Der ultimative PoE-Guide (Power Over Ethernet)

Was ist PoE?

PoE steht für Power over Ethernet. Es bezeichnet die Fähigkeit, über ein Ethernet-Kabel Strom an ein Gerät zu übertragen. Dieser Industriestandard macht sich die Tatsache zunutze, dass über ein einziges Ethernet-Kabel sowohl Daten als auch Strom übertragen werden können. In der Praxis bedeutet dies, dass Sie Ihr Gerät über ein einziges Kabel an Ihr Netzwerk anschließen und gleichzeitig mit Strom versorgen können. Integratoren, Monteur:innen und Anwender:innen sind von dieser Funktion gleichermaßen begeistert. Sie macht ein separates Stromkabel und/oder eine eigene Stromquelle für jedes Gerät überflüssig und ist daher einfach zu installieren. Dies hat die Konnektivität und Stromversorgung des IoT grundlegend verändert.

Nehmen wir zum Beispiel an, Sie möchten ein Gateway am Rande Ihres Netzwerks installieren. Sie brauchen es nicht mit einer Ethernet-Verbindung zu verkabeln und eine Fachkraft für Elektrik zu beauftragen, die eine Steckdose installiert. Sie benötigen nur ein einziges Ethernet-Kabel, das Ihr eingeschaltetes Gerät (Powered Device, PD) mit der Stromquelle (Power Sourcing Equipment) verbindet.

Was ist ein PoE-PD?

PD steht für Powered Device. Ein PoE-PD ist ein Gerät, das Sie über ein Ethernet-Kabel mit Strom versorgen können. Einige Beispiele dafür sind:

• Industrie-Gateway oder Industrie-Controller
  • Zum Beispiel lässt sich unsere Factor 200-Serie so konfigurieren, dass sie mit PoE betrieben werden kann. Mit dieser Funktion können Sie diese Raspberry Pi-betriebenen Geräte mit kleinem Formfaktor an vielen Orten installieren, an denen Sie es vielleicht nie für möglich gehalten hätten.
• IP-Überwachungskamera
• Wireless-Zugangspunkt
• VOIP (Voice-over-Internet-Telefon)
• intelligente Schilder und Flachbildschirme
• LED-Beleuchtung 
• POS-Terminals für den Einzelhandel
• andere IoT-Sensoren und -Geräte (Internet of Things)

Was ist PoE PSE?

PSE steht für Power Sourcing Equipment. Ein PoE-PSE ist ein Gerät, das Strom überträgt.  Beispiele sind ein PoE-Switch, ein PoE-Injektor, ein PoE-Repeater (manchmal auch PoE-Extender genannt) oder sogar ein Industrie-Computer mit entsprechenden Funktionen.

PoE-Schalter

Ein PoE-Switch bietet mehrere Ethernet-Anschlüsse und kombiniert die Funktionen eines Switches mit denen einer Stromquelle. Sie können ihn verwenden, um mehrere mit Strom versorgte Geräte (PDs) anzuschließen.

PoE-Injektor

Ein PoE-Injektor ist ein kleines Gerät, mit dem Sie Ihr PD an einen normalen LAN-Anschluss anschließen können. Der PoE-Injektor wird an eine Steckdose angeschlossen und verfügt über zwei Ethernet-Anschlüsse. Sie stecken den PoE-Injektor einfach in die Steckdose und schließen Ihren Dateneingang an einen der Ethernet-Anschlüsse an. Sie können dann den zweiten Ethernet-Anschluss verwenden, um Daten freizugeben und Ihr Gerät mit Strom zu versorgen.

PoE-Repeater oder PoE-Extender 

Die maximale Kabellänge für PoE beträgt 100 Meter. Wenn Sie Ihr Gerät noch weiter von Ihrem PSE entfernt aufstellen müssen (auch bekannt als „Far Edge“), können Sie einen PoE-Repeater oder -Extender verwenden, um Ihre Entfernung zu verdoppeln. Sie installieren ihn zwischen dem PSE und dem PD. Dabei kann das Kabel auf jeder Seite 100 Meter lang sein. Sie müssen eine noch größere Entfernung überwinden? Einige Extender lassen sich in Reihe schalten.

