29.10.2013

Einfache Handhabung, störsicherer Betrieb

Infrastruktur-Komponenten für Ethernet-Netzwerke

In der industriellen Datenkommunikation hat längst der Wandel zu Ethernet und Ethernet-basierenden Protokollen eingesetzt. Der stetig zunehmende Wechsel von den bislang verwendeten Feldbus-Technologien auf industrielle Ethernet-Netzwerke stellt die Anwender vor die Aufgabe, die richtigen Entscheidungen im Bereich der Infrastruktur zu treffen. Der vorliegende Artikel stellt das Produktprogramm von Phoenix Contact für diesen Bereich vor.

Autor: Bernd Rosenbaum, PHOENIX CONTACT Electronics GmbH.


Bild 1: Werden die richtigen Komponenten ausgewählt, können Ethernet-Netzwerke einfach und störsicher aufgebaut werden.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Die Automatisierungstechnik verlangt immer häufiger nach größeren Datenraten und Bandbreiten, wobei sich die Übertragungsverluste gleichzeitig signifikant verringern sollen. Die im Office- und IT-Bereich genutzten Netzwerkkomponenten wie Kabel, Steckverbinder und Verteilungseinrichtungen erfüllen hier die besonderen Anforderungen der rauen Industrieumgebung nicht. Vielmehr sind Infrastruktur-Komponenten mit einer hohen Netz- und Anlagenverfügbarkeit erforderlich, die sich einfach, schnell und störsicher einbauen lassen. In der Automatisierungswelt kommt es zudem darauf an, dass die ausgewählten Geräte den industrietypischen Einflüssen trotzen, zu denen neben Staub und spritzenden Flüssigkeiten auch Beeinträchtigungen durch elektromagnetische Störungen und Überspannungen zählen. Ein störsicherer Datenaustausch lässt sich jedoch nur mit Komponenten umsetzen, die eine entsprechende elektromagnetische Verträglichkeit besitzen. Darüber hinaus sind ein weiter Temperaturbereich sowie die mechanisch robuste Montage auf einer Tragschiene notwendig.

Sichere Verbindung von Leitung und Netzwerk-Teilnehmer

Vor diesem Hintergrund stellt Phoenix Contact ein umfangreiches Produktprogramm für die komplette Netzwerk-Installation zur Verfügung. In der Feldverkabelung von Maschine zu Maschine sowie zwischen einzelnen Gebäuden oder unterschiedlichen Schaltschrank-Segmenten erweist sich der Einsatz von Kupferkabeln für die feste und flexible Installation als sinnvoll. Die Leitungen sind sowohl als Meterware wie auch mit vorkonfektioniertem Stecker erhältlich. Möchte der Anwender die Kabel selbst im Feld zusammenstellen, umfasst das Leistungsspektrum zahlreiche Steckverbinder und Werkzeuge in verschiedenen Ausführungen. Die konfektionierten Patchkabel können in Längen bis 20m für Cat5 und Cat6 bezogen werden. Zur strukturierten Feldverkabelung empfehlen sich Mini-Anschlussfelder. Die passiven Patchpanel für die Tragschiene stellen eine komfortable Alternative zur Vor-Ort-Konfektionierung von RJ45-Steckern dar, denn deren aufwändige Montage mit speziellem Werkzeug entfällt. Die Schaltschrank-übergreifende Feldverkabelung wird je nach gewählter Variante einfach auf Schraub-, Federkraft- oder LSA-Anschlussklemmen aufgelegt. Die weitere Ankopplung an die Endgeräte erfolgt dann mit vorkonfektionierten RJ45-Patchkabeln. Aufgrund der voll geschirmten Leitungsführung der kompakten Rangierfelder ist die Übertragungsqualität bis 1GBit/s sichergestellt. Der Kabelschirm lässt sich über Jumper wahlweise direkt oder per RC-Glied erden. Im Schaltschrankbau werden sämtliche Komponenten im Schrank vorinstalliert, sodass bei der Inbetriebnahme der Anlage nur noch die Feldleitungen gezogen werden müssen. Sind die Kabellängen im Vorfeld bekannt und die Stecker bereits angebracht, bieten sich Patchpanel mit zwei JR45-Buchsen an. Die zu verlegenden Leitungen können jetzt einfach und sicher über die Patchpanel im Schaltschrank mit den Netzwerk-Teilnehmern verbunden werden.

Schutz vor fehlerhafter Installation und Manipulation

Über die Hälfte aller Netzwerkfehler und Abstürze resultiert aus einer fehlerhaften Verkabelungs-Infrastruktur oder Manipulation. Die Netzwerke lassen sich jedoch auf einfache Weise auch im Hinblick auf die Verkabelung und Steckanschlüsse absichern. So unterstützt die Farbcodierung für Patchkabel mit dem FL Patch Ccode eine korrekte Anbindung. Dazu werden die Farbmarkierungen werkzeuglos am RJ45-Steckverbinder befestigt und bei Bedarf gewechselt. Die unterschiedlichen Farben kennzeichnen dann die verschiedenen Netzwerkbereiche deutlich. Durch die Verwendung der Sicherheitselemente FL Patch Guard für Patchkabel und FL Plug Guard für die RJ45-Ports der Switches, Hubs und Medienkonverter werden Manipulationen vermieden. Denn der mechanische Aus- und Einsteckschutz verhindert das unerlaubte Entfernen oder Ankoppeln einer Leitung. Der ausgeklügelte Schlossmechanismus sorgt dafür, dass die Kupfer-Steckverbindungen lediglich mit dem passenden Schlüssel gelöst werden können.

