Die RACM30-K/277-Serie versorgt PoE- und PoE+-Anwendungen

Die heutige Welt ist voll von vernetzten Geräten, darunter Sensoren, Aktoren und Steuerungen. In vielen Fällen müssen große Datenmengen zwischen diesen Geräten und übergeordneten Systemen ausgetauscht werden, angefangen bei lokalen Workstations und Servern bis hin zu cloudbasierten Installationen wie Rechenzentren.

Obwohl viele annehmen, dass die drahtlose Konnektivität die Standardwahl ist, bieten kabelgebundene Verbindungen oft entscheidende Vorteile – besonders in industriellen Umgebungen. Beispielsweise können Industrieanlagen wie Generatoren, Wechselrichter, Motoren und Schweißgeräte starke elektromagnetische Störungen aussenden, die drahtlose Signale stören. Zudem können Metallstrukturen wie Maschinen, Regale und Wände Funksignale reflektieren oder blockieren, was zu Mehrwegverzerrungen und Signalausfällen führt. Im Vergleich dazu sind kabelgebundene Verbindungen wie Ethernet wesentlich widerstandsfähiger gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und bieten eine höhere Zuverlässigkeit, eine geringere Latenz und eine bessere Sicherheit. Besonders wichtig ist, dass kabelgebundene Verbindungen sowohl Daten als auch Strom über ein einziges Kabel liefern können, wie die „Power over Ethernet“-Technologien zeigen.

Das umfangreiche Portfolio an AC/DC-Wandlern und Stromversorgungen von RECOM deckt ein breites Anwendungsspektrum ab – von kompakten Modulen für eingebettete und IoT-Systeme bis hin zu Hochleistungslösungen für Industrie- und Automatisierungsumgebungen. Diese vielfältige Produktpalette umfasst Stromversorgungsfamilien, die speziell für Power-over-Ethernet-Anwendungen entwickelt wurden und die Anforderungen von kompakten eingebetteten und IoT-Systemen ebenso erfüllen wie die robuste Industrieautomation.

Frühe Computersysteme in den 1960er und frühen 1970er Jahren stützten sich auf eine Vielzahl langsamer, unflexibler und proprietärer Kommunikationsmethoden. Terminals und Drucker wurden in der Regel über direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit seriellen Schnittstellen (z. B. RS-232) oder über parallele Verbindungen (z. B. Centronics) angeschlossen. Mainframe-Terminal-Netzwerke, die sich um große zentralisierte Mainframes drehten, die mit Hunderten – oder sogar Tausenden – von Dumb Terminals verbunden waren, arbeiteten mit kundenspezifischen Busarchitekturen und proprietären Protokollen wie IBMs Systems Network Architecture (SNA).

Eine Alternative zu einem einzelnen großen Mainframe-Computer war der Einsatz mehrerer kleinerer Minicomputer. Im Zuge dieser Verlagerung entwickelten sich eine Vielzahl von LAN-Architekturen (Local Area Network) und -Protokollen, um die Minicomputer miteinander und mit Geräten wie Druckern und Plottern zu verbinden. Diese Lösungen waren mit Problemen wie hohen Kosten (aufgrund spezieller Verkabelung und Hardware), begrenzter Skalierbarkeit und Ineffizienz verbunden. Darüber hinaus führte der Mangel an Standardisierung dazu, dass Systeme verschiedener Anbieter nicht miteinander kommunizieren konnten, was es den Unternehmen erschwerte, ihre Netzwerke zu erweitern.

Die Lösung für all diese Probleme war Ethernet, das im Jahr 1973 von Robert Metcalfe und David Boggs bei Xerox PARC erfunden wurde. Im Jahr 1983 wurde Ethernet zu einem offiziellen IEEE-Standard (IEEE 802.3), der 10 Mbit/s über Koaxialkabel abdeckte. Fast Ethernet (100Mbit/s), Gigabit Ethernet (1Gbit/s) und Varianten mit höherer Geschwindigkeit (10/40/100Gbit/s) folgten ab 1995. Das paketbasierte Protokoll von Ethernet ist zuverlässig, deterministisch, skalierbar und flexibel – Netzwerke können durch einfaches Hinzufügen weiterer Knoten ohne wesentliche Änderungen an der zugrunde liegenden Infrastruktur erweitert werden. Zudem wurden die Ethernet-Komponenten (Kabel, Stecker, Schalter usw.) aufgrund der Standardisierung und der breiten Akzeptanz schnell weit verbreitet und erschwinglich.

Jedes vernetzte Gerät benötigt zwei wesentliche Ressourcen: ein Mittel zur Datenkommunikation und eine Stromversorgung. Ethernet übernimmt den Datentransport, doch die Geräte benötigen weiterhin Energie. Batterien sind in vielen Anwendungen keine praktikable Lösung, da sie in Bezug auf Kapazität, Zuverlässigkeit, Wartung, Sicherheit und Kosten eingeschränkt sind. Die Verwendung separater Stromkabel für jedes Gerät erhöht zudem die Komplexität, die Kosten und das Kabelgewirr – insbesondere in dicht belegten oder schwer zugänglichen Umgebungen.

