Power over Ethernet überträgt Daten und Stromversorgung über dieselbe Ethernet Verbindung. Für die Auswahl eines Industrial PoE Switches reicht es jedoch nicht, nur die maximale Leistung pro Port zu vergleichen.
Entscheidend sind Leistungsbedarf der Endgeräte, Anzahl der PoE Geräte, PoE Budget und Netzwerkbandbreite. Hinzu kommen Anforderungen an Spannungsversorgung, Temperaturbereich, Redundanz und gegebenenfalls branchenspezifische Zertifizierungen.
Passende Lösungen finden sich bei den Industrial Ethernet Switches von IPC2U.
PoE, PoE+ und PoE++: Welche Leistung steht zur Verfügung?
Für die technische Auswahl sind vor allem IEEE 802.3af, IEEE 802.3at und IEEE 802.3bt relevant.
| Standard | Type | Max. Leistung am PSE | Leistung am PD |
|---|---|---|---|
| IEEE 802.3af | Type 1 | 15,4 W | 12,95 W |
| IEEE 802.3at | Type 2 | 30 W | 25,5 W |
| IEEE 802.3bt | Type 3 | 60 W | 51 W |
| IEEE 802.3bt | Type 4 | bis ca. 100 W | bis 71,3 W |
PSE bezeichnet die stromversorgende Seite, beispielsweise den PoE Switch. PD steht für das angeschlossene Endgerät. Durch Verluste in der Verkabelung ist die am PD verfügbare Leistung niedriger als die vom PSE bereitgestellte Leistung.
Bezeichnungen wie PoE+ und PoE++ erleichtern die Einordnung. Für die Dimensionierung sind jedoch der tatsächlich unterstützte IEEE Standard und die Leistungsdaten des konkreten Geräts maßgeblich.
Leistungsbedarf und PoE Budget richtig berechnen
Ausgangspunkt sind die angeschlossenen Powered Devices. Für jedes Gerät müssen die maximale Leistungsaufnahme und der benötigte PoE Standard bekannt sein.
Bei acht Geräten mit jeweils maximal 25 W ergibt sich beispielsweise ein Leistungsbedarf von:
8 × 25 W = 200 W
Neben der Leistung des einzelnen Ports muss deshalb das PoE Budget des Switches geprüft werden. Bei der Auswahl sollte zusätzlich eine ausreichende Leistungsreserve für Geräteabweichungen und spätere Erweiterungen berücksichtigt werden.
Der MGS-6311-8UP4X verfügt beispielsweise über acht 2,5GbE Ports mit IEEE 802.3bt, vier 10G SFP+ Ports und ein PoE Budget von 240 W.
Maximale Portleistung und PoE Budget sind zwei unterschiedliche Auswahlkriterien.
Leistung und Bandbreite getrennt dimensionieren
Der PoE Leistungsbedarf sagt nichts darüber aus, welche Ethernet Datenrate ein Endgerät benötigt.
Ein Gerät kann wenig elektrische Leistung aufnehmen und gleichzeitig große Datenmengen übertragen. Umgekehrt bedeutet ein hoher Leistungsbedarf nicht automatisch eine hohe Datenrate.
Je nach Anwendung können 1GbE ausreichend sein oder Multi Gigabit beziehungsweise 10GbE erforderlich werden. Bei mehreren Endgeräten muss zusätzlich die gesamte Datenrate berücksichtigt werden, die über den Uplink übertragen werden soll.
Machine Vision als Beispiel
Bei mehreren Netzwerkkameras müssen Leistungsbedarf und Datenrate gemeinsam geplant werden.
Entscheidend sind insbesondere:
- Leistungsaufnahme jeder Kamera
- Anzahl der Kameras
- Datenrate je Kamera
- Geschwindigkeit der einzelnen Ports
- PoE Budget
- Uplink Bandbreite
Mehrere Kamerastreams werden am Switch zusammengeführt. Deshalb kann der Uplink zum Engpass werden, obwohl jeder einzelne Kameraanschluss ausreichend dimensioniert ist.
Für die anschließende lokale Bildverarbeitung stehen bei IPC2U unterschiedliche Edge KI Systeme zur Verfügung.
Wann ist PoE++ erforderlich?
IEEE 802.3bt stellt gegenüber IEEE 802.3af und IEEE 802.3at mehr Leistung für angeschlossene Geräte bereit.
Ob PoE++ erforderlich ist, ergibt sich aus dem tatsächlichen Leistungsbedarf des Endgeräts. Benötigt ein Gerät beispielsweise nur die Leistungsklasse von IEEE 802.3at, bringt ein 802.3bt Port allein für dieses Gerät keinen technischen Vorteil.
