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Roboter, Highspeed-Kameras, Echtzeit-Bildverarbeitung, Sensorik & Co.: Alles ist vernetzt und kommuniziert mit hohen Datenraten. Bild: Baran ?zdemir, iStock
Produktionswelt im Wandel

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Fit mit Gigabit-Ethernet und M12

Text: Fabian Seymer, Belden
Roboter, Highspeed-Kameras, Echtzeit-Bildverarbeitung, Sensorik & Co.: Alles ist vernetzt und kommuniziert mit hohen Datenraten. Die Umstellung auf die Gigabit-Technologie ist deshalb im vollen Gange. Hierfür wird jedoch auch die richtige Dateninfrastruktur auf Feldebene benötigt.

Bei Industrie 4.0 und IoT stellt die Notwendigkeit einer erweiterten Vernetzung innerhalb und zwischen Bereichen, wie Produktion, Logistik oder Qualitätssicherung sowie die Integration hochleistungsfähiger Sensorik und intelligenter Vision-Systeme auf Industrial-Ethernet-Basis mit hohem Datentransferbedarf in bestehende Verdrahtungskonzepte, Verantwortliche vor große Herausforderungen. Folglich sehen sich alle an der Planung, Instandhaltung und Betrieb industrieller Netzwerke auf Feldebene Beteiligten derzeit mit einigen substantiellen Fragen, wie diesen konfrontiert:

  • Wie sieht die derzeitige Feldinfrastruktur aus?

  • Welche Entwicklungen und Trends gilt es zu antizipieren?

  • Wie gestalte ich mein Feldnetzwerk zukunftsfähig?

Bislang setzen Industrial-Ethernet-Feldnetzwerke, welche generell durch hohe Anforderungen hinsichtlich Robustheit gegenüber aggressiven Umwelteinflüssen wie Schock und Vibration, Öle oder Spritzwasser charakterisiert sind, nahezu ausschließlich auf den Fast Ethernet (bis 100 Mbit/s) Standard. Unter diesen Bedingungen haben sich M12-Steckverbinder in 4-poliger, D-codierter Ausführung in umspritzter Form von Anschluss- und Verbindungsleitungen sowie in konfektionierbarer Version als bevorzugte Verbindungstechnologie unter industriellen Feldbedingungen bewährt.

Steigendes Datenaufkommen

Allerdings ist bereits absehbar, dass, unter anderem bedingt durch den zunehmenden Bedarf nach einer stärkeren Vernetzung von Prozessen und Anlagen in Verbindung mit dem vermehrten Einsatz hochleistungsfähiger Sensorik wie HD-Kameras die bereitgestellte Bandbreite von Fast-Ethernet-Infrastrukturen nicht mehr ausreicht. Mittelfristig werden auch in der Feldebene, wie aktuell schon in der Steuerungsebene, Datenübertragungsraten im Gigabit-Bereich ein Muss sein. Basierend auf diesen Marktanforderungen wurde nun eine neue Variante des M12-Steckverbinders in 8-poliger Ausführung mit X-Codierung entwickelt.

Kombiniert mit industrietauglichen Kabeln der Kategorie 6A oder höher gestattet dieser auch in anspruchsvollen Industrieapplikationen einen zuverlässigen Datentransfer von bis zu 10 GBit/s. Beidseitig umspritzte Verbindungsleitungen verschiedenster Länge erlauben Endanwendern dabei die Plug-and-Play-Anbindungen neuer Vision-System-Komponenten, mit der vielfach im industriellen Umfeld bewährten IP67-Technologie. Im Bedarfsfall kann dabei die Stromversorgung auch über Ethernet (PoE) erfolgen. Zudem gewähren frei konfektionierbare Steckverbinder zusätzliche Flexibilität für Installationen direkt im Feld.

Fließender Übergang

Die Industrie befindet sich in einer Übergangsphase vom etablierten Fast Ethernet auf den Gigabit-Standard, was für Netzwerkplaner und Betreiber zusätzliche Herausforderungen mit sich bringt. Aktuelle Generationen industrieller Switches verfügen häufig schon über Gigabit-taugliche, X-codierte Schnittstellen. Bei Endgeräten im Feld hingegen ist das aktuell nur bei High-End-Produkten wie HD-Kameras der Fall. Dies verkompliziert die zukunftsgerichtete Planung von industrietauglicher Netzwerkinfrastruktur zusätzlich. Zudem stehen Firmen neben neu zu installierenden Anlagen deutlich häufiger der Herausforderung gegenüber, Netzwerkteilnehmer mit Datentransferraten >100 MBit/s in bestehende industrielle Netzwerke zu integrieren. Es gibt nur wenige Ansätze für eine effiziente Umrüstung von bestehenden Netzwerken auf Datentransferbedarfe >100 MBit/s, ebenso wie konkrete Vorschläge für die Auslegung geplanter Neuanlagen. Vor dem Hintergrund der angesprochenen Umstellungsphase sind insbesondere sogenannte Mischtechnologien von Bedeutung.

Möglich wird dies durch die flexible Kombination von Kabeln der Kategorie 7, 6A oder 5 und feldkonfektionierbaren oder angespritzten M12-Steckverbindern in D- oder X-codierter Ausführung. Netzwerkplaner können dadurch 10-GBit-Kabel zwischen bestehenden Fast-Ethernet-Schnittstellen installieren, womit der Verdrahtungsaufwand im Falle einer zukünftigen Umstellung auf X-codierte Schnittstellen minimiert werden kann. Die Steckverbinder schlichtweg zu tauschen kann dann vor allem bei Verbindungen über lange Distanzen hinweg Zeit und Kosten bei der Installation einsparen. Auch können auf diese Weise Fast-Ethernet-Komponenten an industrielle Switches angeschlossen werden, die bereits auf Gigabit-Ethernet basieren. Eine essentielle Rolle für effiziente Installationen, Umrüstungen, etc. nehmen diesbezüglich frei konfektionierbare Steckverbinder ein. Dabei empfehlen sich solche mit innovativer Schneidklemm- oder Federzugtechnologie. Sie ermöglichen eine sehr zügige Konfektionierung im Feld ohne Einsatz von speziellen Werkzeugen. Zudem gewährleisten sie funktionale und operative Sicherheit.

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