemeinen ungeschirmt und mit eigens entwickelter Verbindungstechnik erfolgen. Sie ist geprägt von einem einfachem Design, das Vorteile von Steckverbindern und Klemmen vereint und platzsparend in Blöcken zusammengefasst werden kann. Schon jetzt werden erste Modellreihen mit SPE ausgeliefert. In zehn Jahren soll diese Technik Standard sein und den heutigen CAN-Bus oder vergleichbare Lösungen abgelöst haben.

Bei der Industrieautomatisierung sieht das im Grunde ganz ähnlich aus. Auch hier spielen harte Umgebungsbedingungen eine wichtige Rolle beim Design der Verbindungstechnik. Allerdings werden in der Industrie aus EMV-Gründen überwiegend geschirmte Verkabelungen eingesetzt. Somit orientiert sich das Design der Steckverbinder für SPE hier an robusten geschirmten IP20-Verbindern bis hin zu IP65/67-geschützten M8- und M12-Varianten. In der Gebäudeautomatisierung ist wohl die spannendste Geschichte zu erwarten. Dort verbreitete Standards wie KNX, LON, EchoNet oder TRON müssen sich strategisch entscheiden, wie und in welchem Umfang sie zukünftig SPE nutzen wollen. Über den Innovationsdruck in der Sensortechnik werden sie an der neuen Technologie aber nicht vorbeikommen. Ob das wirklich zu weitreichendere Veränderungen führt, z.B. hin zu komplett Ethernet basierten, bleibt abzuwarten. Bei der Verkabelung kommen ungeschirmte und geschirmte Lösungen zum Einsatz, die bei weitem keine Robustheit wie in der Industrie aufweisen müssen.

Spezielle Anforderungsprofile

Bild: Harting Electric GmbH & Co. KG

In allen drei Bereichen Auto, Industrie und Gebäude spielt der RJ45-Standard bei der Einführung von SPE keine Rolle. Überlegungen zur Rückwärtskompatibilität von SPE zu RJ45 sind natürlich zulässig aber nicht wirklich sinnvoll. Es fehlen schlichtweg die Anwendungen.

Aber: Jeder Anwendungsbereich hat seine eigene Historie und sein ganz spezielles Anforderungsprofil. Das führt auch zu speziellen Designs bei SPE-Steckgesichtern. Eine allgemeingültige Lösung wird es nicht geben.

Vielmehr kristallisiert sich heraus, dass es entsprechend drei Steckgesichter geben wird.

-Eine fürs Auto (oder auch mehrere, je nach Hersteller)

-Eine für die Industrie

-Und eine für die Gebäudeinstallation

Lassen wir jetzt das Thema Auto einmal außen vor und sehen uns Industrie und Gebäudeinstallation weiter an, um der Frage auf den Grund zu gehen, warum sich Anbieter dort bisher nicht auf ein Steckgesicht einigen können. Die Steckerhersteller sind kein homogenes Gebilde, sondern sind Wettbewerber in einem Markt, der letztlich darüber entscheidet, welches Produkt viel und gern eingesetzt wird und welches durchfällt. Und das ist gut so, gerade für den Anwender, der dadurch viele Produkte zur Auswahl erhält und selbst entscheidet, wem er den Vorzug gibt.

Steckgesichter für Industrie und Gebäude

Die beiden Anwendungsfelder treffen sich – zumindest was die Verkabelung betrifft – in der Normenreihe ISO/IEC11801. Dort gibt es mit der 11801-3 einen Industrieteil und mit der 11801-6 einen Teil für die Gebäudeautomatisierung. Diese Tatsache hat die IEEE802.3 dazu veranlasst, im Rahmen der Verkabelungsstandardisierung nach einer Empfehlung für ein SPE-Steckgesicht zu fragen, was innerhalb SC 25/WG 3 Anfang 2018 zu einem Auswahlprozess führte. Als Basis ein Anforderungsprofil erstellt. Teil dieser Anforderung war die Zusicherung aller Bewerber, das selbst eingereichte Steckgesicht bei Erfolg auch zu Normen, um Steckkompatibilität zu gewährleisten und eine Patentfreiheit sicherzustellen. An diesem Auswahlprozess nahmen diverse Hersteller teil, stellten ihre Konzepte vor und brachten Ihr Knowhow in die Diskussion ein. Am Ende des Prozesses stellten sich alle Konzepte für SPE-Steckgesichter einer Wahl. Sie wurde nach den Regeln der ISO/IEC durchgeführt und 25 Länder beteiligten sich durch ihre National Commitees. Dabei hat jedes Land jeweils nur eine Stimme. Im Ergebnis gab es für das SPE-Industriesteckgesicht nach IEC63171-6 eine absolute Mehrheit, genauso, wie für das Steckgesicht nach IEC63171-1 für die Gebäudeinstallation.

