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Die richtige Wahl

Text: Bernd Horrmeyer, Phoenix Contact Foto: chrisgramly
Immer komplexere und leistungsfähigere Lösungen erfordern ein ständiges Mehr an Datenübertragung in der Industrieautomation. Die jeweiligen Konzepte aus der Büro- und Industrieverkabelung bieten dem Anwender unterschiedliche Vorteile, aber auch Nachteile.

Mit der zunehmenden Dezentralisierung der Automatisierungstechnik steigt auch der Kommunikationsbedarf zwischen den Geräten - sowohl in der geschützten Umgebung eines Schaltschrankes als auch direkt im rauen Feld installiert. Neben klassischen Feldbussen werden mehr und mehr ethernetbasierte Systeme eingesetzt - wie etwa Profinet und Ethernet/IP. Ob ein System dabei erfolgreich ist oder nicht, hängt maßgeblich vom Verkabelungskonzept, von seiner an das Fertigungsumfeld angepassten Topologie, von seinen Auslegungsregeln sowie seiner Komponenten ab. Kommunikationsnetzwerke innerhalb eines Unternehmens für Bürobereiche, aber auch für die übergreifenden Strukturen innerhalb eines Gebäudes und zwischen den Gebäuden basieren auf Ethernet nach IEEE802.3 sowie einer anwendungsneutralen generischen Verkabelung nach ISO/IEC11801. Mit der Norm ISO/IEC24702 existiert zudem ein Standard, der diese anwendungsneutrale Verkabelung innerhalb von Industriegebäuden und Anlagen ermöglicht.

Güteklassen für die Übertragung

Eine Rolle bei Standards für die anwendungsneutrale Kommunikationsverkabelung spielt das Modell der Referenzimplementierung, das aufgrund seiner leichten Planbarkeit populär ist. Beim Einsatz von Komponenten bestimmter Güteklassen (Cat) und bei spezifischen Anordnungen dieser Komponenten gemäß den Modellen der Referenz-Implementation kann davon ausgegangen werden, dass eine bestimmte übertragungstechnische Güte (Class) des gesamten Übertragungskanals erreicht wird. So erhält man beispielsweise mit Komponenten nach Cat5 einen Class D Channel, der sich für die Übertragung von 100Base-T und 1000Base-T Ethernet eignet. Der Vorteil der leichten Planbarkeit steht nachteilig die Unflexibilität gegenüber. So müssen Gesamtlängen und Längenverhältnisse von übertragungstechnisch besseren Horizontalkabeln und schlechteren Cords eingehalten werden. Zur Kompensation ungünstiger Eigenschaften sind Abweichungen von den Längenverhältnissen, höhere Temperaturen, die Verwendung höherwertiger Komponenten oder die Reduzierung der Channel-Länge theoretisch möglich, sie werden in den Berechnungsgrundlagen auch normativ beschrieben. In der Praxis sind diese Abweichungen oft schwer zu berechnen, so dass Planer sie ungern umsetzen.

Insel der Automatisierung

Um eine Schnittstelle zwischen den industriellen Kommunikationssystemen und der generischen Verkabelung zu definieren, wurde von den Normierungsverantwortlichen das Konzept des Automation Island entwickelt. Aus Sicht der generischen Verkabelung ist ein Automation Island ein Teilnehmer-Anschluss - und damit eine Black-Box. Alles was sich in dieser Box befindet liegt in der Verantwortung der Automatisierungstechnik. Diese kann demnach ohne Rücksicht auf die generische Verkabelung innerhalb des Automation Islands die Bedürfnisse des Maschinen- und Anlagenbaus mit ihren Netzwerken erfüllen. Hinter den spezifischen Kommunikationsverkabelungen in der Industrieautomation stehen Konsortien aus Anwendern und Herstellern. Diese Netzwerke werden in der IEC61918 beschrieben. Hinzu kommt noch die Serie IEC61784-5, in der die spezifischen Aspekte der einzelnen Kommunikationssysteme - der so genannten Profile - durch Differenzierung, Ergänzung oder Modifikation der Festlegungen aus der IEC61918 definiert sind.

Netze ohne Berechnung auslegen

Im Maschinen- und Anlagenbau sind Konzepte erforderlich, die über die Referenzimplementation hinausgehen. Gründe dafür sind eine geforderte höhere Flexibilität sowie Anpassungen an spezifische Situationen - etwa Teilstrecken mit Schleppkettenleitungen oder größere Teilstrecken mit flexiblen Leitungen. Nach diesem Installationsmodell können die Netzwerke mit einfachen Regeln und ohne Berechnungen ausgelegt werden. Mit festverlegten und flexiblen Leitungen in beliebiger Kombination sowie mit Teillängen wird unter Verwendung der definierten Kabeltypen eine Channel-Länge von 100m erreicht. Steckverbindungen im Channel können gemäß den industriellen Einsatzbedingungen vielfältig mittels Wanddurchgänge, Kupplungen und Installationsdosen gestaltet sein, solange der Grenzwert von vier Steckverbindungen nicht überschritten wird. Profilspezifische Netzwerke sind heute für 100Base-T ausgelegt, und ihre Verkabelung mit zwei Aderpaaren oder einem Sternvierer darauf optimiert. Kameras zur Qualitätsinspektion, Server zur Dokumentation von Qualitätsdaten, und vieles mehr, erfordern Datenübertragungsraten von 1GBit/s. Zudem steht bei steigenden Ansprüchen 10GBit/s und damit die Channel-Klasse mit ihren Cat6 A-Komponenten bereits vor der Tür. Als neue Ebene in der Automatisierungstechnik bietet sich das sogenannte Integrated Automation Network an. Ihm kommt die Aufgabe zu, alle Teilnehmer einer automatisierungstechnischen Applikation zu verbinden, weitere Teilnehmer in die Automationsaufgaben einzubinden sowie die Kommunikation zum Unternehmensnetzwerk zu ermöglichen.

Zuverlässige Datenübertragung

Als Teil der automatisierungstechnischen Aufgabenstellung unterliegt dieses Netzwerk den gleichen schwierigen Umweltbedingungen und der Notwendigkeit der flexiblen Installation wie auch die Feldbuskommunikation. Die eingesetzten Komponenten müssen den hohen mechanischen und elektromagnetischen Belastungen gewachsen sein, damit die Daten zuverlässig übertragen werden. Aus diesem Grund haben Anwenderorganisationen dieses Modell in ihren Verkabelungsrichtlinien und in den Profilnormen der IEC61874-5 beschrieben.

Anforderungen erfüllt

Sowohl die generische Verkabelung im Industriebereich als auch die spezifischen Industrienetzwerke sind für ihre jeweiligen Einsatzbedingungen geeignet. Die generische Verkabelung eignet sich besonders, um innerhalb einer Fertigungsstätte eine kommunikationstechnische Grundverkabelung mit Anschluss an das übergeordnete Unternehmensnetzwerk bereitzustellen. Dem gegenüber ist die profilspezifische Netzwerkverkabelung insbesondere für die flexiblen Einsatzbedingungen im Maschinen- und Anlagenbau geeignet. In ihrer Kombination stellen sie eine sichere und zuverlässige Kommunikation innerhalb der Maschinen und Anlagen sowie per vertikaler Integration mit dem Unternehmensnetzwerk dar. So werden alle Anforderungen der Industrieautomation erfüllt. Die dazu erforderlichen industrietauglichen Verkabelungsprodukte bietet Phoenix Contact an, von der Grundverkabelung bis zum anspruchsvollen Maschinennetzwerk.

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