
Single Pair Ethernet (SPE)
Datenübertragung über ein Adernpaar
Single Pair Ethernet ist ein zentraler Trend in der Automatisierung und ermöglicht die Infrastruktur für das Industrial Internet of Things (IIoT). Während sich Ethernet bereits von der Unternehmens- bis zur Steuerungsebene etabliert hat, wird die Feldebene häufig noch über klassische Feldbus-Systeme angebunden.
Für den Datenaustausch zwischen Steuerungs- und Feldebene sind daher meist Gateways oder Protokollübersetzer erforderlich. Single Pair Ethernet ermöglicht erstmals eine durchgängige, platz- und kosteneffiziente Ethernet-Kommunikation von der Cloud bis in die Feldebene über nur ein Adernpaar (2-Draht Ethernet).
Neben der Datenübertragung erlaubt SPE mit Power over Data Line (PoDL) auch die gleichzeitige Spannungsversorgung von Endgeräten. Dadurch reduziert sich der Verkabelungsaufwand deutlich und es eröffnen sich neue Möglichkeiten für Industrial Ethernet und IIoT-Anwendungen.

Single Pair Ethernet nach IEC 63171-7 Edition 2
Varianten
- IP20 rechteckig mit internem Schirmelement
- M8 2-polig ohne internem Schirmelement
- M12 2-polig ohne / mit internem Schirmelement
- M12 Hybrid bis zu 7-polig mit internem Schirmelement
Mehrere Kodierungen und Anschlussvarianten möglich.





Anwendungen

Im Industrial Internet of Things (IIoT) ermöglicht SPE die direkte Integration intelligenter Sensoren in digitale Datenketten. Dadurch lassen sich kontinuierlich Zustands- und Prozessdaten erfassen und für Anwendungen wie Condition Monitoring, Edge Analytics und vorausschauende Wartung nutzen. Besonders relevant ist die Fähigkeit, große Datenmengen effizient bereitzustellen und in Echtzeit auszuwerten, wodurch datengetriebene Optimierung und KI-basierte Analysen erst praktikabel werden. SPE ermöglicht die direkte Integration intelligenter Sensoren in datengetriebene Systeme.
Typische Anwendungen:
Zustandsüberwachung
- Vibrationsüberwachung von Motoren und Lagern
- Temperaturüberwachung in Produktionsprozessen
Vorausschauende Wartung
- Früherkennung von Verschleiß durch kontinuierliche Datenerfassung
Edge Analytik
- Lokale Datenanalyse an Edge-Geräten zur schnellen Entscheidungsfindung
Smart Sensor Netzwerke
- Verteilte Sensorik entlang von Produktionslinien oder Anlage
Im Maschinenbau unterstützt SPE vor allem modulare und flexible Maschinenkonzepte. Einzelne Baugruppen lassen sich einfach vernetzen und in skalierbare Anlagen integrieren. Gleichzeitig verbessert die direkte Verfügbarkeit von Prozessdaten die Steuerung und Optimierung von Produktionsabläufen. Dadurch entstehen effizientere, leichter erweiterbare und besser wartbare Maschinenarchitekturen. SPE unterstützt flexible, modulare und datengetriebene Anlagenkonzepte.
Typische Anwendungen:
Modulare Maschinen
- Plug-and-play Integration von Maschinenmodulen
Prozessüberwachung
- Echtzeit-Erfassung von Produktionsparametern (z. B. Druck, Durchfluss)
Maschinendiagnose
- Fehleranalyse und Zustandsüberwachung innerhalb der Anlage
Roboter- und Automationszellen
- Vernetzung von Greifern, Achsen und Sensorik
In der Gebäudeautomation (Smart Building) ermöglicht SPE die Integration verschiedener gebäudetechnischer Gewerke in ein gemeinsames Netzwerk. Besonders in der Raumsteuerung (z. B. Klima, Licht, Präsenz) lassen sich Prozesse automatisieren und energieeffizient betreiben. Zudem erleichtert SPE die Anbindung an zentrale Managementsysteme, wodurch der Energieverbrauch transparenter wird und Betriebsstrategien optimiert werden können. In der Gebäudeautomation ermöglicht SPE die Integration und Automatisierung technischer Systeme.
Typische Anwendungen:
Raumklimaregelung
- Steuerung von Heizung, Lüftung und Klimaanlagen (HVAC)
Intelligente Beleuchtung
- Präsenzabhängige Lichtsteuerung zur Energieeinsparung
Zutritts- und Sicherheitssysteme
- Vernetzung von Türkontrollen, Kameras und Alarmsystemen
Energie- und Verbrauchsmonitoring
- Erfassung und Analyse von Strom- und Energieverbräuchen
Im Energiesektor wird SPE vor allem für die Vernetzung verteilter Energieanlagen und Infrastrukturen genutzt. Es unterstützt Anwendungen wie die Digitalisierung von Stromnetzen und die Überwachung von Anlagen in der Energieerzeugung und -verteilung. Dadurch können Betriebszustände besser analysiert, Netze stabiler gesteuert und der Ausbau intelligenter Energiesysteme vorangetrieben werden. SPE unterstützt die Digitalisierung und Überwachung verteilter Energiesysteme.
