Wat is Single Pair Ethernet?
Single Pair Ethernet (SPE) is een verzameling Ethernet-varianten uit de IEEE 802.3-familie die data, en desgewenst voeding, over één getwist aderpaar transporteren in plaats van over de twee of vier paren van gewoon netwerkkabel. SPE ontstond in de auto-industrie, waar elke gram koper telt, en is inmiddels de basis voor Ethernet tot in de sensor, de klep en de gebouwregelaar. De belangrijkste varianten zijn 100BASE-T1 en 1000BASE-T1 voor korte afstanden en 10BASE-T1L, dat 10 Mbit/s over maximaal 1000 meter haalt en de fysieke laag vormt onder Ethernet-APL. Daarmee kan IP-communicatie de plek innemen van de 4-20 mA-lus en klassieke veldbussen.
🧠 Wat maakt Single Pair Ethernet anders dan gewoon Ethernet?
Standaard Ethernet over koper (100BASE-TX, 1000BASE-T) gebruikt twee of vier aderparen, RJ45-connectoren en een maximale kanaallengte van 100 meter. Dat is prima voor een kantoor, maar te dik, te duur en te kort voor een veldinstrument dat ergens in een fabriek of op een dak zit. SPE kiest bewust voor een andere afweging:
- Eén aderpaar — dunnere, lichtere en goedkopere kabels en kleinere connectoren
- Full duplex over één paar — bij punt-tot-puntvarianten als 10BASE-T1L en 1000BASE-T1 gebeuren zenden en ontvangen tegelijk over dezelfde twee aders, met echo-onderdrukking in de PHY; het multidrop-segment van 10BASE-T1S werkt half duplex
- Voeding over dezelfde aders — met Power over Data Lines (PoDL) heeft een sensor geen aparte voedingskabel nodig
- Lengte of snelheid — elke variant is geoptimaliseerd voor één doel: grote afstand (10BASE-T1L), multidrop (10BASE-T1S) of hoge snelheid over korte afstand (1000BASE-T1)
Boven de fysieke laag verandert niets: frames, MAC-adressen, IP, TSN en industriële protocollen werken zoals u gewend bent. Wie wil weten hoe frames en switching werken, leest hoe Ethernet werkt.
🔧 Welke IEEE-standaarden horen bij SPE?
| Standaard | Variant | Snelheid | Bereik | Oorspronkelijk doel |
|---|---|---|---|---|
| IEEE 802.3bw-2015 | 100BASE-T1 | 100 Mbit/s | ca. 15 m | Auto-industrie (voortgekomen uit BroadR-Reach) |
| IEEE 802.3bp-2016 | 1000BASE-T1 | 1 Gbit/s | 15 m (type A) / 40 m (type B) | Auto-industrie, ook industrie |
| IEEE 802.3bu-2016 | PoDL | n.v.t. | n.v.t. | Voeding over het datapaar, klassen 0–9 |
| IEEE 802.3cg-2019 | 10BASE-T1L | 10 Mbit/s | tot 1000 m | Industrie, procesautomatisering, gebouwen |
| IEEE 802.3cg-2019 | 10BASE-T1S | 10 Mbit/s | 15 m punt-tot-punt, 25 m multidrop | Korte multidrop-bussen, minimaal 8 nodes per segment |
| IEEE 802.3dg-2026 | 100BASE-T1L | 100 Mbit/s | tot 500 m | Snellere lange-afstandsverbindingen |
10BASE-T1S is bijzonder omdat meerdere apparaten op één gedeelde kabel hangen, net als bij een veldbus. Botsingen worden voorkomen met PLCA (Physical Layer Collision Avoidance): een coördinator stuurt een baken en daarna krijgt elke node om de beurt zendrecht. 100BASE-T1L is de jongste toevoeging; de standaard werd in juni 2026 gepubliceerd en de eerste producten moeten nog breed beschikbaar komen.
