Kabel für Single Pair Ethernet: Wo geht die Reise hin?
Welche SPE-Lösungen im Vergleich zu bisherigen Kommunikationsstandards überzeugen können
In der industriellen Kommunikation gilt Single Pair Ethernet (SPE) als einer der wichtigsten Trends für die Zukunft. Vorzüge der neuen Verbindungstechnologie mit nur einem Aderpaar sind unter anderem eine hohe Geschwindigkeit bei der Datenübertragung, ein geringerer Platzbedarf und niedrigere Kosten. Doch in welchen konkreten Anwendungen ist der Einsatz künftig denkbar, welche Kabeltypen werden dafür benötigt, und wie schneidet SPE im Vergleich mit bestehenden Kommunikationsstandards ab? Diesen Fragen widmete sich HELUKABEL in dem Webinar „Single Pair Ethernet Cabling“ im Rahmen der Reihe „SPE Pioneer Summit“.
Aktuell finden sich im industriellen Umfeld verschiedene Kommunikationssysteme wie etwa Profinet, CAT 5e und 6a, Industrial Ethernet oder Ethercat. Single Pair Ethernet hat das Potenzial, diese Technologien in zahlreichen Anwendungen zu ersetzen – dank Datenübertragung in Gigabit-Geschwindigkeit und gleichzeitiger Energieversorgung über nur ein Aderpaar. Die smarte, flexible, platz- und kostensparende Lösung ermöglicht eine Echtzeit-Kommunikation bis in die Feldebene.
Grundvoraussetzung für den Einsatz von SPE ist das Vorhandensein einer entsprechenden technischen Infrastruktur – von Endgeräten und Steckverbindungen bis hin zur Verkabelung. Um Herstellern und Anwendern den Umstieg zu erleichtern, wurden für SPE die gleichen Kabelklassifizierungen festgelegt, die bereits aus Profinet bekannt sind:
- Typ A: Leitungen mit Volldraht zur festen Installation
- Typ B: Leitungen mit Litzenleiter für flexible Anwendungen oder Vibrationen
- Typ C: Leitungen mit Litzenleiter für hochdynamische Anwendungen (z.B. Schleppketten)
- Typ R: Torsionsfähige Leitungen mit Litzenleiter für Robotik-Anwendungen
Schleppketten- und Roboterleitungen unterscheiden sich hauptsächlich durch die jeweilige Schirmung, die besonders auf Biege- bzw. Torsionsbelastbarkeit ausgelegt ist.
Jeder Kabeltyp lässt sich zudem mit unterschiedlichen Mantelmaterialien ausstatten, um den jeweiligen Einsatzzweck optimal zu erfüllen. Leitungen der Typen A und B sind typischerweise mit PVC ummantelt, es stehen jedoch auch zahlreiche halogenfreie, lebensmittelgeeignete, öl- und chemikalienbeständige Alternativen sowie Armierungen zur Auswahl. Leitungen vom Typ C sind in Ausführungen aus PUR, PVC und Santoprene machbar, Roboterleitungen vom Typ R ebenfalls in PUR und Santoprene.
| Mantel | halogenfrei | flamm- widrig | raucharm | Preis | ölbeständig | wiederholte Biegung | abriebfest | UL Flammtest Optionen |
| PVC UL | nein | mittel-hoch | nein | niedrig-mittel | niedrig-hoch | mittel | mittel | VW1, FT1, FT4 |
| FRNC/LS0H/ LSZH | ja | mittel-hoch | ja | mittel | niedrig | schwach | schwach | VW1, FT1, FT4 |
| PE | ja | nein | ja | mittel | niedrig | schwach | schwach | nein |
| PUR UL | ja | mittel | mittel | hoch | hoch | hoch | hoch | VW1, FT1, CFT |
| TPE (Santoprene) | nein | mittel | mittel | hoch | hoch | hoch | hoch | VW1, FT1, CFT |
| TPE (Santoprene) | ja | nein | mittel | hoch | hoch | hoch | hoch | nein |
Tabelle 1: Eigenschaften der unterschiedlichen Mantelmaterialien von SPE-Leitungen
Bei der Datenübertragung bietet Single Pair Ethernet mehrere Varianten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Reichweiten:
- 10BASE-T1: Datenrate bis 10 Mbit/s, Reichweite bis 1.000 m
- 100BASE-T1: Datenrate bis 100 Mbit/s, Reichweite bis 40 m
- 1000BASE-T1: Datenrate bis 1 Gbit/s, Reichweite bis 40 m
- MultiGigBASE-T1: Datenrate bis 2,5 / 5 / 10 Gbit/s, Reichweite bis 15 m
Im industriellen Umfeld wird aktuell 10BASE-T1 und 1000BASE-T1 die meiste Bedeutung beigemessen. Künftig wird die derzeit noch in der Entwicklung befindliche MultiGig-Technologie weitere Potenziale eröffnen. HELUKABEL hat bereits drei verschiedene SPE-Leitungen für 10BASE-T1 und 1000BASE-T1 in sein Portfolio aufgenommen, das Angebot wird stetig erweitert.
