Robuste Single-Pair-Ethernet-Verbindungen für intelligente Städte

Wir alle haben gesehen, wie intelligente Städte (Smart Cities) auf ein robustes Netzwerk von Sensoren angewiesen sind, um Verkehr, Luftqualität und andere Dienste zu überwachen. Die daraus resultierenden Datenströme werden dann analysiert, um wichtige Einblicke in die Nutzung der Infrastruktur zu erhalten, was eine bessere Verwaltung von Diensten, Ressourcen und Energie ermöglicht, um Komfort, Sicherheit und Effizienz zu verbessern.

Grundlage dieser Netze sind Datenkommunikationstechnologien wie Single-Pair-Ethernet (SPE), die die Vernetzung optimieren und die Anforderungen an die Infrastruktur für Smart-City-Designer reduzieren. Allerdings können raue Umgebungsbedingungen die Zuverlässigkeit der Verbindung dort gefährden, wo SPE-Leitungen am meisten gefährdet sind: am Endpunkt. Schauen wir uns SPE an und wie Bulgin eine unterbrechungsfreie IP-Kommunikation für eine zuverlässigere Vernetzung unterstützt.

Wie SPE die Gerätevernetzung optimiert

Im Gegensatz zum herkömmlichen Ethernet, das zwei oder vier verdrillte Paare verwendet, kommt bei SPE nur ein Paar zum Einsatz, was die Verwendung von leichten Kabeln ermöglicht, die die Infrastrukturkosten senken. Nichtsdestotrotz kann SPE sowohl Daten als auch Strom über eine einzige Leitung übertragen, was es ideal für Smart-City-Infrastrukturen wie Sicherheitskameras macht.

Ein weiterer Vorteil von SPE ist die Unterstützung von Standard-Ethernet-Protokollen wie PROFINET, EtherNet/IP, OPC UA und Modbus TCP, so dass Sensoren direkt mit größeren Netzwerken und der Cloud verbunden werden können, ohne dass ein Gateway für die Protokollumsetzung erforderlich ist. Durch die Nutzung von Standards wie 10BASE-T1L (IEEE 802.3cg-2014), der eine feste Geschwindigkeit von 10 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) bei Entfernungen von bis zu 1 Kilometer (km) bietet, kann die Anzahl der Gateways weiter reduziert werden, was die Bereitstellungskosten senkt und die Netzwerke entrümpelt, während gleichzeitig eine konsistente Vollduplex-Kommunikation beibehalten wird.

Dies ist ein großer Gewinn für die Vereinfachung des Aufbaus einer intelligenten Stadt, aber unabhängig von der Kabellänge muss sichergestellt werden, dass die Verbindungen an beiden Enden äußerst zuverlässig sind. Diese Zuverlässigkeit setzt voraus, dass exponierte Endpunkte wie Straßenlaternen, Verkehrssensoren und Parkinfrastrukturen wasser- und staubdicht sowie gegen Manipulationen geschützt sind.

Eine robuste Lösung für SPE-Verbindungen

Zur Bewältigung dieser Herausforderungen bietet die Serie 4000 von Bulgin ein innovatives SPE-Steckverbinderdesign, das die Schutzklassen IP66, IP68 und IP69K erfüllt, wenn es eingesteckt ist, und eine staubdichte Abdichtung und Beständigkeit gegen Hochdruck- und Hochtemperaturreinigung bietet. Ob bei widrigen Wetterbedingungen oder bei manueller oder automatischer Reinigung - die Steckverbinder sind dank eines manipulationssicheren Bajonettverschlusses, der den zentralen SPE-Anschluss umgibt, sicher. Für Küstenstädte ist die 4000er Serie auch konform mit EN60068-2-52 für hohe Widerstandsfähigkeit gegen Salznebel, und eine Betriebstemperatur von -40 bis 80°C stellt sicher, dass diese Steckverbinder mit stark schwankenden saisonalen Bedingungen zurechtkommen.

Mit Strom- und Spannungswerten von 4 Ampere (A) bzw. 60 Volt DC (VDC) bieten diese Lösungen robuste elektrische Eigenschaften zur Unterstützung von PoDL (Power over Data Line) und zur Rationalisierung der Bereitstellung von Smart-City-Infrastrukturen. Ein geschirmtes Zweileiterdesign unterstützt außerdem eine hohe Signalintegrität in elektromagnetisch verrauschten Anwendungen wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV).

Die 4000er-Serie umfasst verschiedene Kabelkonfektionen, die in Längen von 1, 2, 3 oder 5 Metern (m) mit Drahtstärken von 22 oder 26 AWG erhältlich sind und somit Flexibilität bieten. Drei Anschlussoptionen unterstützen die Einbindung von SPE-Verbindungen in viele Smart-City-Anwendungen.

Die PXPSPE4030/1M/22 (Abbildung 1) ist beispielsweise eine 1 m lange 22AWG-Baugruppe mit einseitigen SPE-Buccaneer- und T1-SPE-Steckeranschlüssen von Bulgin für eine flexible Integration. Diese Lösung eignet sich gut für die Herstellung kurzer, schrankinterner Verbindungen zwischen Schaltkästen und nahe gelegenen Sensoren.

Abbildung 1: Die Kabelkonfektion PXPSPE4030/1M/22 verfügt über einseitige SPE-Buccaneer- und T1-SPE-Steckeranschlüsse von Bulgin für eine flexible Integration. (Bildquelle: Bulgin)

Alternativ bietet die PXPSPE4031/3M/22 (Abbildung 2) eine zweiseitige Konstruktion, die an beiden Enden des Kabels die Vorteile der 4000er-Serie in Bezug auf Haltbarkeit bietet. Als versiegelte, 3 m lange 22AWG-Lösung ist diese mittellange Baugruppe ideal für den Anschluss von Außengeräten wie CCTV-Kameras an Switches oder drahtlosen Zugangspunkten.

Abbildung 2: Mit doppelendigen SPE-Buccaneer-Anschlüssen unterstützt die Kabelkonfektion PXPSPE4031/3M/22 robuste Verbindungen zwischen abgedichteten Gehäusen. (Bildquelle: Bulgin)

Bulgin bietet auch Produkte wie die PXPSPE4034/5M/26 an, die über freie Drahtenden für den direkten Anschluss an Klemmenleisten verfügt. Mit einer Länge von 5 m und dem dünneren 26AWG-Kabel bietet dieser Anschluss eine diskrete Lösung für den Anschluss bestehender Infrastrukturen an versiegelte intelligente Sensoren in größerer Entfernung, z. B. für die Überwachung der Luftqualität in einem HLK-System.

Steckverbinder für die Schalttafelmontage, wie z. B. der PXPSPE4032 (Abbildung 3), vervollständigen das Ökosystem und sind mit allen PXPSPE403X-Kabelkonfektionen kompatibel. Standard-T1-SPE-Kabel können auch auf beiden Seiten verwendet werden, allerdings wird dadurch die hohe Schutzart beeinträchtigt.

Abbildung 3: Schalttafelmontierte Steckverbinder wie der PXPSPE4032 sind mit allen PXPSPE403X-Kabelkonfektionen kompatibel. (Bildquelle: Bulgin)

Fazit

Während SPE die Implementierung von Smart Citys vereinfacht, bietet die 4000-Serie von Bulgin ein flexibles Ökosystem für die Implementierung zuverlässiger SPE-Verbindungen, insbesondere für exponierte Endpunkte, bei denen Robustheit unerlässlich ist.