🔌 Welke connectoren en kabels gebruikt SPE?
Na jaren van concurrerende voorstellen kozen de bekabelingscommissies ISO/IEC JTC 1/SC 25 en TIA TR-42, in een selectieproces dat in 2018 mede op verzoek van IEEE 802.3 startte, twee steekbeelden uit de IEC 63171-reeks. IEEE 802.3 nam die aanbeveling over:
- IEC 63171-1 — een compacte connector in LC-stijl, voorgesteld door CommScope, voor kantoor- en gebouwbekabeling (omgevingsklasse M1I1C1E1, IP20)
- IEC 63171-6 — de “T1 Industrial”-interface, voorgesteld door HARTING en gepubliceerd in januari 2020, voor industriële omgevingen (M2I2C2E2 en M3I3C3E3), van IP20 tot IP65/67 en in M8- en M12-uitvoeringen
Rond die keuzes zijn twee samenwerkingsverbanden actief. Het SPE Industrial Partner Network, met onder meer HARTING en TE Connectivity, promoot het IEC 63171-6-steekbeeld. De Single Pair Ethernet System Alliance, in 2020 opgericht door onder andere R&M, Phoenix Contact, Weidmüller, Fluke Networks en Telegartner, richt zich op een breed SPE-ecosysteem en ondersteunt ook andere steekbeelden, zoals IEC 63171-2 en -5. Controleer bij inkoop dus altijd welk steekbeeld een apparaat heeft.
Voor de bekabeling zijn SPE-kanalen opgenomen in ISO/IEC 11801-3 (amendement uit 2021) en TIA-568.5. Voor 10BASE-T1L over lange afstanden wordt vaak afgeschermde kabel met een dikkere ader gebruikt, of hergebruikt men bestaande veldbuskabel type A, zoals PROFIBUS PA die kent.
⚡ Hoe werkt voeding over Single Pair Ethernet?
PoDL (Power over Data Lines) zet een gelijkspanning op hetzelfde aderpaar dat ook de data draagt; spoelen en condensatoren scheiden beide. IEEE 802.3bu definieerde de klassen 0 tot en met 9 (0,5 tot 50 W), vooral met het oog op auto’s. IEEE 802.3cg voegde de klassen 10 tot en met 15 toe voor 10BASE-T1L, ook wel SPoE genoemd:
| PoDL-klasse | Systeemspanning | Vermogen bij het apparaat | Voorbeeld |
|---|---|---|---|
| 10 | 24 V | 1,23 W | Eenvoudige sensor |
| 11 | 24 V | 3,2 W | Transmitter met display |
| 12 | 24 V | 8,4 W | Kleine actuator of IO-Link-master |
| 13 | 48 V | 7,7 W | Lange kabel, middelgroot apparaat |
| 14 | 48 V | 20 W | Camera, regelaar |
| 15 | 48 V | 52 W | Zwaardere actuator of gateway |
Ter vergelijking: een 4-20 mA-lus levert een instrument hooguit enkele tientallen milliwatts. In explosiegevaarlijke zones gelden aparte regels; daar beperkt Ethernet-APL het vermogen via 2-WISE volgens het principe van intrinsieke veiligheid.
🔄 Hoe verhoudt SPE zich tot 4-20 mA, HART, IO-Link en Ethernet-APL?
