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Single Pair Ethernet – HARTING T1 Industrial

T1-Verbindungstechik macht Ethernet einfach und kostengünstig – von der Cloud bis zum kleinsten Sensor einsetzbar

Ein Adernpaar ist genug - Let's Twist!

Unser kleiner Gigant Tw1ster bringt Daten und Power mit einem Adernpaar an bisher unerreichte Orte und wirbelt bekannte Bussysteme durcheinander. HARTING setzt bei Single Pair Ethernet (SPE) auf eine Allianz aus Forschung, Industrie und Standardisierung. Im Rahmen dieser Allianz haben sich internationale Standardisierungsgremien in einem mehrstufigen Auswahlprozess für ein SPE Steckgesicht der Technologiegruppe HARTING entschieden. Damit haben auch die Entwickler von neuen Geräten oder von Sensor/Aktor-Technik Planungssicherheit und können aktiv mit der Implementierung von SPE in die jeweilige Gerätetechnik beginnen.

Tw1ster hat mit einpaariger Ethernet Übertragung nicht nur Superhelden-Visionen im Gepäck, sondern jetzt auch eine verabschiedete Norm IEC 63171-6 (ehemals IEC 61076-3-125) im Rücken. Nach einem mehrstufigen Auswahlprozess hat sich das internationale Standardisierungsgremium IEC nun entschieden und den HARTING Vorschlag zum zukünftigen Single Pair Ethernet Steckgesicht für Industrieanwendungen gekürt. Wir gratulieren unserem Helden und sind auch zukünftig für Sie in der Standardisierung aktiv.

Ausgezeichnet! Tw1ster ist nun standardisiert nach IEC 63171-6

Die Entwicklung, hin zu immer kleineren und leistungsfähigeren Geräten kennt man aus der IT Welt. Doch auch in anderen Branchen hält dieser Trend Einzug. Trotz höherer Datenraten und der parallelen Übertragung von Leistung (Fernspeisung) müssen Verkabelungskomponenten kleiner und leichter werden. Die neue Single Pair Ethernet-Technologie SPE, auf Basis von Übertragungsstandards nach IEEE 802.3, wird gerade in neue Automobilgenerationen implementiert und ersetzt dort CAN und andere Bussysteme. Steuerungen, Kommunikation und Sicherheitsfunktionen laufen zukünftig einheitlich über Ethernet. Eine grundlegende Voraussetzung für vernetztes oder später auch autonomes Fahren.

SPE ermöglicht jetzt die Datenübertragung per Ethernet über nur eine Doppelader und auch eine gleichzeitige Spannungsversorgung von Endgeräten via PoDL – Power over Data Line. Bisher waren dafür zwei Doppeladern für Fast Ethernet (100MB) beziehungsweise vier Doppeladern für Gigabit Ethernet notwendig. Diese Vorteile möchte man auch in der Industrieautomatisierung nutzen. Hier erlaubt SPE die barrierefreie Anbindung von Geräten, Sensor-/Aktortechnik uvm. mittels durchgängiger TCP/IP-basierter Kommunikation bis in die Feldebene. Diese Ausrüstung von einfachen Sensoren oder Kameras, Lese- und Identifizierungsgeräten und ähnlichem mit Ethernet-Schnittstellen unterstützt die Umsetzung von Integrated Industry und IIoT.

HARTING T1 Industrial IP Steckverbinder und Gerätebuchse

Hier liefert SPE den entscheidenden Unterschied zu Bussystemen oder analogen Strom- und Spannungsschnittstellen, wie sie heute noch in der Feldebene vorzufinden sind. So wird die Feldebene smart und reduziert damit den Aufwand bei Parametrierung, Initialisierung und Programmierung. Aufbau, Betrieb und Wartung von Anlagen werden effizienter und kostengünstiger. SPE in Maschinen, Robotern oder in der Bahntechnik trägt zusätzlich zu Gewichts- und Platzeinsparungen bei. Die gesamte Verkabelung wird einfacher und lässt sich zudem wesentlich schneller installieren.

