19.03.2016

Schneller automatisieren

Auf CC-Link folgt CC-Link IE

In der automatisierten Fertigung dient ein leistungsfähiges Netzwerk als Rückgrat für den Datenaustausch - die Anforderungen an die Kommunikation und Flexibilität steigen stetig. Eine 100-fach erhöhte Übertragungsrate sowie eine etablierte, universelle Ethernet-Infrastruktur bietet das aus Asien bekannte Bussystem CC-Link mit der Einführung von CC-Link IE. Steckverbinder müssen hier hohe Anforderungen erfüllen.

Autor: Dirk Bunzel, Industrial Field Connectivity, Phoenix Contact GmbH & Co. KG


CC-Link IE - ein auf Industrial-Ethernet basiertes CC-Link - ermöglicht ein neues Niveau an Leistungsfähigkeit und Flexibilität.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Den aktuellen Trends kann sich kaum jemand entziehen - zumal diese immer schneller aufeinander folgen. So hat sich die CC-Link Partner Association (CLPA), die Organisation der Hersteller CC-Link-kompatibler Produkte und Anwender von CC-Link-Technologie, dazu entschlossen, aktuelle Trends mitzugestalten - und hat CC-Link IE entwickelt. IE steht dabei für Industrial Ethernet. Ziel ist es, die Vorteile von CC-Link für zeitgemäße und zukunftsweisende Infrastruktur-Umgebungen nutzbar zu machen.

Von Japan aus in die Welt

Insbesondere Unternehmen aus dem asiatischen Raum schätzen bislang die vielen Vorteile des Bussystems CC-Link, wie z.B. die hohe Störfestigkeit oder die geringe Reaktionszeit. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass CC-Link in Japan durch Mitsubishi entwickelt und als offenes Protokoll zur Verfügung gestellt wurde. Als international operierendes Unternehmen ist die Phoenix Contact-Gruppe auch direkt vor Ort tätig und kennt die Bedürfnisse der Anwender von CC-Link und CC-Link IE. Klassisches CC-Link ermöglicht eine Datenübertragungsrate von bis zu 10MBit/s und ist damit für die meisten Aufgaben im Umfeld der Automatisierung ausreichend. Die physische Infrastruktur ist dementsprechend einfach aufgebaut: Dreiadrige Busleitungen werden über M12-Steckverbinder miteinander sowie mit den anzuschließenden Geräten verbunden. Es wird entweder eine klassische Bustopologie mit einer durchgehenden Busleitung und verschiedenen Anschlüssen - den Drops - für die Endgeräte eingesetzt. In diesem Fall verhindern Abschlusswiderstände Signalreflektionen am Ende der Busleitung. Es kann aber auch eine Sterntopologie genutzt werden, wenn diese den physikalischen Gegebenheiten eher entspricht.

Vorhandene Netzwerktechnik nutzen

Mit der einfachen Struktur und dem geringen Verkabelungsaufwand ist das Bussystem CC-Link auch heute noch vielfach im Einsatz. Aufgrund gestiegener Anforderungen wurde es inzwischen zu CC-Link IE erweitert. Vor allem bei der Bandbreite steigt der Bedarf. Neben einfachen I/O-Signalen müssen in vielen Applikationen größere Datenmengen übertragen werden, wie z.B. die Bilder von Industriekameras. Um die Qualität von Prozessen zu erhöhen, werden für eine größere Detailgenauigkeit auch in Hochgeschwindigkeitsprozessen zunehmend HD-Bilder übertragen. Generell bringt die Wahl von Industrial Ethernet als physikalische wie logische Basis für eine neue Generation von CC-Link weitere Vorteile. Neben der universellen Einsetzbarkeit mit diversen Topologien - wie Stern-, Baum- oder Linientopologie - sowie der weltweiten Akzeptanz ist die Vielfalt der angebotenen Geräte für Industrial Ethernet von allen Bussystemen und Netzwerken am größten. Auch Phoenix Contact bietet hier eine breite Auswahl an Geräten und Lösungen für die Netzwerkinstallation. Ein weiterer Vorteil von CC-Link IE ist die nahtlose Integration von Fertigungsprozessen in die vorhandene IT-Unternehmensinfrastruktur - also in das Unternehmensnetzwerk. So können etwa Produktionszahlen einzelner Maschinen oder auch ganzer Fertigungslinien direkt im ERP-System zur Verfügung gestellt werden. Abgeschlossene Fertigungsaufträge werden zur Vorplanung an die Logistiksteuerung gemeldet. Über die Verbindung zum Unternehmensnetzwerk ist auch die Remote-Diagnose im Fehlerfall einfacher - etwa wenn Mitarbeiter, die sich nicht am jeweiligen Standort aufhalten, dennoch jederzeit und bequem auf Maschinen und Anlagen zugreifen können. Diese Vorteile werden mit CC-Link IE voll ausgeschöpft und mit den bewährten Aspekten des Systems kombiniert. Neben zusätzlichen Geräten für das Netzwerk-Management - wie etwa Switches oder Router - wird auch eine neue physikalische Übertragungsinfrastruktur benötigt. Eine Übertragungsrate von 1GBit/s - also Gigabit-Ethernet - ist hier die Anforderung. Dementsprechend müssen die verwendeten Komponenten wie Kabel und Steckverbinder mindestens in Cat. 5/Class D sowie 8-polig ausgeführt sein. Diese Qualitätsanforderungen erfüllen z.B. handelsübliche RJ45-Steckverbinder mit vierpaarigen, paarverseilten Netzwerkleitungen mit Gesamtschirm. Bezeichnet wird dieser Standard als SF/UTP (Screened Foiled/Unshielded Twisted Pair). Für die Verlegung von Leitungen im Bürobereich, in geschützten industriellen Bereichen oder auch in Schaltschränken sind diese Steckverbinder eine sinnvolle Wahl. Sollen Maschinen, Anlagen und Endgeräte jedoch auch außerhalb dieser geschützten Bereiche angeschlossen werden, reichen herkömmliche RJ45-Steckverbinder nicht aus, da sie nicht für den Industrieeinsatz vorgesehen sind.