Vergleicht man die unterschiedlichen bestehenden Technologien der industriellen Kommunikation mit Single Pair Ethernet, zeigen sich je nach Anwendungsfall viele verschiedene Vorteile. So punktet etwa 10BASE-T1 gegenüber Profibus PA mit einem deutlich höheren Frequenzbereich, der eine Datenübertragung mit bis zu 320-facher Geschwindigkeit ermöglicht – schnell genug für beispielsweise die Übertragung von Videos.
| Profibus PA / Foundation Fieldbus | SPE 10BASE-T1L | |
| Querschnitt | AWG 18 fest oder verseilt / AWG 16 verseilt | |
| Frequenzbereich | bis zu 1900 m nicht gefährliche Bereiche, bis zu 1000 m in gefährlichen Bereichen (FISCO Stromanschluss IEC 60079-11) | bis zu 1000 m (TI phy DP83TD510E > 2000 m Peer-to-Peer) |
| Impedanz | 100 +- 20 Ohm @ 31,25 kHz | 100 +- 15 Ohm @ 20 MHz |
| Frequenzbereich | bis zu 39 kHz | bis zu 20 MHz |
| Max. Datenrate | 31,25 kbit | 10 Mbit |
| Typische Verschraubung | M12 a kodiert 4 PIN IP67 7/8 inch PI67 | M8/M12 SPE IEC 63171-6 |
Tabelle 2: Vergleich von SPE 10BASE-T1 mit Profibus PA
Im Vergleich zur USB-Technologie bieten sowohl 1000BASE-T1 als auch MultiGigBASE-T1 eine deutlich höhere Datenrate und Reichweite sowie eine leistungsstärkere Energieversorgung. 1000BASE-T1 überzeugt zudem mit einem geringeren Leitungsdurchmesser und damit niedrigerem Gewicht, weniger Kupferbedarf und engeren Biegeradien als die Verkabelung mit Profibus DP, CAN oder Industrial Ethernet.
| Vergleich | Profibus DP | SPE 1000BASE-T1 | SPE 1000BASE-T1 | SPE Vorteile oder Nachteile |
| Schleppkette | Schleppkette | Schleppkette | ||
| Querschnitt | AWG 23/19 | AWG 26/19 | AWG 22/19 | |
| Datenrate | 12 Mbit | 1 Gbit | 83x mehr Datenrate | |
| Kabeldurchschnitt | 8,0 mm | 4,9 mm | 6,3 mm | 21-38% reduzierter Platz |
| Max. Reichweite | 100 m* | 40 m | Nachteil in der Länge | |
| Strom | nein (hybrid) | PoDL bis zu 50 W | Strom inkl. | |
| Kabelgewicht | ~ 77 kg/km | ~ 29 kg/km | ~ 50 kg/km | 35-60% reduziertes Gewicht |
| Kupfer | 25 kg/km | 16 kg/km | 24 kg/km | 4-36 % weniger Kupfer |
| Biegeradius | 96 mm | 59 mm | 76 mm | 20-39% kleinerer Biegeradius |
*mit Höchstgeschwindigkeit 12 Mbit
Tabelle 3: Vergleich von SPE 1000BASE-T1 mit Profibus DP
Weitere Einzelheiten dazu erfahren Sie in dem Webinar „Single Pair Ethernet (SPE) Cabling“, das HELUKABEL kürzlich im Rahmen der Reihe „SPE Pioneer Summit“ des SPE Industrial Partner Network veranstaltet hat. HELUKABEL-Experte Horst Messerer geht darin detailliert auf die Vorzüge der SPE-Technologie im Vergleich zu bisherigen Kommunikationsstandards ein und erläutert, welche Kabel und Steckverbinder auf dem Markt bereits erhältlich sind. Das Webinar können Sie hier jederzeit kostenlos abrufen.