| Kenmerk | 4-20 mA / HART | IO-Link | 4-paars Ethernet | SPE (10BASE-T1L) | Ethernet-APL |
|---|---|---|---|---|---|
| Aders | 2 | 3 (ongeschermd) | 4 of 8 | 2 | 2 |
| Snelheid | Analoog + 1,2 kbit/s (HART) | Tot 230,4 kbit/s | 100 Mbit/s – 10 Gbit/s | 10 Mbit/s | 10 Mbit/s |
| Bereik | Honderden meters tot km’s | 20 m | 100 m | Tot 1000 m | Trunk 1000 m, spur 200 m |
| Topologie | Punt-tot-punt | Punt-tot-punt naar master | Ster via switches | Ster via switches | Trunk en spurs via switches |
| IP-adres op het apparaat | Nee | Nee (via master) | Ja | Ja | Ja |
| Explosieveilig | Ja | Beperkt | Nee | Niet standaard | Ja, via 2-WISE |
Ethernet-APL is dus geen concurrent maar een profiel van SPE: het neemt 10BASE-T1L en voegt er poortprofielen, voedingsregels en explosieveiligheid voor de procesindustrie aan toe. IO-Link blijft voorlopig sterk bij goedkope sensoren dicht bij de machine; SPE kan daarbij de verbinding van de IO-Link-master naar het besturingsnetwerk verzorgen.
🏭 Waar wordt Single Pair Ethernet toegepast?
- Procesindustrie — via Ethernet-APL vervangen transmitters, kleppen en analysers met 10BASE-T1L de 4-20 mA/HART-lus en veldbussen als PROFIBUS PA en FOUNDATION Fieldbus
- Fabrieksautomatisering — sensoren, kleine actuatoren en remote I/O met M8- of M12-connectoren, zonder gateway naar een veldbus
- Gebouwautomatisering — regelaars voor HVAC, warmtepompen, verlichting en toegangscontrole over langere afstanden, als vervanging van RS-485-bussen
- Auto-industrie — de oorsprong: 100BASE-T1 en 1000BASE-T1 voor camera’s, radar en regelunits in voertuigen
- Brownfield-renovaties — bestaand tweedraads koper kan vaak worden hergebruikt, wat graafwerk en kabeltrekken bespaart
Het grote voordeel is “IP tot aan de rand”: diagnose, kalibratiegegevens en procesdata zijn rechtstreeks bereikbaar via Industrial Ethernet-protocollen als PROFINET, EtherNet/IP en OPC UA, zonder vertaalslag in een gateway.
🔐 Wat betekent SPE voor OT-security?
Elk SPE-apparaat is een volwaardig netwerkapparaat met een eigen IP-stack. Dat is functioneel winst, maar het vergroot het aanvalsoppervlak op het laagste niveau van de installatie, waar tot nu toe alleen analoge signalen liepen.
- Meer eindpunten — honderden sensoren worden netwerknodes; neem ze op in uw asset-inventaris en houd firmwareversies bij
- Segmentatie — plaats veldapparaten in eigen zones en conduits volgens netwerksegmentatie en laat alleen noodzakelijke protocollen door naar het besturingsniveau
- Apparaatbeveiliging — vraag leveranciers naar certificering tegen IEC 62443-4-2: authenticatie, gesigneerde firmware en uitschakelbare diensten
- Toegangscontrole op de poort — beheerde industriële switches met poortbeveiliging of 802.1X voorkomen dat iemand ongemerkt een laptop op een veldkabel aansluit
- Gedeeld medium bij 10BASE-T1S — op een multidrop-segment ziet elke node al het verkeer; versleuteling of logische scheiding is daar extra belangrijk
🛠️ Hoe pakt u een SPE-project stap voor stap aan?
- Kies de variant — 10BASE-T1L voor lange afstanden en procesinstrumenten, 10BASE-T1S voor korte multidrop-bussen, 1000BASE-T1 voor camera’s en hoge bandbreedte; in Ex-zones Ethernet-APL
- Inventariseer de kabels — bepaal of bestaande tweedraadsbekabeling herbruikbaar is en meet kabellengte, aderdikte en afscherming
- Standaardiseer het steekbeeld — IEC 63171-6 (M8/M12) voor de fabriek, IEC 63171-1 voor gebouwen; neem dit op in uw inkoopspecificatie
- Reken het voedingsbudget door — welke PoDL-klasse heeft elk apparaat nodig en hoeveel vermogen levert de switch per poort en in totaal?
