PoE-I/O-Module für Gebäude: Strom und Daten über ein Kabel

In Zwischendecken, Steigschächten und kleinen Technikräumen ist bei ein paar zusätzlichen I/O-Punkten oft nicht das Signal das Problem, sondern die Spannungsversorgung. PoE-I/O-Module beziehen ihre Versorgung über das Ethernet-Kabel. Ein einziges Kabel vom PoE-Switch ersetzt damit sowohl ein lokales 24-V-Netzteil als auch eine separate Datenleitung. Dieser Beitrag behandelt PoE-Klassen und Leistungsbudgets, Switches und Injektoren, die PoE-I/O-Serien von ICP DAS sowie die Grenzen von PoE in Gebäuden.

So funktioniert Power over Ethernet

Das speisende Gerät (Power Sourcing Equipment, PSE), meist ein PoE-Switch oder ein Injektor, erkennt zunächst ein normgerechtes Endgerät (Powered Device, PD) und schaltet erst dann die Nennspannung von 48 V zu. Die Versorgung läuft entweder über die Datenpaare oder über die freien Adernpaare, und das PD muss beide Varianten akzeptieren. Der Switch NS-205PSE speist beispielsweise über die Pins 1, 2 und 3, 6 ein, der Injektor tNS-200IN dagegen über die freien Paare an den Pins 4, 5 und 7, 8. Bei der Erkennung meldet das PD eine Klasse, die dem PSE mitteilt, wie viel Leistung es aufnehmen darf.

Die Differenz zwischen PSE- und PD-Leistung deckt die Verluste auf bis zu 100 m Kabel ab. IEEE 802.3bt ergänzt höhere Klassen, die I/O-Module nicht benötigen.

Rechenbeispiel: PoE-Budget für einen Technikraum

Ein Technikraum auf einer Etage erhält einen 8-Port-Switch NSM-208PSE. Er versorgt die folgenden Geräte; Klasse und maximale Leistungsaufnahme stammen aus den jeweiligen Datenblättern:

Die tatsächliche Maximallast liegt bei etwa 21 W. Ein Budget nach Klassengrenzen, also nach dem, was ein PSE pro Port reservieren darf, ergibt 7 x 4,0 W + 15,4 W = 43,4 W. Jedes Gerät bleibt innerhalb der 15,4 W pro Port, die der NSM-208PSE liefert. Für die 48-V-Versorgung des Switches nennt das Datenblatt 2,8 A bei 48 VDC, wenn alle PDs unter Volllast laufen. Wer das Netzteil auf diesen Wert auslegt, ist für jedes 802.3af-Gerät an jedem Port gerüstet.

PoE-Switches und Injektoren

• NS-205PSE: 5 Ports, davon 4 PSE-Ports nach IEEE 802.3af mit je bis zu 15,4 W, Eingang 46–55 VDC, -40 bis +75 °C.
• NSM-208PSE: 8 PSE-Ports mit je bis zu 15,4 W im Metallgehäuse.
• NS-205PSE-24V und NSM-208PSE-24V: Varianten für Schaltschränke, in denen nur 24 V zur Verfügung stehen; sie setzen die Eingangsspannung auf die für PoE benötigten 48 V hoch.
• NSM-205GP und NSM-208GP: Gigabit-Switches mit Ports nach IEEE 802.3at mit bis zu 30 W, redundanten Versorgungseingängen und Relais-Alarmausgang.
• iNS-306: IoT-Switch mit 4 PoE+-Ports und Weboberfläche, die PoE-Spannung, -Strom und -Leistungsaufnahme anzeigt, sowie mit zeitgesteuertem Ein-/Ausschalten und Reset pro Port.
• tNS-200IN und tNS-200GIN: Einport-Injektoren mit 15,4 W bzw. 30 W, die einen Port eines Switches ohne PoE um PoE ergänzen. Die -24V-Varianten werden mit 24 VDC versorgt.
• NS-200PS: PoE-Splitter, der 24 VDC mit bis zu 10 W für ein Gerät ohne PoE-Eingang bereitstellt.

PoE-I/O-Module von ICP DAS

• PET-7000: PoE-Versionen der Module der Serie ET-7000 mit Modbus TCP und UDP, integriertem Webserver und Web-HMI, z. B. PET-7015 (RTD), PET-7005 (Thermistor), PET-7017 (Analogeingang) und PET-7060 (6 DI, 6 Relais). Es sind Geräte nach IEEE 802.3af, überwiegend Klasse 1, die sich auch mit 12–48 VDC über die Klemmleiste versorgen lassen.
• PET-7200: wie PET-7000, jedoch mit 2-Port-Ethernet-Switch und LAN-Bypass für die Daisy-Chain-Verdrahtung, z. B. PET-7215 (RTD) und PET-7260 (6 DI, 6 Relais).
• PET-2200: die Familie ET-2200 mit 2-Port-Switch sowie Modbus TCP/UDP, MQTT und SNMP V2c. Je nach I/O-Ausstattung gehören sie zur Klasse 1, 2 oder 3.
• tPET: sehr kompakte Module der Klasse 1 mit Modbus TCP/UDP und MQTT, versorgt über PoE oder einen DC-Eingang. Beispiele sind tPET-P6 und tPET-PD6 mit 6 Eingängen für nasse bzw. trockene Kontakte sowie tPET-P2R2 mit 2 Eingängen und 2 Leistungsrelais.
• WISE-7100: PoE-Module, die im Webbrowser konfigurierte IF-THEN-ELSE-Regeln ausführen, etwa das WISE-7115 mit 7 RTD-Eingängen.

Weitere Geräte für die Gebäudetechnik mit PoE-Eingang sind die Luftqualitäts-Datenlogger DL-302 und CL-202-E, der Bewegungs-, Temperatur- und Feuchtesensor PIR-230-E, die Kartenleser ACS-10VP-MF und ACS-11P-MF sowie die Sirene ALM-Horn-RGB.

Vorteile und Grenzen in der Gebäudeinstallation

Vorteile

• Kein lokales Netzteil in Zwischendecken, Bodentanks oder kleinen Gehäusen, und nur ein Kabeltyp für den Installateur
• USV-Pufferung aller angeschlossenen Geräte über die Versorgung des Switches
• Ferngesteuerter Power-Reset eines hängenden Geräts über einen Managed Switch wie den iNS-306
• Die PET- und tPET-Module lassen sich auch über eine DC-Versorgung an der Klemmleiste betreiben, wenn kein PoE-Port verfügbar ist

Grenzen

• Das Kabel zwischen Switch-Port und Gerät darf wie bei jeder Kupfer-Ethernet-Verbindung höchstens 100 m lang sein.
• PoE versorgt die Modulelektronik, nicht die Feldverdrahtung. Eingänge für nasse Kontakte und Open-Collector-Ausgänge benötigen eine eigene Feldspannung, und Relaiskontakte schalten eine externe Versorgung. Eingänge für trockene Kontakte, etwa am tPET-PD6, erfassen potenzialfreie Kontakte.
• Module mit 2-Port-Switch reichen die Daten in einer Daisy-Chain weiter, die Spannungsversorgung jedes Moduls ist jedoch separat zu planen.
• Relais, die Netzspannung schalten, erfordern im Gehäuse die übliche Trennung von der Datenverkabelung.
• Die Anzahl der Geräte begrenzt das Leistungsbudget des Switches und seines Netzteils, nicht die Anzahl der Ports.

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