elektro AUTOMATION: Single Pair Ethernet – kurz SPE – wird häufig als Industrie-4.0-Bus beschrieben. SPE selbst liefert aber nur die Infrastruktur für die Industrial-Ethernet-Kommunikation, kein eigenes Protokoll?
Ralf Moebus (Lapp): SPE definiert die physikalische Ebene der Kommunikation, ohne sich auf ein Datenformat festzulegen. Dem Anwender wird diese Wahl ja bewusst offen gelassen. Die Bezeichnung Industrie-4.0-Bus adressiert deshalb vor allem den Punkt, dass es mit SPE nun wesentlich effizienter möglich ist, Komponenten aller Art im Feld anzubinden. Das liegt vor allem an der Reduzierung der Aderzahl von 8 auf 2, wodurch die Kabel günstiger werden. Gleichzeitig bedeutet das aber auch, dass es sich jetzt anbietet, Geräte ins Netzwerk zu integrieren, bei denen das aus Kostengründen bislang nicht erfolgt ist. Damit komme ich an zusätzliche Daten sehr viel einfacher heran – ganz im Sinne der Industrie 4.0. Je mehr Daten zur Verfügung stehen, desto mehr erfahre ich zu laufenden Prozessen und kann diese damit optimieren.
elektro AUTOMATION: Welche weiteren Vorteile bietet die SPE-Infrastruktur?
Moebus: Zum einen das Thema Gewichtsreduzierung – das spielt neben der Automobilindustrie in allen mobilen Anwendungen eine wichtige Rolle, unter anderem auch bei fahrerlosen Transportsystemen oder in der Robotik. Letztendlich reduziert sich damit die bewegte Masse, so dass der CO2-Fußabdruck sinkt. Und weil weniger Kupfer benötigt wird, sinken die Kosten. Zum anderen ist in industriellen Anwendungen vor allem der geringere Installationsaufwand ein entscheidender Vorteil. Typischerweise findet das ja im Feld statt – 2 anstelle von 8 Adern anzuschließen, geht schlicht schneller, das ist einfache Mathematik. Außerdem sinkt dabei die Fehleranfälligkeit. Das geringe Gewicht kommt übrigens auch hier der möglichen Dynamik zugute.
elektro AUTOMATION: Können Sie das kurz erläutern?
Moebus: Verbunden mit dem geringen Gewicht ergibt sich ja eine leichtere, damit aber auch platzsparende und wesentlich dünnere Leitung. Die lässt sich leichter beziehungsweise mit mehr Dynamik bewegen, etwa in Schleppketten. Möglicherweise kann die Kette in der Summe auch kleiner werden und ein dünnes Kabel mit nur 2 Adern ermöglicht auch einen geringeren Biegeradius. Die innere Komplexität einer SPE-Leitung ist deutlich geringer mit nur einem Aderpaar; es lässt sich viel einfacher biegen, ohne dass es beschädigt wird. Bei 4 Paaren entsteht schon deutlich mehr Reibung. Generell fördert dies den Bau kleinerer Anlagen – hilfreich vor allem bei Platzmangel. Vorteile ergeben sich übrigens gerade beim Einsatz in Energieketten auch bezüglich der Langlebigkeit.
elektro AUTOMATION: Wie sieht es mit der Distanz aus, über die sich mit SPE Daten übertragen lassen?
Moebus: Das ist ein weiterer Punkt, warum der Begriff Industrie-4.0-Bus gar nicht so falsch ist. Kupferbasiertes Ethernet ist heute auf 100 m Distanz begrenzt – SPE kann bis zu 1000 m. Nicht zuletzt ist das ja auch einer der Gründe, warum die Prozesstechnik mit Advanced Physical Layer – kurz APL – auf den SPE-Zug aufgesprungen ist. SPE ermöglicht echte Industrie-Performance.
elektro AUTOMATION: Es gab ja aber sicher Gründe, klassische Ethernetkabel mit 8 Adern auszustatten. Kann ich nun einfach 6 Adern weglassen, ohne dass dies der Performance schadet?
Moebus: SPE ist eher als ein Downsizing zu verstehen – 2 Adern können nicht die gleiche Leistung bringen wie 8 Adern. Lassen Sie uns zur Erklärung aber einen Blick auf die Physik werfen: Grundsätzlich gibt es bei einer digitalen Datenübertragung einen Zusammenhang zwischen Frequenz und Leitungslänge – je höher die Frequenz, desto geringer die Leitungslänge. Andererseits wird eine höhere Frequenz benötigt, um mehr Daten zu übertragen und die Datenübertragungsrate zu steigern. Das führte mit steigenden Anforderungen in Büroanwendungen oder Datacentern – für die war Ethernet ja zunächst vorgesehen – zu einer höheren Aderzahl. In industriellen Anwendungen fallen aber nun gerade nicht immer hohe Datenmengen an – einfache Sensoren senden nur wenige Daten. Entsprechend kann ich auch größere Leitungslängen zulassen. Will heißen: SPE ist bewusst auf diese Anforderungen industrieller Anwendungen hin entwickelt worden. Dementsprechend wird SPE das klassische Ethernet auch nicht verdrängen. Speziell im IT-Bereich und damit etwa bei der Anbindung an Internet und Cloud wird letzteres weiter gebraucht und auch installiert.
elektro AUTOMATION: Sie hatten die Prozessindustrie schon angesprochen. Ein Gedanke bei APL war dort ja, die häufig anzutreffende Zweidraht-Verdrahtung weiter nutzen zu können – geht das tatsächlich so problemlos?
Moebus: Prinzipiell ja – aber im Einzelfall sollte erst geprüft werden, ob das vorhandene Kabel die Anforderungen an die Übertragungseigenschaften der Leitung erfüllt. Nur so lässt sich letztlich sicherstellen, dass sich SPE dann über die gegebene Länge der Leitung auch übertragen lässt. Wir gehen aber davon aus, dass es demnächst Guidelines zu vorhandenen Leitungstypen gibt, mit Aussagen dazu, ob sich diese für SPE eignen.
elektro AUTOMATION: Lassen sich SPE-fähige Leitungen durch Lapp auch einfacher herstellen?
Moebus: SPE-Leitungen beinhalten prinzipiell ein Aderpaar einer Cat-7-Leitung – insofern können wir SPE-Leitungen sehr einfach herstellen; gegenüber einer Cat-7-Leitung natürlich durch die geringere Aderzahl wesentlich schneller. Interessant wird es bei Hybridleitungen, um etwa Daten und Energie zu übertragen. Deren Aufbau wird natürlich ebenfalls einfacher, weil ich weniger Adern einbringen muss. Das eröffnet Freiräume und konstruktiv sind neue Leitungsvarianten denkbar. Letztlich hängt das aber immer sehr von der Anwendung ab – eine Schleppkette stellt andere Anforderungen als eine Windkraftanlage.
elektro AUTOMATION: Wie sieht die weitere Road-Map von Lapp aus?
Moebus: Wir bieten bereits ein erstes Kabel-Portfolio für SPE an, speziell für den industriellen Anwendungsbereich und verschiedene Verlegearten, bis hin zum Einsatz in der Schleppkette. Als nächstes werden folgen Patch Cords bestehend aus Kabel und Steckverbinder sowie feldinstallierbare Feldsteckverbinder, die üblicherweise wegen der Schneid-Klemm-Technik etwas komplexer sind. Zu guter Letzt folgt dann das Thema Switche, denn wir wollen unseren Kunden ja eine komplette Netzwerklösung auch für das Thema SPE bereitstellen – da gehört die aktive Netzwerktechnik dazu.
Weitere Informationen zum Thema SPE:
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