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Power over Ethernet (PoE) - IEEE 802.3af

Die Vernetzung von Industrieanlagen ist ein wichtiges Thema in der Automatisierungswelt und nimmt stetig zu. Nach dem Vorbild der Büro-Netzwerke hält die Ethernet Vernetzung nun auch Einzug in die Industrie-Welt und beginnt andere Standards wie z.B. Profibus zukünftig zu ersetzen. Unter dem Namen Industrial Ethernet werden nun von diversen Firmen, Vernetzungslösungen angeboten. Das Angebot reicht vom kleinen entry Level Switch über modulare Gigabit Switches bis hin zu Wireless LAN (WLAN) Access Points. Um Installationskosten einzusparen und in der Vernetzung flexibler zu werden, wurde der Standard IEEE 802.3af eingeführt, der eine gemeinsame Übertragung von Daten und Energie über ein Netzwerk ermöglicht. Dies bedeutet, dass statt je einem Kabel für das Datennetz, Energienetz und Telefonnetz (VoIP), nun in Zukunft alles über ein LAN-Kabel geführt werden kann. Im Bürobereich werden jetzt schon Geräte wie z.B. IP-Telefone und Access-Points mit PoE Funktionalität erfolgreich eingesetzt. Im Gegensatz zum Büronetzwerk mit Sternförmiger Netzstruktur, wird in der Industrie meist jedoch ein linienförmiges Netzwerk eingesetzt. Da der Power over Ethernet (PoE) Standard nur eine Punkt zu Punkt-Verbindung beschreibt, ist der Einsatz von PoE in der Industrie beschränkt.

Grundlagen PoE

Um Kosten bei der Planung, Verkabelung und Installation von Netzwerken zu sparen, wurde das Verfahren Power over Ethernet (PoE) entwickelt, welches unter IEEE 802.3af standardisiert ist. Die Stromversorgung der Geräte erfolgt direkt über die Datenleitung (z.B. über ein CAT 5/5e Kabel bis 100m). Durch PoE wird die Netzwerkplanung flexibel und unabhängig von Schaltschränken und Steckdosen. Mehraufwände für Strom- und Telefonnetz (VoIP) Verkabelung entfallen. Hauptvorteil von Power over Ethernet ist, dass man das Stromversorgungskabel einsparen kann und so auch an schwer zugänglichen Stellen oder in Bereichen, in denen viele Kabel stören würden, Geräte mit Ethernet-Schnittstelle installieren kann. Somit lassen sich zum einen drastische Installationskosten einsparen und zum anderen die Ausfallsicherheit der angeschlossenen Geräte durch Einsatz einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) erhöhen. PoE wird überwiegend von Endgeräten genutzt, die wenig Leistung verbrauchen. Die Technik wird typischerweise in IP-Telefonen, Kameras oder in schnurlosen Übertragungsgeräten wie z.B. WLAN-Access-Points oder Bluetooth-Access-Points eingesetzt. PoE kann jedoch auch als redundante Spannungsversorgung für Switches genutzt werden, um so die Ausfallsicherheit eines Netzwerkes zu verbessern. Beispielsweise könnte bei Ausfall der Versorgungsspannung eines Switches, die Energieversorgung über PoE weiter erfolgen, somit lässt sich die Netzwerkverfügbarkeit deutlich erhöhen. PoE ist in vier adrigen sowie acht adrigen Netzwerken einsetzbar. In vier adrigen Netzwerken kann lediglich die Phantomspeisung eingesetzt werden, in acht adrigen Netzwerken kann sowohl Phantom- als auch Spair-Pair-Speisung eingesetzt werden. Power over Ethernet ist von der IEEE in der Norm 802.3af definiert und standardisiert. Es werden zwei Gerätegruppen definiert:


1. Power over Ethernet PSE (Power Sourcing Equipment) Gerät fungiert als Spannungsquelle und versorgt PoE PD Geräte mit Strom über die Datenleitung.


2. Power over Ethernet PD (Powered Device) Gerät wird durch PoE PSE Gerät über die Datenleitung mit Strom versorgt.


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Highlights

Mit den neuen Protokollen PRP (Parallel Redundancy Protocol) und HSR (High-availability Seamless Redundancy) sind zwei Redundanzverfahren entwickelt worden, die die Verfügbarkeit und Fehlerabsicherung von Netzwerkverbindungen deutlich verbessern.

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