Für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf stehen neben PoE++ Switches auch industrielle PoE Injectoren und Medienkonverter zur Verfügung.
Der IMP-C1000-SFP-bt-24-T kombiniert beispielsweise einen Gigabit Kupferanschluss mit IEEE 802.3bt und einen SFP Anschluss. Damit lässt sich ein PoE Endgerät über Kupfer versorgen und gleichzeitig über Glasfaser in das Netzwerk integrieren.
Managed oder Unmanaged Industrial PoE Switch?
Für einfache, klar definierte Netzwerke ohne Konfigurationsbedarf kann ein Unmanaged Switch ausreichen.
Managed Switches werden benötigt, wenn Funktionen für Netzwerksegmentierung, Diagnose oder Redundanz gefordert sind. Je nach Modell stehen beispielsweise VLAN, SNMP, RSTP, MSTP oder ERPS zur Verfügung.
Ein Beispiel für größere Installationen ist der IGS-1604XSM-16PH mit 16 Gigabit PoE+ Ports und vier 10G SFP+ Ports. Das System unterstützt unter anderem VLAN, SNMP, RSTP, MSTP und ERPS sowie eine redundante Spannungsversorgung.
Die erforderlichen Management Funktionen sollten anhand der konkreten Netzwerkarchitektur festgelegt werden.
Einsatzbedingungen und Zertifizierungen
Neben Portanzahl, Datenrate und PoE Budget bestimmen auch die Einsatzbedingungen die Auswahl eines Industrial PoE Switches.
Relevant sind je nach Anwendung beispielsweise:
- Eingangsspannung und redundante Versorgung
- Temperaturbereich
- Schock und Vibration
- EMV Anforderungen
- Montage und Gehäuse
- branchenspezifische Normen
Für Bahn, Energieversorgung, Verkehr oder andere spezialisierte Anwendungen können zusätzliche Zertifizierungen erforderlich sein. Dazu gehören beispielsweise EN 50155 für Bahnanwendungen sowie IEC 61850-3 und IEEE 1613 für Anwendungen in der Energieversorgung.
Eine Zertifizierung darf dabei nicht von einer Produktfamilie auf ein anderes Modell übertragen werden. Entscheidend ist immer die dokumentierte Freigabe des konkret eingesetzten Geräts.
Cybersecurity bei Industrial Ethernet
Der EU Cyber Resilience Act stellt zusätzliche Cybersecurity Anforderungen an Produkte mit digitalen Elementen.
Bei Managed Industrial Switches sollten deshalb neben den Netzwerkfunktionen auch Sicherheitsfunktionen, sichere Update Mechanismen und Schwachstellenmanagement berücksichtigt werden.
Welche Security Funktionen benötigt werden, hängt von der jeweiligen Netzwerkarchitektur und den geltenden Anforderungen ab.
Garantie und langfristiger Einsatz
Bei langfristig eingesetzten Netzwerkinfrastrukturen sind auch Produktverfügbarkeit und Herstellergarantie relevante Auswahlkriterien.
Für ausgewählte Industrial Networking Produkte im IPC2U Sortiment stehen 5 Jahre Herstellergarantie zur Verfügung.
Wann ist ein Fiber Uplink sinnvoll?
PoE versorgt Endgeräte über Kupfer. Der Uplink des Switches kann dagegen über Glasfaser ausgeführt werden.
SFP beziehungsweise SFP+ eignen sich beispielsweise für Fiber Backbones, größere Entfernungen oder die Verbindung räumlich getrennter Netzwerksegmente.
Passende Modelle finden sich bei den Industrial Ethernet Switches von IPC2U.
Industrial PoE Switch in fünf Schritten auswählen
1. Endgeräte bestimmen
Anzahl und Typ der angeschlossenen Powered Devices erfassen.
2. Leistungsbedarf prüfen
Maximale Leistungsaufnahme und benötigten IEEE PoE Standard bestimmen.
3. PoE Budget berechnen
Den Leistungsbedarf aller gleichzeitig versorgten Geräte mit dem verfügbaren PoE Budget vergleichen.
4. Bandbreite bestimmen
Datenrate pro Port und gesamten Datenverkehr zum Uplink berücksichtigen.
5. Einsatzbedingungen festlegen
Spannungsversorgung, Temperatur, Management, Redundanz, Fiber Schnittstellen und erforderliche Zertifizierungen definieren.
Industrial PoE Netzwerk geplant?
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