Die Lösung ist Power over Ethernet (PoE), das sowohl die Übertragung von Strom als auch von Daten über ein einziges Standard-Ethernet-Kabel ermöglicht. PoE reduziert den Verkabelungsbedarf, vereinfacht die Installation und beschleunigt die Einführung intelligenter Systeme im großen Maßstab. Proprietäre PoE-Systeme entstanden in den späten 1990er Jahren, vor allem von Unternehmen wie Cisco. Der erste offizielle PoE-Standard, IEEE 802.3af, wurde 2003 eingeführt. Dieser Standard definiert eine Mindestleistung von 12,95 Watt, die am angetriebenen Gerät (PD) verfügbar sind, sowie ein Maximum von 15,40 Watt, die von der Stromversorgungsanlage (PSE) geliefert wird.

Im Jahr 2009 folgte eine erweiterte Spezifikation, IEEE 802.3at, allgemein bekannt als Power over Ethernet Plus (PoE+). Sie erhöht die Leistungsabgabe auf mindestens 25,50 Watt am angetriebenen Gerät (PD). Maximal stellt die Stromversorgungsanlage (PSE) dabei 30,00 Watt bereit. Basic PoE kann eine Vielzahl von Netzwerkgeräten mit niedrigem Stromverbrauch mit Energie versorgen, darunter IP-Kameras (Internet Protocol), VoIP-Telefone (Voice over Internet Protocol), WAPs (Wireless Access Points) und weitere Geräte wie Zugangskontrollsysteme und Umgebungssensoren. Dank seiner höheren Leistungskapazität erweitert PoE+ die Kompatibilität auf anspruchsvollere Geräte wie PTZ-Kameras (Pan-Tilt-Zoom), Video-IP-Telefone, WAPs mit mehreren Antennen und erweiterten Funktionen, Alarmsysteme sowie biometrische Sensoren.

Die Begriffe „PoE-Injektion“ und „PoE+-Injektion“ beschreiben den Prozess, bei dem Strom in eine Ethernet-Datenleitung eingespeist wird, sodass ein angeschlossenes Gerät (wie eine Kamera oder ein Zugangspunkt) sowohl Daten als auch Strom über dasselbe Kabel erhält. In einer typischen Konfiguration liefert ein Ethernet-Switch nur die Daten. Ein PoE-Injektor wird zwischen dem Switch und dem angetriebenen Gerät positioniert. Er leitet das Datensignal unverändert weiter und versorgt gleichzeitig das Endgerät mit PoE- oder PoE+-konformer Energie aus einer geeigneten Quelle. PoE verwendet im Allgemeinen 48VDC, während PoE+ in der Regel 54VDC einsetzt.

Die beliebte RACM30-K/277-Serie von RECOM mit kostengünstigen AC/DC-Wandlern ist jetzt mit 36V-, 48V- und 54VDC-Ausgängen für eine größere Zahl von Anwendungen, einschließlich PoE und PoE+, erhältlich. Dies ergänzt die bestehende Palette von 5, 12, 15, 24, ±12 und ±15VDC-Ausgängen. Die RACM30-K/277-Serie unterstützt einen ultrabreiten Eingangsbereich von 88–305VAC und ist in bedrahteten, Open Frame-, gekapselten Leiterplatten- und Chassis-mount-Formaten mit branchenüblichen Pin-Outs erhältlich.

Eine DIN-Schienen-Montageoption ist ebenfalls erhältlich, mit Push-in-Drahtklemmen für eine vereinfachte Installation. Zusätzlich gibt es eine vollständig gekapselte Version in einem IP65-Gehäuse mit nur 59mm Durchmesser und fliegender Verdrahtung in Unterputzdosen. Der Footprint für die eingeschlossenen Teile beträgt lediglich 1,5" x 2" und ermöglicht eine volle 30W-Leistung bei Umgebungstemperaturen von 40 °C bis +60 °C sowie bis zu 90 °C mit Derating.

Heute ist Ethernet allgegenwärtig: Es findet sich in Büronetzwerken, industriellen Steuerungssystemen, Rechenzentren, Heimnetzwerken und vielen weiteren Anwendungen. PoE und PoE+ sind für viele Einsätze unverzichtbar geworden, da sie Installationskosten senken und die Verkabelung vereinfachen, indem separate Stromleitungen entfallen. Da Ethernet-verbundene Geräte immer leistungsfähiger werden, gewinnt PoE+ zunehmend an Bedeutung. Die AC/DC-Wandlermodule der Serie RACM30-K/277 von RECOM bieten eine kompakte, zuverlässige und standardkonforme Stromversorgungsgrundlage für diese Anwendungen und liefern Entwicklern die nötige Leistung, um Geräte mit Strom zu versorgen und die Netzwerke weltweit am Laufen zu halten.

Die AC/DC-, DC/DC- und EMC-Books of Knowledge von RECOM bieten eine umfangreiche Sammlung von Erkenntnissen und Fachwissen, die erforderlich sind, um effektive AC/DC-Stromversorgungs-Designs zu implementieren.

Zudem bietet der Beitrag Energieeffizienz bei AC/DC-Spannungsversorgungen: Die wichtigsten Vorgaben im Überblick eine hilfreiche Einführung in die Ökodesign-Richtlinie. Diese umfasst eine Reihe von Standards und Richtlinien, die von Regierungen oder Aufsichtsbehörden festgelegt wurden, um sicherzustellen, dass die Produkte so entworfen sind, dass sie ihre Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg minimieren. Im Mittelpunkt dieser Vorschriften stehen die Steigerung der Energieeffizienz sowie die Förderung der Nachhaltigkeit durch die Reduzierung von Abfall, Emissionen und Ressourcenverbrauch.