Industrie-Computer als PoE-PSE

Bei geeigneter Konfiguration können einige Industrie-Computer als Stromquelle dienen. Dies kann in vielen Szenarien von großem Vorteil sein:

• Security and surveillance
  • Sie können mehrere Überwachungskameras an einen einzigen Computer anschließen, der als Netzwerk-Videorekorder (NVR) dient.
  • Lesen Sie unseren Blogbeitrag über LENSEC. Dieses Unternehmen nutzt die Funktionalität.
• Machine Learning im Edge
  • Lesen Sie unseren Bericht über ‚IKE Solutions. Sie haben eine Machine-Vision-Lösung zur Überwachung von Fang- und Sicherheitsprotokollen an Bord von Fischereischiffen mit begrenztem Platzangebot entwickelt. Die Vision-Lösung basiert auf Kameras, die über PoE mit Strom versorgt werden. Dadurch konnte das Unternehmen den Platzbedarf für die Hardware und den Energiebedarf erheblich reduzieren.

Ethernet-Normen: IEEE 802.3

Die Norm für PoE ist Teil der IEEE 802.3-Sammlung der Ethernet-Normen, die vor etwa 50 Jahren eingeführt wurden. Diese Standards wurden von einer Arbeitsgruppe des IEEE – des Institute of Electrical and Electronics Engineers – entwickelt und verwaltet. Auf der IEEE-Website finden Sie einen detaillierten Zeitstrahl zum 50-jährigen Jubiläum des 802.3-Standards.

Wie viel Strom kann geliefert werden?

Die IEEE-Norm 802.3 hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt. Jede Version liefert mehr Gleichstrom und unterstützt daher mehr leistungshungrige Geräte. Alle PoE-Geräte (Quellen oder Lasten) sind interoperabel. Allerdings erhält ein neues Hochleistungs-PoE-Gerät nicht die volle Leistung von einem älteren oder leistungsschwächeren PSE. Die Norm definiert die verschiedenen Leistungsstufen als „Klassen“.

Diese höhere Leistung wird dadurch erreicht, dass der Strom über alle vier verdrillten Kabelpaare eines Netzwerkkabels übertragen wird. So können auch leistungsstarke Geräte wie Flachbildschirme und Laptops angeschlossen werden. Zuvor erfolgte die Stromübertragung über zwei von vier Paaren. In der folgenden Tabelle finden Sie einen Vergleich der 802.3 IEEE-Standardversionen.

Eine Vergleichstabelle der 802.3 IEEE-Versionen

Alle PSE-Geräte können nachgeschaltete Geräte mit einer Leistung versorgen, die gleich oder niedriger ist als die Stromversorgungsfähigkeit. Das bedeutet, dass ein Typ-2-konformer PSE sowohl Typ-2- als auch Typ-1-Geräte mit Strom versorgen kann. Sie müssen die Fähigkeiten des PSE auf der Grundlage der Anforderungen des nachgeschalteten PD-Geräts auswählen.

Was ist ein PoE-Splitter?

Ein PoE-Splitter ist ein Gerät, das Sie verwenden können, wenn Sie ein entfernt gelegenes Gerät mit Strom versorgen müssen, das kein PoE-PD ist und keine Steckdosen verfügbar sind. Im Wesentlichen trennt der Splitter die Daten von der Stromversorgung: ein Ethernet-Kabel geht hinein und zwei Kabel kommen heraus, eines für die Stromversorgung und eines für die Daten.

Überlegungen zur Sicherheit

In den IEEE-Normen sind viele Sicherheitsaspekte festgelegt. Es gibt mehrere Klassifizierungs- und Erkennungsstufen, die zwischen dem PSE und dem PD stattfinden, bevor die volle Spannung und Leistung über das System übertragen wird. Damit soll sichergestellt werden, dass Nicht-PoE-Geräte und nicht konforme PDs nicht durch die hohe Spannung im Ethernet-Kabel beschädigt werden. Dadurch können PoE-fähige Ethernet-Ports sicher mit Nicht-PoE-Geräten verwendet werden.

Wenn der PSE nicht in der Lage ist, die volle vom PD benötigte Leistung zu unterstützen, wird die Verbindung nicht hergestellt. Dadurch werden Stromausfälle auf dem PD verhindert. Erst wenn eine gültige Erkennungs- und Klassifizierungssignatur vorliegt, stellt der PSE die volle angeforderte Leistung für den Netzwerkanschluss bereit.

