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Zwei Welten verbinden

Text: Bernd Horrmeyer, Phoenix Contact Foto: underworld111; Phoenix Contact
Für die industrielle Kommunikation in Maschinen und Anlagen haben sich sowohl Feldbusse als auch Systeme des Industrial Ethernet bewährt. All diese Kommunikationssysteme werden von Nutzerorganisationen begleitet und die Ergebnisse in Richtlinien dokumentiert.

Ein wichtiger Faktor für den Erfolg industrieller Kommunikationssysteme ist die herstellerunabhängige Definition der eingesetzten Komponenten. Viele Steckverbinder sind international genormt und mit ihrer Geometrie sowie mit ihrer elektrischen Leistungsfähigkeit unter industriellen Umgebungsbedingungen beschrieben. Neu hinzugekommen ist eine Norm für M12-Steckverbinder, die sich im fortgeschrittenen Stadium befindet: Sie beschreibt die Fähigkeit der Datenübertragung - die Signalintegrität. In den Normen IEC 61918 und IEC 61784-5-x werden sowohl generelle als auch spezifische Anforderungen festgelegt - und zwar hinsichtlich der Planung, Installation, Inbetriebnahme und Wartung. Damit stehen zahlreiche Dokumente zur einfachen und sicheren Netzwerkverkabelung zur Verfügung.

End-to-End-Link

Ein wichtiger Baustein um dem Anwender die Implementation von Feldbus-Verkabelungssystemen zu erleichtern, ist die messtechnische Beurteilung einer kompletten Verkabelungsstrecke. Für eine sichere Datenübertragung kommt es auf die Signalintegrität an. Bei den Systemen des Industrial Ethernet lehnt man sich hierzu an die bereits existierenden Konzepte der generischen Gebäudeverkabelung mit dem Channel-Modell an. Nachteilig ist, dass die Steckverbinder am Anfang und Ende des Channels nicht mit in die Kalkulation einbezogen werden und marktübliche Feldmessgeräte die Übertragungseigenschaften der Steckverbinder ausblenden. Bei der generischen Verkabelung ist das angemessen, da am Anfang und Ende des Channels vorkonfektionierte Patch-Leitungen eingesetzt werden.

In der Industrieautomation sieht die Welt anders aus: Um komplexe Strukturen mit Durchgangslöchern zu überwinden, werden in einer Anlage die Leitungen häufig als Meterware eingezogen. Anschließend werden die Steckverbinder im Feld angeschlossen. Aus diesem Grunde finden sich zur werkzeuglosen Konfektionierung häufig RJ45- oder M12-Steckverbinder mit industrieller Schnellanschlusstechnik. Werden die Steckverbinder fehlerhaft konfektioniert, kann ein ordnungsgemäßer Channel attestiert werden, obwohl eine unzuverlässige Verbindung vorliegt. Internationale Normungs- und Nutzerorganisationen arbeiten an einer Lösung: Als Erweiterung des Channels soll ein sogenannter End-to-End-Link definiert werden, der die Steckverbindungen berücksichtigt. Nach der Entwicklung und erfolgreichen Verifizierung eines mathematischen Modells können die Normen zur Feldbus-Verkabelung (IEC 61918) und zur Messtechnik erweitert werden.

Patch-Leitungen

Ein weiteres Feld ist die Spezifikation von vorkonfektionierten Patch-Leitungen für den industriellen Einsatz. Vorkonfektionierte Leitungen können innerhalb eines Schaltschrankes zur Verbindung zweier Geräte eingesetzt werden. Nutzerorganisationen haben vorkonfektionierte Leitungen definiert, die mit leichteren Leitungstypen bei gleichzeitig guten industriellen Eigenschaften und qualitativ hochwertigen Steckverbindern diesen Einsatz abdecken. Auch in der Faseroptik gibt es genügend Einsatzfälle für vorkonfektionierte Leitungen. Hier ist dieses Konzept auch außerhalb von Schaltschränken attraktiv, da die Konfektionierung der Steckverbinder im Feld von den Anwendern kritisch gesehen wird und man deshalb lieber vorkonfektionierte Leitungen einsetzen möchte. Bislang gab es aber keinerlei Definition der industriellen Eignung von Patch-Leitungen aus Faseroptik. Mit einer IEC-Norm wurden nun erstmals eine Reihe von Tests definiert, die Komponenten im Industrieumfeld bestehen müssen. Hierauf basierend werden nicht nur industrielle Faseroptik-Steckverbinder getestet. Zudem wurde auch ein Normungsprojekt initiiert, welches darauf abzielt, vorkonfektionierte Leitungen für den industriellen Einsatz mit ihren optischen und umweltbezogenen Parametern zu spezifizieren.

Integration der Netzwerke

Heute müssen industrielle Kommunikationsnetzwerke mit hohen Datenübertragungsraten operieren. Nutzerorganisationen erweitern ihre Verkabelungsspezifikationen so, dass auch Ethernet mit 1 GBit/s oder mehr übertragen werden kann. RJ45-Steckverbinder sind für diese Datenübertragungsraten gemäß der Kategorie 6Aspezifiziert. Dagegen ist der M12-Steckverbinder mit vier Polen und D-Codierung nicht für dieses Konzept geeignet. Mit dem 8-poligen X-codierten M12-Steckverbinder wurde dieses Problem gelöst. Mit seiner Performance gemäß Kategorie 6Aüberträgt er Daten bis 10 GBit/s - und erfüllt damit alle industriellen Anforderungen.

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