Die Produktionsanlagen von heute sind moderne Wunderwerke, die die Leistung und die Fähigkeiten hochgradig vernetzter Maschinen deutlich werden lassen. Zwar spielt die drahtlose Konnektivität eine große Rolle, aber Kupferkabel genießen nach wie vor das Vertrauen industrieller Ingenieurteams. Im Laufe der Jahre wurden mit Hilfe zahlreicher Netzwerktechnologien Geräte entwickelt, die zu einer optimierten Automatisierung der Fabriken beigetragen und damit die Effizienz gesteigert und die Kosten für Waren gesenkt haben. Da jedoch die Zahl der benötigten Sensoren und Aktuatoren weiter steigt, werden diese älteren Technologien zunehmend durch Ethernet-Konnektivität ersetzt.

Ethernet kommt in der Industrieautomatisierung schon seit einiger Zeit zum Einsatz. Es wird hauptsächlich auf Unternehmensebene als Daten-Backbone und in Applikationen eingesetzt, bei denen es aufgrund seines Datendurchsatzes klare Vorteile bietet, wie z. B. bei Bildverarbeitungssystemen. Feldbusnetzwerke werden dann über SPS und Protokollkonverter angebunden. Herkömmliche Ethernet-Kabel und -Steckverbinder sind mit ihren vier verdrillten Kabelpaaren und RJ45-Steckverbindern jedoch nicht für sämtliche in der Industrie verwendeten Geräte geeignet. Dank Single Pair Ethernet (SPE) wird sich das bald ändern.

Ein Standard für alle

SPE übernimmt einen Großteil der bestehenden Ethernet-Standards sowie aktuelle Weiterentwicklungen wie Time Sensitive Networking (TSN) und fügt neue physikalische Ebenen hinzu. IEEE 802.cg 10BASE-T1 bietet Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 MBits/s über Kabellängen von bis zu 1.000 m und ist damit ideal für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (PtoP) in der Prozessindustrie, wo große Verbindungslängen gefragt sind. Die Variante 10BASE-T1S ermöglicht Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen (P2MP), bei denen sich mindestens acht Knoten die Bandbreite teilen. Im Gegensatz dazu bietet IEEE 802.3bp 1000BASE-T1 eine Geschwindigkeit von 1 Gbit/s über 40 m geschirmtes verdrilltes Kabel (15 m ungeschirmtes Kabel).

Durch die Verwendung einer einzigen verdrillten Doppelleitung wird nicht nur die Verkabelung vereinfacht, sondern die Kabelinstallationen sind auch leichter und ermöglichen eine höhere Kabeldichte. Zudem lassen sie einen engeren Biegeradius zu als herkömmliche Ethernet-Kabel und alternative Feldbustechnologien, die mehr als zwei Drähte benötigen. Daher ist SPE sowohl für die Geräte- als auch für die Sensorebene attraktiv.

Auch die Stromversorgung ist vorgesehen. Beim klassischen Ethernet wird dies als Power over Ethernet oder PoE bezeichnet. Diese Technologie setzt jedoch die Verfügbarkeit von mindestens zwei verdrillten Doppelleitungen voraus. Für SPE steht Power over Data Lines (PoDL, 802.3bu) zur Verfügung, das den Endgeräten zwischen 0,5 W und 50 W bereitstellt.

Wenn Daten und Strom definiert sind, ist der Steckverbinder das letzte Puzzlestück. Ein RJ45 mag zwar für das Büro und zu Hause ausreichen, aber ihm fehlt die Robustheit und der Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, die in industriellen Installationen benötigt werden, ganz zu schweigen davon, dass er sechs Anschlüsse zu viel für SPE hat. Anbieter wie Amphenol haben sich auf die Norm IEC 63171-6 geeinigt, die zwei- und vierpolige Steckverbinder für Strom und Daten mit Übertragungsfrequenzen von bis zu 600 MHz unterstützt.