- Ontwerp het netwerk — switches met SPE-poorten, uplinks naar het bestaande netwerk, VLAN’s en zones, adresplan en tijdsynchronisatie
- Borg de beveiliging — asset-registratie, segmentatie, firmwarebeheer en monitoring vanaf de eerste pilot, niet achteraf
- Start met een pilot — één meetkring of één gebouwdeel, inclusief onderhoud en storingszoeken door uw eigen technici
❓ Veelgestelde vragen
Is Single Pair Ethernet hetzelfde als Ethernet-APL?
Nee, Single Pair Ethernet is de verzamelnaam voor Ethernet over één aderpaar, terwijl Ethernet-APL een specifiek profiel daarvan is voor de procesindustrie. Ethernet-APL gebruikt de 10BASE-T1L-variant van SPE en voegt poortprofielen, voedingsregels en intrinsieke veiligheid voor Ex-zones toe. Elk Ethernet-APL-apparaat gebruikt dus SPE, maar niet elk SPE-apparaat is Ethernet-APL.
Hoe ver reikt Single Pair Ethernet?
Het bereik van Single Pair Ethernet hangt af van de variant. 10BASE-T1L haalt tot 1000 meter bij 10 Mbit/s, 100BASE-T1L tot 500 meter, 10BASE-T1S circa 25 meter in multidrop en 1000BASE-T1 maximaal 40 meter. Gewoon vierpaars Ethernet blijft beperkt tot 100 meter.
Kan Single Pair Ethernet een apparaat van stroom voorzien?
Ja, Single Pair Ethernet kan via PoDL (Power over Data Lines) voeding over hetzelfde aderpaar leveren. Voor 10BASE-T1L definieert IEEE 802.3cg de klassen 10 tot en met 15, van ongeveer 1,2 W tot 52 W bij het apparaat. Dat is veel meer dan een 4-20 mA-lus levert en genoeg voor slimme sensoren en kleine actuatoren.
Welke connector gebruikt Single Pair Ethernet in de industrie?
Voor industriële toepassingen is IEC 63171-6 het gekozen steekbeeld voor Single Pair Ethernet, verkrijgbaar in IP20, IP65/67 en in M8- en M12-uitvoering. Voor kantoor- en gebouwbekabeling is IEC 63171-1 gekozen, een compacte connector in LC-stijl. Daarnaast bestaan andere steekbeelden, dus controleer altijd de specificatie van het apparaat.
Vervangt Single Pair Ethernet 4-20 mA en HART?
Single Pair Ethernet kan 4-20 mA en HART vervangen, maar dat gebeurt geleidelijk. In nieuwe procesinstallaties wint het via Ethernet-APL terrein, terwijl bestaande installaties nog decennia met analoge lussen blijven werken. Veel organisaties kiezen daarom voor een gemengde architectuur waarin SPE eerst bij nieuwbouw en uitbreidingen wordt ingezet.
Is Single Pair Ethernet veilig genoeg voor kritieke installaties?
Single Pair Ethernet zelf bevat geen beveiliging; het is een fysieke laag die IP tot in het veld brengt. De veiligheid hangt af van segmentatie, apparaten die aan IEC 62443-4-2 voldoen, beheerde switches en goede monitoring. Met die maatregelen is SPE net zo goed te beveiligen als ander industrieel Ethernet.
📌 Samengevat
Single Pair Ethernet brengt IP-communicatie en voeding over één aderpaar tot in sensoren en veldapparatuur, en vervangt daarmee stap voor stap analoge lussen en veldbussen. 10BASE-T1L met 1000 meter bereik en de industriële IEC 63171-6-connector vormen de kern voor de industrie, met Ethernet-APL als profiel voor de procesindustrie. In 2026 is SPE technisch volwassen, maar de adoptie verloopt nog voorzichtig. Wie ermee begint, behandelt elke sensor vanaf dag één als netwerkapparaat dat geïnventariseerd, gesegmenteerd en beveiligd moet worden.