Typische Anwendungen:
Intelligente Stromnetze
- Kommunikation zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern
Überwachung von Energieanlagen
- Zustandsüberwachung von Transformatoren und Schaltanlagen
Erneuerbare Energien
- Überwachung von Windkraft- und Photovoltaikanlagen
Netzdiagnose
- Erfassung von Spannungsqualität und Lastzuständen im Stromnetz
Im Bereich der Robotik ermöglicht SPE eine effiziente und kompakte Vernetzung von Robotersystemen und deren Peripherie. Dabei werden Sensoren, Aktoren und Endeffektoren direkt in die Kommunikationsstruktur integriert, wodurch eine präzise Steuerung und schnelle Datenübertragung innerhalb des Robotersystems sichergestellt wird. SPE unterstützt insbesondere dynamische Anwendungen mit begrenztem Bauraum, da die reduzierte Verkabelung die Beweglichkeit verbessert und mechanische Belastungen minimiert. Gleichzeitig erleichtert die durchgängige Kommunikation die Integration von Robotern in übergeordnete Automatisierungs- und Produktionssysteme.
Typische Anwendungen:
Roboterarme
- Anbindung von Gelenksensoren und Antrieben für präzise Bewegungssteuerung
Endeffektoren
- Integration von Greifern, Werkzeugen oder Kamerasystemen
Kollaborative Roboter (Cobots)
- Sensorik zur sicheren Mensch-Roboter-Interaktion
Bildverarbeitungssysteme
- Übertragung von Kameradaten für Objekterkennung und Qualitätsprüfung
Mobile Roboter (AGVs/AMRs)
- Kommunikation von Navigationssensoren und Steuerungssystemen
Im Bereich Transportation ermöglicht SPE eine zuverlässige und platzsparende Vernetzung von Komponenten in Transport- und Logistiksystemen. Dabei werden Steuerungen, Sensoren und Subsysteme direkt miteinander verbunden, um eine stabile Kommunikation auch unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen wie Vibration oder Temperaturschwankungen sicherzustellen. SPE eignet sich besonders für verteilte Systeme, da es eine effiziente Datenübertragung entlang von Fahrzeugen oder Infrastrukturen unterstützt und gleichzeitig die Integration in zentrale Steuer- und Überwachungssysteme erleichtert.
Typische Anwendungen:
Schienenfahrzeuge (Züge)
- Vernetzung von Türsteuerungen, Sensorik und Diagnosesystemen
Logistik- und Förderanlagen
- Steuerung und Überwachung von Förderbändern und Sortiersystemen
Flughafeninfrastruktur
- Gepäckabfertigungssysteme und Trackinglösungen
Nutzfahrzeuge
- Sensorik und Steuerung in Lkw- oder Flottenmanagementsystemen
Intelligente Verkehrssysteme
- Vernetzung von Sensoren zur Verkehrsüberwachung und -steuerung

Weitere Vorteile
- Platz- und Kostenvorteil: Weniger Kabel und kompakte Hardware reduzieren Kosten und sparen Platz
- Industrietauglich: Langlebig, robust und einfach zu installieren. Ideal für raue Umgebungen
- Bestehende Installationen weiter nutzen: Nahtlose Integration in vorhandene Systeme und Infrastruktur
- End-to-End Kommunikation: Kontinuierlicher Datenaustausch zwischen Sensoren und Cloud-Anwendungen
- Intuitive Installation: Vertraute Haptik ähnlich wie bei RJ45-Steckern erleichtert die Handhabung
- Zukunftssicher: Standardisiertes Design gemäß Industrial-Ethernet-Normen garantiert Interoperabilität und Langlebigkeit
Single Pair Ethernet nach IEC 63171-7 Edition 2
Zukunftsfähige Automatisierung beginnt mit SPE
Single Pair Ethernet ist mehr als ein Upgrade. SPE legt die Grundlage für eine vernetzte, zukunftssichere Automatisierung mit schlankem Kabelaufwand, smarter Energieversorgung und voller IP-Transparenz.
Was unterscheidet IMS CS von anderen Anbietern?
Mit IMS Connector Systems realisieren Sie Single Pair Ethernet Lösungen, die exakt auf die Anforderungen Ihrer Anwendung zugeschnitten sind.
Neben den vorgegebenen Standards entstehen Lösungen, die sich nahtlos in bestehende Systeme integrieren.
Von der ersten Konzeptidee bis zur Serienfertigung begleitet IMS den gesamten Entwicklungsprozess. In enger Abstimmung werden individuelle Anforderungen frühzeitig berücksichtigt und gezielt umgesetzt. So entstehen Verbindungslösungen, die nicht nur technisch überzeugen, sondern auch in Bezug auf Effizienz und Integrationsfähigkeit neue Maßstäbe setzen.
Gerade im Umfeld von SPE, wo Datenübertragung und Energieversorgung zunehmend zusammenwachsen, sind passgenaue Lösungen entscheidend. IMS Connector Systems sorgt dafür, dass alle Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind und zuverlässig zusammenarbeiten.