Robuste Konnektivität

Für Teams, die Geräte für staubige und feuchte Umgebungen installieren und bauen, sind Steckverbinder erforderlich, die einen angemessenen Schutz vor Feuchtigkeit bieten. Niemand möchte jedoch bei der Installationsfreundlichkeit Abstriche machen. Die IP67 M12 SPE-Steckverbinder von Amphenol mit Push-Pull-Formfaktor bieten Robustheit für alle Anwendungen, von Sensoren mit niedriger Datenrate bis hin zu Gigabit-Vision-Systemkameras. PoDL wird auch bis zu 60 V/4 A unterstützt.

Die Steckverbinder verfügen über eine Sicherheitsverriegelung mit einer Mindesthaltekraft von 100 N und bieten außerdem eine 360°-EMV-Abschirmung. Die Anschlussbuchsen für den Schalttafeleinbau enthalten Dichtungen und Befestigungsmuttern in einem Zinkdruckgussgehäuse und sind in rechtwinkligen und vertikalen Anschlussvarianten für Leiterplatten sowie mit Lötkelchen erhältlich. Die Steckverbinder unterstützen 28 bis 18 AWG in der Lötvariante oder 28/7 bis 25/7 AWG für die Schneidklemmenversionen (IDC). Es sind auch Kabelkonfektionen mit Plug-to-Pigtail- oder Plug-to-Plug-Optionen in Längen von 0,5 m erhältlich.

Wenn der Schutz vor Feuchtigkeit weniger wichtig ist, können Entwickler die IP20-Steckverbinder der SPE-Serie verwenden. Die Buchsen für die Leiterplattenmontage sind in vertikaler und rechtwinkliger Ausführung erhältlich und bieten den Entwicklern von Sensoren und Aktuatoren mehr Flexibilität. Der Stecker verfügt über eine positiv verriegelnde, daumenbetätigte Metallverriegelung mit einer Haltekraft von 50 N. In gestecktem Zustand bieten sie außerdem eine 360°-Signalabschirmung und unterstützen 60 V/4 A in PoDL-Installationen.

Natürlich wird in der Industrieautomation bei einigen Applikationen und Schaltern immer noch die traditionelle vierpaarige CAT6A-Verkabelung verwendet, wobei Steckverbinder zum Einsatz kommen müssen, die nicht versehentlich gelöst werden können. Die IP6X-Rechtecksteckverbinder von ix Industrial mit Push-Pull-Funktion sind vor Ort konfektionierbare Steckverbinder mit zwei Metallverriegelungen, die klein und leicht sind und ergonomisch geformt sind. Sie entsprechen der Norm IEC 61076-3-124 und lassen sich mit den standardmäßigen IP20-Buchsen von ix Industrial verbinden. Von den zehn Kontakten können acht für Ethernet verwendet werden, sodass zwei für die Stromversorgung oder andere Zwecke frei bleiben.

Im Vergleich zu RJ45-Steckverbindern können ix Industrial-Buchsen mit fast halb so viel Abstand montiert werden (10 mm gegenüber 19 mm), sind 40 % kürzer als vertikale RJ45 und insgesamt 75 % kleiner. Das ermöglicht eine größere Portdichte für platzsparende Designs. Außerdem übertreffen sie die Anforderungen von PoE++ (802.3bt) bezüglich der Gesamtleistung von 100 W.

Fazit

Dank SPE wird Ethernet endlich zu einer Option für die gesamte Hierarchie der Fabrikautomation und ermöglicht es industriellen Ingenieurteams, die Installation von Geräten in Fabriken und Produktionsanlagen zu vereinfachen. Mit seinen standardkonformen Steckverbinderlösungen bietet Amphenol den Entwicklern robuste, geschirmte Steckverbinder, die sich einfach vor Ort installieren lassen und platzsparende Innovationen auf der Leiterplatte bieten.