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Miniaturisierung der Anschlusstechnik: RJ45- (an der Seite) und Mini I/O-Steckverbinder (oben) im Vergleich. Bild: TE Connectivity
Industrial Internet of Things

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Steckverbinder für das IIoT

Text: Andreas Wöber, TE Connectivity
Der Trend zum industriellen Internet der Dinge wird unterstützt durch die Miniaturisierung von Netzwerkkomponenten. Diese sollten jedoch mit geringem Aufwand installierbar sein. Die Realisierung erfolgt mit weiterentwickelten Steckverbindern, die zudem modular aufgebaut sind.

Das industrielle Internet der Dinge beruht auf vernetzten Maschinen, Maschinengruppen und -komponenten sowie vernetzter Sensorik und Aktorik. Die damit einhergehende Zunahme der Anzahl von Ethernet-Hubs bringt ferner auch viele neue Planungsoptionen für eine effektivere Fabrik mit sich, die mittels einer neuen Infrastruktur abgedeckt werden müssen. Hierzu gehört eine höhere Flexibilität der Maschinen und Anlagen. Denn eine starre Infrastruktur mit festen Zugriffspunkten ermöglicht keinen flexiblen Fabrikaufbau. Anschlüsse von und zur Maschine müssen sich variabel als auch schnell realisieren und konfektionieren lassen.

Ein weiterer Aspekt ist die Adaptivität der Anlagen und Maschinen, wodurch neue oder optimierte Fertigungsstationen beziehungsweise -schritte besser integriert werden können. Aber auch defekte Funktionseinheiten lassen sich so effizienz austauschen. Dazu müssen die Schnittstellen einfacher, robuster und zuverlässiger weden. Außerdem steigen durch die Dezentralisierung der Prozesse die Anforderungen an die Modularität der Maschinen und Anlagen. Für vielfältige Kombinationen sind nicht nur standardisierte, sondern auch zuverlässige Schnittstellen notwendig, die sich schnell in Betrieb nehmen lassen. Schließlich erfordert der Plug-and-Produce-Ansatz eine Reduzierung der Anzahl der Komponenten, die sich zudem fehlersicher anschließen lassen müssen.

Ethernet-Komponenten sind noch zu groß

Unterstützt wird das Ganze durch eine spezielle Industrial-Ethernet–Kommunikation. Heutige Ethernet-Switche, -Kabelsysteme und -Steckverbinder sind jedoch zu voluminös und komplex aufgebaut. Dadurch erschweren sie die Handhabung bei der Planung und Inbetriebnahme von Anlagen und Systemen, weshalb Einschränkungen zu berücksichtigen sind.

In der industriellen Kommunikation haben sich in den vergangenen Jahren Systeme durchgesetzt, die auf einer 2(3)-Draht-Kommunikation aufbauen. Zu nennen sind hier Profibus, CANopen, DeviceNet, ASi, Hart, Modbus, CC-Link und Interbus. Die angeschlossenen Sensoren, Aktoren, Komponenten und Baugruppen konnten entsprechend kompakt ausgelegt werden.

Wer heute IP-Adressierungsfähigkeit in das Feld bis hin zum Sensor bringen möchte, muss diese Systeme durch Ethernet-fähige Komponenten ersetzen. Der augenscheinlichste Nachteil sind dabei die Anforderungen an die Infrastruktur. Denn im Ethernet-Umfeld werden für 100 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) beziehungsweise ein Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) Leitungen mit vier oder acht Adern verwendet. Entsprechend haben sie einen größeren Durchmesser, wodurch sich Probleme im Installationsbereich ergeben – und zwar hinsichtlich Platzbedarfs, Anforderungen an den Biegeradius und Schleppketteneignung.

Ähnlich sieht es im Anschlussbereich für die Steckverbinder aus. Denn diese wurden häufig nicht speziell für Industrieapplikationen entwickelt, sondern erst nachträglich mit viel Aufwand auf Industrieniveau angehoben. Schlüsselkriterien sind erstens eine unterbrechungsfreie Kontaktierung bei Schock und Vibrationen, zweitens eine einfache, fehlertolerante Installation und Inbetriebnahme sowie drittens Varianten für unterschiedlichste industrielle Umgebungsbedingungen.

Damit ergeben sich zwangsläufig Anforderungen an die Konstruktion der angeschlossenen Geräte, insbesondere bezüglich der Baugröße. Ein erster Schritt zur Bauraumoptimierung – gerade im Schaltschrank – war die Einführung des Mini-I/O-Steckverbinders.

Anschlusstechnik wird immer kleiner

Im Zuge der Standardisierungsaktivitäten in den IEEE-Arbeitsgruppen 802.3bp und 802.3bu wird es voraussichtlich zu einer weiteren Miniaturisierung der Anschlusstechnik kommen. Denn diese Gruppen definieren 1-Gbit/s-Ethernet, das über ein zweiadriges Twisted-Pair-Kabel kommuniziert und auch 100 Mbit/s unterstützt. Ferner sind geschirmte und ungeschirmte Varianten vorgesehen, vier Inline-Steckverbinderpaare in einer Verbindung sowie Kabellängen von bis zu 40 Meter bei voller Geschwindigkeit.

Im Gegensatz zu den für Standard-Ethernet genutzten RJ45-Steckverbindern entwickelt TE Connectivity zurzeit einen Steckverbinder, der die Industrieanforderungen erfüllt und dazu noch modular aufgebaut ist, um den unterschiedlichsten Kundenanforderungen gerecht zu werden. So ergeben sich verschiedene Optionen für eine hybride, das heißt mit Energieübertragung kombinierte Steckverbinderlösung, bei der die Datenkommunikation die Basisfunktion bildet, über die Datenleitung zugleich aber auch Energie übertragen werden kann. Ferner gibt es ein Insert für die Energieübertragung in separaten Leitungen. Die neue Lösung wird sowohl geschirmte und ungeschirmte Varianten umfassen als auch Varianten für den Einsatz im oder außerhalb des Schaltschranks.

Auf das IIoT ausgerichtete Steckverbinder

Für den Anwender ergeben sich daraus Vorteile wie etwa eine einfachere Verlegung der Verbindungsleitungen oder die Möglichkeit, bereits installierte Leitungen weiter zu verwenden. Außerdem sind die speziell für das Industrieumfeld optimierten Steckverbinder kleiner als bisherige Ausführungen und können schnell und fehlerfrei im Feld konfektioniert werden. Ferner lassen sich mit ihnen vereinfachte IO-Module und Backplane-Systeme aufbauen oder – bei einer angepassten Leistung in der Datenübertragung – sogar vorhandene Verkabelungen nutzen.

Neue Ethernet-basierte Kommunikationstechnologien, die gezielt auf die Industrieanforderungen ausgerichtet sind, werden auch bei den industriellen Steckverbindern Vorteile in Bezug auf Formfaktor, Leistung und Zuverlässigkeit bringen. Dies ermöglicht kleinere und kosteneffizientere Lösungen für Geräte und Komponenten und bietet somit weitreichende Vorteile zum Realisieren des Industrial Internet of Things in der Fabrik.

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