Transparente Umsetzung der Ethernet-Daten auf Lichtwellenleiter

In der Automatisierungswelt sind die maximalen Reichweiten einer Kupfer-basierenden Ethernet-Übertragung schnell erreicht. Die physikalischen Grenzen lassen sich durch Nutzung der Lichtwellenleiter-Technologie allerdings problemlos ausdehnen. Die optische Kommunikation bietet außerdem eine vollständige galvanische Trennung und somit hohe Störsicherheit im industriellen Umfeld. Medienkonverter von Phoenix Contact setzen hier die Ethernet-Daten transparent auf das optische Medium um. Die Geräte, die sich einfach in das Netzwerk integrieren, stellen für jede Anwendung die passende Technologie zur Verfügung: Während sich Medienkonverter mit 1.300Nm Lichtwellenlänge für besonders große Distanzen eignen, unterstützen die Geräte mit 660Nm Lichtwellenlänge die einfach handhabbare POF-/HCS-Technik. Für rotierende Anwendungen sowie zum Einsparen von Kabelfasern hat Phoenix Contact die Medienkonverter FL MC WDM entwickelt, die auf der WDM-Technologie (Wavelength Division Multiplexing) basieren. Die Komponenten ermöglichen eine bidirektionale Verbindung über eine optische Faser. Der neue, robuste Medienkonverter FL MC 2000E wurde für den Einsatz in stark EMV-belasteten Umgebungen wie Schaltanlagen sowie Umspann- und Ortsnetzstationen konzipiert. Das Gerät, das selbst extremen Umgebungsbedingungen standhält, entspricht dem neuen Energie-Standard der IEC61850-3 und IEEE1613. Mit der Betriebsart Cut Through lassen sich sehr kurze Verzögerungszeiten (Latenzen) von 700Ns realisieren. Deshalb kann der FL MC 2000E auch in zeitkritischen Ethernet-Systemen wie Profinet, Powerlink und Sercos 3 verwendet werden.

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Fazit

Bei der Planung eines industriellen Ethernet-Netzwerks sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Beispielsweise müssen die verbauten Infrastruktur-Komponenten den Anforderungen eines leistungsfähigen Automatisierungsumfelds genügen. Vor diesem Hintergrund bietet Phoenix Contact ein umfangreiches Spektrum an Ethernet-Geräten für Installationen in Kupfer- oder Lichtwellenleiter-Technik an. Netzwerk-Isolatoren erlauben beispielsweise eine störsichere galvanische Trennung zum Schutz der teuren Ethernet-Komponenten und Kupfer-Schnittstellen. Die Isolatoren können ohne zusätzliche Spannungsversorgung einfach in die Vernetzung zwischen den unterschiedlichen Potenzial-Segmenten integriert werden. Mit der großen Auswahl an Patchpanel für die Tragschiene lässt sich eine strukturierte Verkabelung umsetzen. Stecker, Kabel und Werkzeuge für alle relevanten Nutzungsmöglichkeiten runden das Portfolio an passiven Komponenten ab.

Spezielle Ethernet-Trenner für besondere Anforderungen

Wie bei allen Feldbus-Technologien kommt der Potenzialtrennung und dem Schutz vor EMV-Einflüssen auch beim industriellen Einsatz von Ethernet eine besondere Bedeutung zu. Als Alternative zur Verwendung von Lichtwellenleiter-Technik bietet Phoenix Contact galvanische Ethernet-Trenner in verschiedenen Ausführungen an. Die Geräte der Produktfamilie FL Isolator bilden innerhalb der Kupfer-geführten Ethernet-Datenleitung eine galvanische Trennstelle, die die Ethernet-Teilnehmer vor Potentialunterschieden und Überspannungen bis 4kV sicher schützt. Auf diese Weise erhöht sich die Störfestigkeit der Komponenten unter industrieller Beanspruchung deutlich. Die passiven Ethernet-Trenner, die keine Spannungsversorgung benötigen, sind wahlweise bis 1GBit/s erhältlich. Für sämtliche Applikationen mit M12-Anschlusstechnik wurde eine spezielle Variante entwickelt, die einen entsprechenden vibrationssicheren Anschluss umfasst. In Schienenfahrzeugen können zwischen den einzelnen Zugsegmenten ebenfalls hohe Potentialunterschiede auftreten. Der protokolltransparente FL Isolator sorgt deshalb für eine sichere galvanische Trennung der Datenleitungen und der Kabelabschirmung. Da der Ethernet-Trenner gemäß EN50155 (rolling stock) und EN50121 (track) zugelassen ist, steht einer Nutzung in neuen Zugbau-Projekten nichts im Weg.

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