Durchgängige Kompatibilität von Geräten, Kabeln und Steckverbindern

Voraussetzung für den großflächigen Einsatz und somit für die erfolgreiche Vermarktung der SPE Technologie ist die durchgängige Kompatibilität von Geräten, Kabeln und Steckverbindern. Das wird über die internationale Standardisierung sichergestellt (ISO/IEC und IEEE 802.3). Für die Verkabelung und die Auswahl normierter SPE Steckgesichter gab es Anfang 2018 einen über ISO/IEC international aufgesetzten Auswahlprozess, an dem sich über 20 internationale Expertengremien beteiligten. Im Ergebnis dieser Wahl haben sich zwei Steckgesichter durchgesetzt:

Mit SPE und einer miniaturisierten Schnittstelle eröffnet HARTING ganz neue Möglichkeiten in der Automatisierung
  • für die Gebäudeverkabelung das Steckgesicht nach IEC 63171-1: dieses Steckgesicht basiert auf dem Vorschlag der Firma CommScope und ist unter dem Synonym Variante 1 (LC style) für M1I1C1E1 Umgebungen bekannt
  • für die Industrie und industrienahe Anwendungen das Steckgesicht nach IEC 63171-6 (ehemals IEC 61076-3-125): dieses Steckgesicht basiert auf dem Vorschlag von HARTING, ist speziell für den Einsatz in bis zu M3I3C3E3 Umgebungsbedingungen konzipiert und als Variante 2 (industrial style) bekannt. Dieses SPE Steckverbinderkonzept kann sowohl 1GBit/s für kürzere Strecken als auch 10Mbit/s für die weiten Distanzen mit einem untereinander steckkompatiblen Steckgesicht realisieren.

MICE beschreibt Umgebungsbedingungen für Installationen und gibt Planern und Anwendern somit wertvolle Hinweise zur Spezifikation technischer Ausrüstungen und Verkabelungen. Dabei werden wesentliche Anforderungen zur mechanischen Robustheit (M), zum IPxx Grad (I), zu chemischer und klimatischer Widerstandsfähigkeit (C) und zur elektromagnetischen Sicherheit (E) beschrieben. M1I1C1E1 beschreibt eine Umgebung, wie sie z.B. in einem Bürogebäude vorzufinden ist und M3I3C3E3 eine recht extreme Umgebung, wie sie in der Industrie oder im Außenbereich vorkommen kann.

Für HARTING ist SPE ein Technologiethema und Start für viele Neuproduktentwicklungen

Für den Anwender ist SPE aber nicht nur eine Chance, sondern auch eine Herausforderung. Ist die neue Technik so sicher, wie die bisherige Lösung? Kann SPE auch in der Prozessautomatisierung mit Leitungslängen von 1000m eingesetzt werden? Wieviel Leistung kann das Endgerät beanspruchen? Wann stehen SPE Verbinder und Kabel zur Verfügung und sind diese hinreichend standardisiert? HARTING nimmt diese Fragestellungen sehr ernst und hat sich entschieden, sie im Rahmen einer Technologiepartnerschaft zu beantworten.

Dabei hilft die Initiative des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit dem Programm WIPANO –„Wissens und Technologietransfer durch Patente und Normen“. HARTING, die Hochschule Reutlingen und LEONI arbeiten im Verbundprojekt NG200 an drängenden Fragen rund um SPE und bringen die Ergebnisse gleichzeitig in die Internationale Standardisierung ein. Diese konnte vor kurzem mit der IEC 63171-6 für ein industrietaugliches einpaariges Steckgesicht einen wichtigen Schritt in Richtung gewichts- und platzsparender Verkabelung gehen.