Das Ergebnis sind kompakte, leistungsfähige und zukunftssichere Verbindungslösungen, die genau dort funktionieren, wo sie gebraucht werden: in anspruchsvollen industriellen Anwendungen, in der Automatisierung und überall dort, wo Single Pair Ethernet sein volles Potenzial entfalten soll.
Was ist der Unterschied zwischen SPE und RJ45?
Single Pair Ethernet (SPE) ergänzt das klassische RJ45-Ethernet und ermöglicht Ethernet-Konnektivität bis in die Feldebene. Mit weniger Kabelaufwand, geringerem Gewicht und größerer Reichweite.
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Merkmal |
Single Pair Ethernet (SPE) |
RJ45 (klassisches Ethernet) |
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Verkabelung |
1 verdrilltes Adernpaar (2 Drähte) |
4 verdrillte Adernpaare (8 Drähte) |
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Steckverbinder-Standard |
IEC 63171-Serie (kompakte, industrielle Varianten) |
8P8C-Modularstecker (RJ45) |
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Datenrate |
Bis zu 1 Gbit/s (je nach Standard, z. B. 100BASE-T1, 1000BASE-T1) |
Typischerweise bis zu 10 Gbit/s (Cat6a und höher) |
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Übertragungs-distanz |
Bis zu 1.000 m (je nach Anwendung, z. B. Gebäudeautomation oder Industrie) |
Typischerweise bis zu 100 m (Standard-Ethernet-Verkabelung) |
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Strom-versorgung |
Unterstützt PoDL (Power over Data Line) – Daten und Strom über ein Adernpaar |
Unterstützt PoE (Power over Ethernet) – Daten und Strom über vier Adernpaare |
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Größe & Gewicht |
Kleinere, leichtere Kabel und Steckverbinder – ideal für Sensorik, IoT und Automotive-Anwendungen |
Größere Steckverbinder und dickere Kabel |
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Einsatzbereiche |
Industrial IoT, Gebäudeautomation, Automotive, Sensor-/Aktortechnik |
IT-Netzwerke, Büro-LANs und Rechenzentren |
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Interoperabilität |
Entwickelt zur Ethernet-Erweiterung bis in die Feldebene (Sensor-to-Cloud) |
Standardisierte Netzwerkinfrastruktur für allgemeine Anwendungen |
Fazit
SPE + RJ45 = eine durchgängige Ethernet-Architektur von der Cloud bis zum Sensor. SPE ermöglicht skalierbare und zukunftssichere Systemarchitekturen, während RJ45 weiterhin das leistungsstarke Fundament der Netzwerkinfrastruktur bildet.
Welchen Vorteil hat SPE gegenüber Feldbussystemen?
Single Pair Ethernet (SPE) bietet gegenüber herkömmlichen Feldbussystemen den entscheidenden Vorteil einer durchgängigen, IP-basierten Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud ohne störende Gateways. Es ermöglicht höhere Datenraten (bis 10 Mbit/s auf 1.000 m), spart Platz und Gewicht durch dünnere Kabel und versorgt Endgeräte gleichzeitig über Power over Data Line (PoDL).
Die wichtigsten Vorteile von SPE im Überblick:
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Durchgängige IP-Kommunikation: Ermöglicht direkte Ethernet-Anbindung der Feldebene an die IT-Welt (IIoT), wodurch komplexe Protokollumsetzungen entfallen.
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Hohe Performance & Reichweite: Bietet deutlich höhere Datenraten als klassische Feldbusse, bei Reichweiten von bis zu 1.000 Metern.
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Kompakte Verkabelung: SPE nutzt nur ein Adernpaar, was zu leichteren Kabeln, kleineren Biegeradien und einer höheren Packungsdichte in Kabelkanälen führt.
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Energieversorgung (PoDL): Über "Power over Data Line" können Sensoren und Aktoren direkt über die Datenleitung mit Strom versorgt werden.
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Reduzierte Komplexität: Da nur ein einheitliches Ethernet-Protokoll notwendig ist, sinkt der Aufwand für Planung und Wartung.
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Kosteneffizienz: Durch den Wegfall von Gateways und die Einsparung bei der Verkabelung können die Kosten im Vergleich zu klassischen Systemen um 10 % bis 40 % sinken.
Was ist PoDL?
PoDL (Power over Data Line) ermöglicht die gleichzeitige Übertragung von Daten und Energie über nur ein einziges Adernpaar. Im Umfeld von Single Pair Ethernet (SPE) bedeutet das: Ein Kabel übernimmt sowohl die Kommunikation als auch die Stromversorgung von Geräten.
Technisch basiert PoDL auf der Einspeisung von Gleichstrom in die Datenleitung, ohne die Datenübertragung zu beeinträchtigen. Dadurch können Endgeräte wie Sensoren, Aktoren oder Kameras direkt über die Ethernet-Verbindung mit Energie versorgt werden.
Für Anwendungen bringt das klare Vorteile: Der Verkabelungsaufwand wird reduziert, Installationen werden einfacher und Systeme deutlich kompakter. Gleichzeitig steigt die Effizienz, da weniger Komponenten und Schnittstellen benötigt werden.