Steckverbinder für den rauen Industriealltag

Der schon seit Jahren erfolgreich eingesetzte M12-Steckverbinder bietet den meisten Einflüssen des Industrieumfelds hingegen keine Angriffsfläche. Ob mechanische Einflüsse durch Schock und Vibration oder chemische Belastung wie etwa durch Öle und Kraftstoffe - mit seinem robusten Design bietet dieser Steckverbinder viele Vorteile. Denn anders als der RJ45- wurde der M12-Steckverbinder für den Industrie-Einsatz konzipiert. Für die Gigabit-Datenübertragung ist innerhalb der M12-Schnittstelle die von Phoenix Contact mitentwickelte X-Kodierung vorgesehen. Mit Paarschirmung bis in das Steckgesicht hinein sind je nach eingesetzter Leitung bis zu 10 GBit/s möglich - also die zehnfache Datenmenge im Vergleich zu herkömmlichem Gigabit-Ethernet. Die in diesem Fall eingesetzten Leitungen verfügen neben dem Gesamtschirm über vier einzeln abgeschirmte, verseilte Aderpaare mit der Bezeichnung S/FTP (Screened/Foiled Twisted Pair). Eine derart hohe Datenmenge mag im ersten Moment unnötig erscheinen. Wenn man sich jedoch das exponentielle Datenwachstum der letzten Jahre sowie die Prognosen für die nächsten Jahre vor Augen führt, wird diese Größenordnung relativiert. Mit dem Einsatz von 10GBit-Ethernet entscheidet man sich schon jetzt für Zukunftssicherheit auf der physikalischen Übertragungsebene. Gerade auf diesem Level ist eine spätere Aufrüstung im Rahmen eines Retrofit häufig aufwendig und kostenintensiv. Schon deshalb sollte man sich dem jeweils aktuellen Stand der Technik zuwenden. Die X-kodierte Schnittstelle ist in einer Erweiterung des IEC-Standards genormt, welcher der M12-Bauform zugrunde liegt - der IEC61076-2-109. Eine Reihe von Anbietern führt Produkte für die Verkabelung mit der M12-X-Kodierung, und zwar von Infrastruktur-Komponenten über Netzwerk-Management bis hin zu Endgeräten. Phoenix Contact bietet hier ein umfassendes Produktprogramm, das eine zuverlässige Basis für Applikationen mit CC-Link IE schafft.

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Fazit

Industrie 4.0 entwickelt sich gerade von der Idee hin zur praktischen Anwendung. Dabei stellen neue Kundenanforderungen hinsichtlich Kleinstserien, kürzerer Lieferzeiten und hoher Flexibilität die Betreiber von Produktionsanlagen vor große Herausforderungen. Ein steigender Bedarf an Bandbreite im industriellen Netzwerk - auf diese Entwicklung hat die CC-Link Partner Association reagiert und mit CC-Link IE einen neuen Weg auf Basis von bekannten Standards eingeschlagen. Für die notwendige Datenübertragung ist die M12-Schnittstelle mit hoher Zukunftssicherheit, guter Integration in bestehende Systeme sowie Industrietauglichkeit geeignet. Phoenix Contact bietet ein umfassendes Produktprogramm an Steckverbindern, aus dem jeder Anlagenplaner seine Lösung auswählen kann.

CC-Link IE - bereits heute eine Option?

Viele Zeitgenossen stellen sich die Frage, ob CC-Link und CC-Link IE überhaupt relevant für den europäischen Markt sind. Ihren Ursprung haben die Systeme in Japan, daher sind sie vor allem im asiatischen Raum verbreitet. Einerseits sollten Gerätehersteller jedoch immer berücksichtigen, dass das Einsatzgebiet ihrer Endgeräte eben auch in Asien liegen kann. Und viele Unternehmen, die aus Asien in die Welt expandieren, bringen etablierte Systeme mit und verbreiten sich weltweit. Außerdem gibt es Anwender, die sich völlig unabhängig von den Vorteilen von CC-Link und CC-Link IE diese Systeme bereits erfolgreich einsetzen.

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