Weiterhin wird in der IEC 61156-xx an den SPE Kabeln und im ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 sowie im IEC SC 65/JWG 10 an den dazugehörigen Verkabelungsnormen ISO/IEC 11801 und IEC 61918 mit Installationsrichtlinien und Grenzwerten für SPE gearbeitet. In einem weiteren Schritt wird innerhalb des Verbundprojekts der Frage nachgegangen, wo die technischen Grenzen von SPE Übertragungskanälen liegen. Der Anwender für SPE wird also ab 2019 nicht nur Produkte zur Verfügung haben, sondern auch gültige Standards sowie Richtlinien zu Installation und Test der Komponenten. Die HARTING Technologiepartnerschaft liefert den Kunden Hilfestellung bei der Implementierung von SPE und somit echte Wettbewerbsvorteile. Auf Basis dieses Steckgesichts bereitet HARTING ein umfassendes Produktportfolio für die Industrie vor.

Lesen Sie hier Fachartikel zum T1 Industrial®

Single Pair Ethernet - FAQ

Was ist Single Pair Ethernet?

Single Pair Ethernet (SPE) ermöglicht erstmals kosteneffektiv die Nutzung von Ethernet in der gesamten industriellen Automatisierung. Single Pair Ethernet übertragt mit nur einem Adernpaar Daten mit Geschwindigkeiten bis zu 1GBit/s. Damit ist SPE perfekt gemacht für industrielle Anwendungen im Zeitalter von Industrie 4.0 und IIoT. Detaillierte Informationen zu Single Pair Ethernet bietet das kostenlose eBook Single Pair Ethernet.

Welche Vorteile hat Single Pair Ethernet im Gegensatz zu bisherigem Ethernet?

Bisheriges Ethernet benötig zwei oder vier Adernpaare. SPE hingegen nur noch eins. Das bedeutet die Einsparung von Kosten, Gewicht und erschließt durch geringere Größe neue Geräte und damit die industrielle Feldebene. SPE schafft damit die Grundlage für das IIoT.

Welche Standards für Single Pair Ethernet Stecker haben sich durchgesetzt?

2018 gab es einen internationalen Auswahlprozess durch die Gremien ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 und TIA 42 zur Festlegung einheitlicher SPE-Schnittstellen. Im Ergebnis dieser Wahl von über 20 Gremien haben sich zwei Steckgesichter durchgesetzt:

  • für die Gebäudeverkabelung (M1I1C1E1) das Steckgesicht nach IEC 63171-1: Firma CommScope;
  • für die Industrie und industrienahe Anwendungen (M2I2C2E2 und M3I3C3E3) das Steckgesicht nach IEC 63171-6 (bisher IEC 61076-3-125): Harting T1 Industrial.

Damit besteht global große Einigkeit über die SPE-Schnittstellen.

Kann mittels Single Pair Ethernet auch Leistung/Power übertragen werden?

Für die neuen SPE Übertragungsstandards ist auch die Leistungsübertragung genormt. Unter dem Namen PoDL-Power over Data Line können effektiv bis zu 50W Leistung eingespeist werden.

Welche Datenrate kann über Single Pair Ethernet übertragen werden?

Die heute bereits zur Verfügung stehende Ethernet Technologie nach IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 liefert 1GBit/s Übertragungsgeschwindigkeit über nur ein Adernpaar Kupferverkabelung. Aktuell wird bei IEEE an einem weiteren Standard für noch höhere Datenraten bis 10Gbit/s (IEEE 802.3ch) gearbeitet, der für hochauflösende Sensoren und Videoübertragungen benötigt wird. Außerdem wird ein Standard für nur 10Mbit/s (IEEE 802.3cg) erstellt. Dieser Standard erlaubt Übertragungsstrecken bis 1.000 m und kann damit nahezu alle Feldbusse ersetzen.

Woher kommt die Single Pair Ethernet Technologie?

Ausgangspunkt für die Entwicklung von SPE ist der BroadR-Reach Standard, der von der Broadcom Corporation entwickelt wurde. Nachdem die Automobilindustrie auf der Suche nach einem Nachfolger für den CAN-Bus dieses neue TCP/IP basierte Übertragungsverfahren identifiziert hatte, wurde der erste SPE-Standard von der IEEE 802.3 als Standard 100BASE-T1 in IEEE 802.3bw-2015 Clause 96 veröffentlicht. Nun wird SPE auf die Anforderungen der Industrie angepasst.

