Single Pair Ethernet: Marktpotenzial und Hilschers Vorgehen

Businesspotenzial und -lösungen

Teil 4 unserer Blogreihe konzentriert sich auf das Marktpotenzial von SPE und wie Hilscher dabei vorgeht.

Marktpotenzial

Die Industrie hat noch etliche offene Fragen bezüglich der Systemeinführungen, der Standardintegration und der Nutzung der Vorzüge in relevanten Fällen zu klären. Zu Beginn der SPE-Standardisierung zeigten teilnehmende Unternehmen ein erhebliches Geschäftspotenzial. Teilweise ähnelte es den anfänglichen großen Erwartungen für Industrie 4.0 und IIoT. Aktuell scheint die Industrie, das Potenzial und die Einführung in den Prozess verschiedener Industrien, wie zuvor gezeigt, wieder realistischer zu betrachten Single Pair Ethernet: Optimierter Cloud-Zugriff auf Sensoren und Peripheriegeräte. Durch Feldanalysen erhebt Hilscher eine potenzielle Anzahl installierter SPE-Knoten, basierend auf möglichen Einführungsraten von Legacy-Feldbus-, TSN- und Ethernet-Netzwerktechnologien.

Anteil der Kommunikationstechnologie an vernetzten Geräten in der Produktion (Quelle: IHS Markit Technology 2019)
Anteil der Kommunikationstechnologie an vernetzten Geräten in der Produktion (Quelle: IHS Markit Technology 2019) - zum Vergrößern anklicken
Szenerien möglicher TSN-Nutzungen in der Fabrikautomation (Quelle: IHS Markit, 2019)
Szenerien möglicher TSN-Nutzungen in der Fabrikautomation (Quelle: IHS Markit, 2019) - zum Vergrößern anklicken

Wie bereits gezeigt, unterscheiden sich die Integrationsraten der Branchen sowie der Beginn der Einführung von SPE in den jeweiligen Bereichen. Daher zeichnen wir folgende Migrations-Szenarien:

Migrationspfade für SPE in der Automatisierungsindustrie
Migrationspfade für SPE in der Automatisierungsindustrie - zum Vergrößern anklicken

Die größte antreibende Kraft für das SPE-Volumen ist der Transfer von bestehenden Feldbus-Technologien der Prozessindustrien hin zu SPE (APL), da die Vorteile sich hier am effizientesten umsetzen lassen. Wir rechnen anfangs mit einer kleinen Kannibalisierung von installierten Knoten, die von vorhandenen Industrial-Ethernet-10/100-Ökosystemen zu SPE wechseln. IO-Link ist ebenfalls in der Ramp-Up-Phase und Investitionen in IO-Link-Geräte und -Installationen müssen sich erst amortisieren, bevor eine größere Installationsbasis SPE einbindet. Hilscher gibt für SPE-Knoten daher folgende Einschätzungen:

Einschätzung zu installierten SPE-Knoten (Source: Hilscher based on IHS, PI, ODVA, FieldComm, ASi, ARC Advisory, HMS 2020)
Einschätzung zu installierten SPE-Knoten (Quelle: Hilscher, basierend auf IHS, PI, ODVA, FieldComm, ASi, ARC Advisory, HMS 2020) - zum Vergrößern anklicken

Anwendungen zur Prozessautomatisierung und Geräte, die Feldbusse zu APL umwandeln, werden den Anfang machen. Deshalb erwarten wir 2022 die ersten installierten SPE-Knoten im Feld. Hilscher rechnet in der Folge mit einem recht schnellen Übergang von alten Feldbus-Technologien zu SPE und einer angemessenen Erweiterung der vorhandenen Ethernet-Infrastrukturen in der Fabrikautomation. Aufgrund der erhöhten Digitalisierung gehen wir von einer zunehmenden Konvergenz der in der Industrie genutzten Ausrüstung und Protokolle aus. Zudem erwarten wir einen generellen Anstieg von vernetzten Geräten im Feld, was ebenfalls zu einem signifikantem Wachstum beitragen wird.

Hilschers SPE-Lösungen

Hilscher unterstützt die SPE-Technologie mit seiner netX Produktfamilie und zusätzlich durch frei verfügbare PHY-Produkte sowie kommende Hilscher Produktfamilien. So ermöglichen wir eine schnelle und einfache SPE-Einführung in das Feld der Automatisierungsnetzwerke.

netX-basierte Konfigurationen mit SPE-Verbindung
netX-basierte Konfigurationen mit SPE-Verbindung - zum Vergrößern anklicken

Mit unserer aktuellen netX 90 Produktfamilie können sie externe PHY-Produkte über MII verbinden. Die internen xMAC-Prozessoren erlauben die protokollspezifische Umschaltung zwischen den beiden Kanälen. Links in der obigen Abbildung kann der Anwendungsfall zwei 10Mbit-Kanäle SPE-Port bis zu einer Leitungslänge von 1000m ermöglichen, z.B. zu einem IO-Link-Sensor über unseren 4-channel netIOL Masterchip für ältere Ausführungen. In der Mitte verbindet ein netX 90 Chip ein bestehendes Real-Time-Ethernet-System (RTE) mit 100Mbit mit einem bis zu 10Mbit SPE-Netzwerk. Hierbei bedienen ein internes PHY und xMAC die 100Mbit-Seite, währende der zweite xMAC mit dem externen SPE-PHY sich mit einem bis zu 1000m langem SPE-Netzwerk koppelt. Rechts agiert der netX-Chip als Schaltgerät zwischen einem 100Mbit-basierten RTE-Netzwerk und einem 10Mbit-SPE-Netzwerk.

Die folgende Abbildung zeigt Hilschers erstes Evaluationsboard mit netX 90 und SPE 10Mbit T1L PHY für Entwicklungszwecke.

NXEB 90-SPE
NXEB 90-SPE - zum Vergrößern anklicken

Das Board erweitert ein 100Mbit-Netzwerk in Richtung 2ch-SPE, um das SPE-Netzwerk im Kontext der verschiedenen Industrial-Ethernet-Standards zu beurteilen. Verfügbar sein wird das Board voraussichtlich im vierten Quartal 2021.

 

Da die Standardisierungsgremien noch dabei sind, SPE in ihren jeweiligen Versionen fertigzustellen, zeigen die obigen Diagramme und das Board nur die Möglichkeiten auf, Brownfield-Installationen auf der Basis von netX zu unterstützen. Mit fortschreitenden SPE-Definitionen weitere umfangreiche Optionen und Lösungen für diese zukunftsweisende Technologie veröffentlichen - Bleiben Sie auf dem Laufenden.