Effizienz steigern und Ressourcen schonen mit SPE (Quelle: Phoenix Contact)
Die Profibus & Profinet International (PNO/PI) hat sich auf ein einheitliches Steckgesicht für Single Pair Ethernet festgelegt – ein wichtiger Schritt hin zu mehr Interoperabilität. Mit dieser Standardisierung wird es deutlich leichter, SPE in bestehende Netzwerke zu integrieren. Installations- und Wartungsaufwand sinken, während Effizienz und Zukunftsfähigkeit steigen. Vor allem in der Gebäudetechnik entstehen neue Möglichkeiten: Feldgeräte lassen sich ohne Medienbrüche an das Gebäude-IoT anbinden und reibungslos in die digitale Infrastruktur einfügen [1].
Reichweite und Energieeffizienz auf einem Adernpaar
SPE erlaubt Leitungslängen von bis zu 1000 m und reduziert den Installationsaufwand sowie den Platzbedarf. Zudem unterstützt SPE die ressourcenschonende Daten- und Energieübertragung über ein einziges Adernpaar, was die Effizienz und Kosteneffektivität weiter steigert.
Im Gebäudebestand lohnt sich ein genauer Blick auf vorhandene Leitungen, um den ökologischen Fußabdruck über den gesamten Lebenszyklus gering zu halten. Bestehende Infrastrukturen der Gebäudeautomation lassen sich oft gut für SPE wiederverwenden, was die Notwendigkeit für umfangreiche Umbauten reduziert und die Modernisierungskosten senkt.
Verkabelungsstrukturen untersuchen
Leitungen vom Typ J Y(ST)Y 2×2×0,8 werden zur Übertragung von Bussignalen und Messwerten genutzt und kommen auch in der HLK-Technik für Modbus- oder Bacnet-Protokolle über die RS-485-Schnittstelle zum Einsatz. Ein weiterer gängiger Leitungstyp ist der Schaltdraht YV 2×0,8/1,4, auch bekannt als Klingeldraht. Diese verdrillte Doppelader wird für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verwendet, bei denen keine hohen Leistungen oder Datenraten erforderlich sind.
Bei der Wiederverwendung bestehender Busleitungen können unbekannte Topologien vorliegen, die sich nur mit großem Aufwand zurückbauen lassen. In solchen Fällen bleiben die Installationen oft unberührt und der Übertragungsweg kann Stichleitungen unterschiedlicher Länge enthalten.
Messungen zeigen hohes Potenzial für Single Pair Ethernet
Praxisnahe Messungen an unterschiedlichen Verkabelungsstrukturen mit dem Feldmessgerät Fluke DSX 8000 und einem SPE-Messadapter haben gezeigt, dass bestehende Verkabelungen unter bestimmten Voraussetzungen für SPE nutzbar sind. Vergleichsmessungen mit dem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) von Rohde & Schwarz bestätigten die Ergebnisse.
Messparameter und Ergebnisse
Return Loss (RL):
- Je höher der RL, desto stärker werden Reflexionen gedämpft.
- Messungen an Leitungen von 10 m, 40 m, 100 m und 300 m Länge zeigten, dass die RL-Werte weitgehend oberhalb der geforderten Grenzwerte lagen.
Insertion Loss (IL):
- Eine hohe Dämpfung kann das Decodieren des Signals am Ende des Übertragungswegs verhindern.
- Bei Vollduplex-Datenübertragungen müssen Reflexionen klein genug sein, um das empfangene Signal von den Reflexionen zu unterscheiden.
Transverse Conversion Loss (TCL):
- Charakterisiert die Resilienz gegenüber elektromagnetischen Störungen.
- Erlaubt eine erste Einschätzung der Störanfälligkeit hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).
Untersuchungen der Leitungsanordnung
Exemplarische Untersuchungen einer T-förmigen Leitungsanordnung wurden durchgeführt. Von einer Stammleitung mit 40 m Länge zweigten nach 2 m Stichleitungen mit einmal 2 m und einmal 10 m ab. Messungen erfolgten vom Anfang der Stammleitung zum Ende der Stichleitung, wobei das Ende der Stammleitung einmal offen und einmal abgeschlossen war.
Kurze Leitungen (2 m Länge):
- Insertion-Loss-Werte lagen deutlich unterhalb der normativen Grenzwerte.
- Return Loss zeigte bei abgeschlossener Stammleitung einen wellenförmigen Verlauf, der von 7,8 dB bis 12,5 dB anstieg.
Lange Leitungen (10 m Länge):
- Bei abgeschlossener Stichleitung zeigte sich ein Bandpassverhalten mit einem RL-Anstieg von 9,5 dB auf über 20 dB und einem Abfall auf 8,4 dB.
- Der RL erlaubt eine hinreichende Nutzbarkeit des Kanals für SPE.
Die Messungen zeigen, dass bestehende Verkabelungen unter bestimmten Voraussetzungen für SPE nutzbar sind. Die entscheidenden Messgrößen waren Return Loss (RL), Insertion Loss (IL) und Transverse Conversion Loss (TCL). Insgesamt erlauben die Ergebnisse eine hinreichende Nutzbarkeit der Kanäle für SPE.