Mit Power-over-Ethernet zum einfachen Kamerasystem

Gigabit-Ethernet-basierte Kameras können inzwischen in nahezu allen Anwendungsbereichen eingesetzt werden und dort ihre Vorteile in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht ausspielen. Aus technischer Sicht bleiben die Vorteile von Gigabit-Ethernet erhalten, die dieses Interface in den vergangenen Jahren so erfolgreich gemacht haben. Dabei sind insbesondere die Kabellänge von bis zu 100m und die hohe Datenrate von 100MByte/s zu nennen, die hohe Bildraten in allen Standardauflösungen ermöglichen. Aus wirtschaftlicher Sicht bietet Gigabit-Ethernet Vorteile aufgrund der niedrigen Kosten für das Gesamtsystem, die durch günstiges Zubehör sowie die Preispositionierung von Gigabit-Ethernet-Kameras ermöglicht werden. Durch die PoE-Technologie können noch weitere Einsparungen realisiert werden. Die Einkabellösung: Kosten für Installation senken Power-over-Ethernet ermöglicht es, Kameras mit nur einem Kabel anzuschließen und auf das sonst übliche separate Kabel zur Spannungsversorgung zu verzichten. Es können Standard-GigE-Kabel verwendet werden, die die Spannung mit übertragen. Dabei kommt es nicht zu Einbußen der Datenbandbreite, da das Signal und die Spannung aufmoduliert werden. Anwender benötigen keine teuren Spezialkabel zur Spannungsversorgung mehr, was bei größeren Kamerasystemen hilft, Kosten einzusparen. Weiterhin verringert sich die Komplexität des mechanischen Gesamtaufbaus der Applikation, da kein weiteres Kabel im System mitgeführt werden muss. Anwendern erleichtert dies insbesondere die Installation und das Aufsetzen eines robusten Mehrkamerasystems durch die ohnehin vorhandene IP-Adressierung. So lassen sich Systemkosten von Anfang an reduzieren, ebenso wie zukünftige Kosten für Wartung und eventuellen Austausch. Insgesamt wird das System robuster, einfacher wartbar, zuverlässiger und wirtschaftlicher. Flexibilität und geeignete Baugröße für die Robotik Ein Haupt-Einsatzbereich für die Power-over-Ethernet-Kameras ist der Robotik-Bereich. Dort kommt es auf drei Dinge an: niedrige Kosten, einfache und robuste Installation sowie eine kleine Baugröße. Mit Power-over-Ethernet werden zunächst zwei der Anforderungen erfüllt. So wird nur ein Kabel zum Anschluss der Kamera benötigt, was die Installation vereinfacht. Die Baugröße ist im Normalfall bei PoE-basierten Kameras kritisch, da bisher keine kleinen Kameras erhältlich waren, die mit PoE-Technologie arbeiten. Basler hat mit der ace-Kameraserie eine Gigabit-Ethernet-Kamera mit Power-over-Ethernet entwickelt, die die von Anwenderseite gewünschten Abmaße von 29x29mm erfüllt und somit die typische Bauform analoger Kameras erreicht (Bild 1). Da sie im großen Umfang in der Robotik zum Einsatz kommen, wird dies einer der größten Märkte für die Kamerafamilie werden. Switches, Injektoren und PoE-Netzwerkkarten Die Integration von Gigabit-Ethernet-Kameras ist grundsätzlich einfach. Meist ist eine Gigabit-Ethernet-Karte oder ein Gigabit-Ethernet-Port auf dem Mainboard des Computers ausreichend, um eine GigE-Kamera anzuschließen. Weiterhin ist ein sogenannter PoE-Injektor notwendig, der zwischen Kamera und Computer platziert und mit Standard-GigE-Kabeln verbunden wird. Ein Injektor ist in etwa so teuer wie ein separates Netzteil, das bei GigE-Kameras ohne PoE zum Einsatz kommt. So lässt sich eine einzelne GigE-Kamera anschließen. Neu ist die Möglichkeit, Einsteckkarten für den Computer zu verwenden, die bereits im Computer mit Spannung versorgt werden und dann direkt Power-over-Ether­net ohne zusätzlichen Injektor liefern. Diese Karten sind derzeit mit zwei Gigabit-Ethernet-Ports ausgestattet, sodass auch mehr als eine Kamera direkt mit dem PC verbunden werden kann. Da ein Großteil der Anwendungen nur zwei Kameras benötigt, bietet die PC-Einsteckkarte eine Lösung für ein bis zwei Kameras, die einfach aufgebaut ist (Bild 2). Die PoE-Gigabit-Ethernet-Karten selbst sind derzeit noch etwas teurer als vergleichbare Karten ohne PoE, sollen aber zukünftig im Preis sinken. Mehr als zwei Kameras mit dem Computer verbinden Bei Systemen mit mehr als zwei Kameras sind Switches eine gute Lösung, um mehrere Kameras mit einem Computer zu verbinden (Bild 3). Generell können an einen Switch viele Kameras angeschlossen werden, da Switches häufig zwölf und mehr GigE-Ports zur Verfügung stellen. In der Praxis sind jedoch typischerweise nur vier bis sechs Kameras an einem solchen Switch angeschlossen, die gleichzeitig Bilddaten senden, da dieser in seiner verfügbaren Bandbreite auf die Gigabit-Ethernet Übertragungskapazität von ca. 100MByte/s begrenzt ist. Es können aber grundsätzlich mehr als sechs Kameras angeschlossen werden, wenn diese nicht gleichzeitig senden. Auch Switches sind mit PoE-Funktionalität erhältlich, sodass die angehängten Kameras direkt vom Switch mit Spannung versorgt werden. Dabei unterstützen auch Standard-Switches die automatische Erkennung, ob eine PoE-fähige Kamera angeschlossen ist und versorgen diese automatisch mit Spannung. Power-over-Ethernet-Switches sind derzeit noch etwas teurer als Switches ohne PoE. Allerdings ist die Gesamtlösung aufgrund des Wegfalls des Kabels zur Spannungsversorgung im Vergleich zu herkömmlichen Gigabit-Ethernet-Lösungen günstiger. Mehrkamerasysteme arbeiten oft mit Switches, die inzwischen mit PoE Funktionalität erhältlich sind; zusätzliche Kabel sind damit nicht notwendig. Power-over-Ethernet verstärkt Trend zu Gigabit-Ethernet Gigabit-Ethernet hat sich in den vergangenen Jahren als Standard-Schnittstelle für digitale Kameras im unteren Preissegment etabliert. Mit der Power-over-Ethernet-Technologie wird Gigabit-Ethernet als Interface für Industriekameras nochmals attraktiver und verstärkt den Trend zu Gigabit-Ethernet. Das wird insbesondere dadurch möglich, dass PoE dem starken Preisdruck in dem Segment Rechnung trägt und die Installation vereinfacht. Durch die Einkabellösung wird beispielweise ein wichtiges Argument, das bisher für die FireWire-Technolgie stand, aufgehoben und eröffnet zusätzliche Nutzungsmöglichkeiten, z.B. in der Robotik. Mit neuen Kameraserien wie die Basler ace können Anwender Gigabit-Ethernet auch für Applikationen nutzen, in denen bisher überwiegend analoge Kameras zum Einsatz kamen.