Bietet Single Pair Ethernet Vorteile in der Automatisierung?

Mit durchgängig normierter SPE Infrastruktur kann Ethernet erstmalig sinnvoll von der Cloud bis in die Sensor-Aktornetzwerke der Feldebene vordringen. Damit werden Medienbrüche vermieden und eine einheitliche Kommunikationsbasis geschaffen. Die Realisierung des IIoT.

Welche Standards gibt es für Single Pair Ethernet-Steckverbinder?

Folgende Normenprojekte für SPE Steckverbinder sind derzeit in Arbeit:

  • IEC 63171 – Basisnorm mit allen notwendigen Spezifikationen und Prüfsequenzen (CD in Vorbereitung)
  • IEC 63171-1 – SPE Steckverbinder der Firma CommScope auf Basis der LC Verriegelung für M1I1C1E1 Anwendungen (CDV verfügbar)
  • IEC 63171-2 – SPE Steckverbinder der Firma Reichle & De-Massari für M1I1C1E1 Anwendungen (CD verfügbar)
  • IEC 63171-3 – SPE Steckverbinder der Siemon basierend auf einem Paar des bekannten Tera Steckverbinders für M1I1C1E1 Anwendungen (NP verfügbar)
  • IEC 63171-4 – SPE Steckverbinder der Firma BKS für M1I1C1E1 Anwendungen (NP verfügbar)
  • IEC 63171-5 – SPE Steckverbinder der Firma Phoenix Contact basierend dem IEC 63171-2 Steckgesicht für M2I2C2E2 und M3I3C3E3 Anwendungen (CD verfügbar)
  • IEC 63171-6 (bisher IEC 61076-3-125) – SPE Steckverbinder der Firmen HARTING und TE Connectivity für M2I2C2E2 und M3I3C3E3 Anwendungen (CDV verfügbar, FDIS in Vorbereitung und finale Veröffentlichung 2019)

Was sind die Vorteile von Single Pair Ethernet für die Automatisierung?

SPE ermöglicht in der Automatisierung die Anbindung der Feldebene mit Gbit/s Ethernet. Damit werden Medienbrüche überflüssig und jeder Sensor wird mit TSN echtzeitfähig.

Was sind die Vorteile von SPE in Bahnanwendungen?

SPE Kabel wiegen pro 100 Meter etwa 1,6 kg weniger als Standard Ethernet-Kabel. Mit dieser Gewichtseinsparung kann ein Bahnbetreiber über einen Lebenszyklus etwa 14.000 Euro Betriebskosten einsparen.

Bietet Single Pair Ethernet Vorteile in der Robotik?

SPE Kabel sind mit nur noch einem Adernpaar deutlich dünner und damit flexibler als Standard Ethernet-Kabel. Je dünner das Kabel ist, desto mehr Biege,- und Torsionszyklen widersteht es. Das bedeutet im Ergebnis eine längere Lebensdauer und Kostenersparnis. Damit ist SPE die ideale Verkabelung für zukünftige Robotikanwendungen.

Kann man Single Pair Ethernet über bestehende Netzwerkkabel übertragen?

Das sogenannte Cable Sharing, also die Übertragung von SPE über vierpaarige Ethernetkabel ist theoretisch möglich aber nicht sinnvoll. Die Übertragungslänge für 1GBit SPE ist momentan noch auf 40 Meter beschränkt. Für eine sichere Übertragung müsste das Kabel einen Cat.7 Standard erfüllen. Dies ist sehr selten der Fall. SPE ist sinnvoller als Ergänzung zu Standard Ethernet und als Ersatz für Feldbusse zu sehen.

Für welche Anwendungen macht Single Pair Ethernet Sinn?

Durch sehr kleine Gerätebuchsen ist SPE die ideale Technologie für moderne Kamerasensoren in industriellen Anwendungen. Sie benötigen hohe Datenraten über eine kleine und robuste Schnittstelle. Diese Anforderungen erfüllt unser HARTING T1 Industrial nach IEC 63171-6.