Bild: Harting Electric GmbH & Co. KG

Mit der Festlegung der ISO/IEC auf ein SPE-Steckgesicht für die Industrie und eines für die Gebäudeinstallation gehen die Arbeiten an den weiterführenden Verkabelungsnormen nun sukzessive weiter. Dabei werden die Beschlüsse in die entsprechenden Papiere von ISO/IEC, TIA und IEEE eingearbeitet. Das Steckgesicht nach IEC63171-6 wird in die relevanten Verkabelungsnormen übernommen und dort verbindlich vorgeschrieben. Das betrifft im Einzelnen:

-ISO/IEC 11801-3 AMD-1: Information technology – Generic cabling for customer premises (Strukturierte Verkabelung) Teil 3: Industrie, AMD-1: SPE

-ANSI/TIA-1005-B Telecommunications Infrastructure Standard for Industrial Premises – SPE cabling

-IEC 61918 Ed 4.0 AMD-1: Industrial communication networks – Installation of communication networks in industrial premises, AMD-1 SPE

SPE und die ­Prozessautomatisierung

Aktuell gibt es auch eine Diskussion um die Bedeutung von SPE in der Prozessautomatisierung.

Ist dort alles komplett ­anders?

Dieser Markt hat in der Tat eine gewisse Sonderstellung innerhalb des breiten Spektrums an Industrieautomatisierungslösungen und mit Anwendungsbereichen wie Öl- und Gasindustrie, Chemie und Pharma oder Wasser/Abwasser ein spezielles Anforderungsprofil. Dieses Anforderungsprofil wird u.a. von großen Entfernungen geprägt, was wiederum Auswirkungen auf die Querschnitte der Kupferkabel hat. Weiterhin spielt das Thema Ex-Schutz nach IEC60079-0 und IEC60079-7 eine wichtige Rolle. Somit muss die Anschlusstechnik in einigen Einsatzfällen den Vorschriften zur Eigensicherheit genügen, was wiederum ein spezielles Design nach sich zieht. Auch Lösungen zur Fernspeisung sind davon betroffen. Vernetzungskonzepte mit SPE in der Prozessautomatisierung sehen z.B. den Betrieb von SPE-Switchen in ex-geschützen Bereichen vor. Das bedeutet wiederum höhere Leistungsanforderungen, die von PoDL nicht oder nur teilweise erfüllt werden können. Somit werden Anbieter auch auf eigene Fernspeisungskonzepte zurückgreifen.

Nun ist allerdings die Frage, welche Marktrelevanz die Prozessautomatisierung für die Entwicklung von IIoT und SPE hat. Nüchtern gesehen, eine recht geringe. Die Prozessautomatisierung stellt im Konzert der Lösungen für die Industrieautomatisierung einen einstelligen Prozentanteil dar. Der Sonderfall ex-Schutz darunter wiederum nur einen Bruchteil.

Die Prozessautomatisierung ist also nur ein Anwendungsfall für SPE in der Industrie. Aufgrund der speziellen Anforderungen sind teilweise auch Anpassungen erforderlich. Somit ist die Prozessautomatisierung nicht der Schrittmacher für SPE.

Autor: Rainer Schmidt, Harting Stiftung & Co. KG (Holding)
Firma: Harting Electric GmbH & Co. KG
www.harting.com

Märkte & Trends

Weitere Beiträge

Das könnte Sie auch interessieren