Sobald eine Verbindung zwischen einem gültigen PSE und PD hergestellt ist, gibt es mehrere Schutzstufen an beiden Enden. So wird sichergestellt, dass beide Geräte innerhalb der festgelegten Grenzen der IEEE-Norm arbeiten. Die PSE- oder PD-Geräte überwachen die Spannung und den Strom über die Ethernet-Verbindung. Die Verbindung wird unterbrochen, wenn Überstrom- oder Überspannungsbedingungen festgestellt werden. Eine automatische Erkennung stellt die Verbindung zwischen PSE und PD wieder her, sobald die Fehlerursache beseitigt ist.

Die Vorteile von PoE

• Die Installation von Geräten ist einfacher. Es muss nur ein einziges Kabel für Strom und Daten verlegt werden.  
• Es ist nicht nötig, ein Elektrounternehmen zu beauftragen, um eine Steckdose an schwer zugänglichen Stellen zu verlegen. Wenn Sie Hunderte von Geräten installieren müssen, können die Einsparungen in diesem Bereich erheblich sein! 
• Generell gibt es weniger Fehlerquellen, da weniger Geräte und Kabel erforderlich sind, um sowohl Strom als auch Netzwerkfunktionen bereitzustellen. 

Industrie-Computer von OnLogic mit PoE

OnLogic bietet viele Industrie-Computer an, die für die Stromversorgung Ihrer PDs verwendet werden können. Dies kann Ihre Installation weniger kompliziert machen und den Platzbedarf minimieren.

Die Karbon 300- und Karbon 700-Serie

Die Karbon 300- und Karbon 700-Serie bieten beispielsweise drei GbE LAN Ports. Sie können zwei dieser LAN-Ports für die Bereitstellung von PoE konfigurieren. Die beiden Ports liefern zusammen bis zu 32 W Leistung. Diese Leistung reicht aus, um einen einzelnen Port mit bis zu 25,5 W (IEEE 802.3at), zwei Ports mit jeweils bis zu 15,4 W (IEEE 802.3af) oder zwei Ports mit einer kombinierten Leistung von bis zu 32 W (beispielsweise 7 W und 25 W) zu unterstützen.

Sie möchten mehr Geräte mit Strom versorgen? Sie können den K700 mit optionalen ModBay-Karten konfigurieren. So lassen sich bis zu vier zusätzliche PoE-Ports hinzufügen. Die ModBay-PoE-Leistungsabgabe hängt von der Eingangsspannung, der Gesamtleistungsaufnahme des Systems und der Betriebstemperatur ab. Die ModBay PoE-Karte unterstützt bis zu 30 W pro Port bei 70 °C mit einer Gesamtleistung von 110 bis 120 W bei 36 V Eingangsspannung, 105 bis 120 W bei 24 V, 75 bis 90 W bei 12 V und 60 W bei 9 V. Der Leistungsbereich für jede Eingangsspannung ist abhängig von der Systemkonfiguration und der Gesamtleistungsaufnahme. Lesen Sie dazu auch das K700-Produkthandbuch (in Englisch).

Die Karbon 800-Serie

Unsere Karbon 800-Serie verfügt über bis zu sechs 2,5 GbE LAN-Ports. Davon können zwei für PoE konfiguriert werden. Die beiden Ports liefern zusammen bis zu 32 W Leistung. Diese Ausgangsleistung reicht aus, um einen einzelnen Port mit bis zu 25,5 W (IEEE 802.3at), zwei Ports mit jeweils bis zu 15,4 W (IEEE 802.3af) oder zwei Ports mit einer kombinierten Leistung von bis zu 32 W (beispielsweise 7 W und 25 W) zu unterstützen.

Der Karbon 800 unterstützt auch zusätzliche LAN-Erweiterungen mit OnLogic ModBay-Karten. Sie können mit ModBay-Karten bis zu acht zusätzliche RJ45 LAN- oder PoE-Ports oder bis zu sechs zusätzliche M12 X-codierte LAN- oder PoE-Ports konfigurieren. Die maximale ModBay-PoE-Leistungsabgabe hängt von der Eingangsspannung des Systems, der Gesamtleistungsaufnahme des Systems und der Betriebstemperatur ab. Weitere Informationen finden Sie im K800-Produkthandbuch.

Wie kann OnLogic helfen?

OnLogic hat Kunden auf der ganzen Welt bei der Entwicklung einer Vielzahl innovativer Lösungen mit Power over Ethernet unterstützt. Möchten Sie Ihre eigene innovative Lösung mit Strom versorgen? Wir können helfen! Wenden Sie sich noch heute an unser Team!