03.09.2014

Aufwand reduziere dich!

Kameras und Bildverarbeitungssysteme werden vielfach eingesetzt, um industrielle Fertigungsprozesse zu überwachen, zu rationalisieren und zu verbessern. Geräte mit Gigabit-Ethernet-Schnittstelle liefern dabei Rohdaten von hoher Bandbreite, die anschließend weiterverarbeitet werden können. Aus den Informationen erkennen die industriellen Bildverarbeitungssysteme beispielsweise Muster und Positionen oder ermitteln eine komplexe Werkstückgeometrie im dreidimensionalen Raum.

Autor: Dipl.-Ing. Uwe Nolte, Produktmanager Netzwerktechnik, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont


Damit sich die aufzunehmenden Objekte bestmöglich erfassen lassen, sind die Kamerakomponenten in passender Weise zu positionieren. Vor diesem Hintergrund müssen meist eine oder mehrere der Komponenten weit entfernt von den Schaltschränken installiert werden. Erschwerend kommt hinzu, dass sie sich dann oftmals auch an schlecht zugänglichen Anlagenteilen befinden.

Flexible Integration von Kameras

Die Verwendung des Power-over-Ethernet-Standards (PoE) bietet hier in Kombination mit der Gigabit-Datenrate eine gute Lösung für die Kameraschnittstelle. Durch die PoE-Ausführung benötigen entsprechende Kameras nur ein Kabel für Datenübertragung und Stromversorgung. Daraus resultiert eine deutliche Reduzierung des Verkabelungsaufwands, was je nach Applikation zu einer hohen Kosteneinsparung führen kann. Außerdem lassen sich die Kameras einfacher und flexibler in die verschiedenen Anwendungen integrieren. Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen im Produktionsbereich bieten sich staubdichte und spritzwassergeschützte M12-Rundsteckverbinder zur Ankopplung an. Die Gigabit-Ethernet-Übertragung greift hierzu auf die achtpolige Ausführung mit x-codiertem Stecker gemäß CAT 6A zurück, eine extra Energieleitung ist nicht nötig. Über den Gigabit-Ethernet-Standard steht gleichzeitig eine flexible Schnittstelle zur Verfügung, die eine hohe Datenrate zur Übermittlung der Kamerarohdaten in Echtzeit umfasst. Bisherige Lösungen erlauben zwar die abgesetzte Montage dezentraler Bildverarbeitungskomponenten über PoE. Als zentrale Vernetzungselemente werden jedoch PoE-Switches verwendet, die im Schaltschrank auf der Hutschiene oder in 19"-Technik verbaut sind. Das schränkt die Flexibilität bei der Einbindung in das Netzwerk respektive die Nachrüstung von Bildverarbeitungssystemen in bestehenden Fertigungsanlagen ein, weil unter Umständen ein weiterer Schaltschrank installiert werden muss, der eine entsprechende Stellfläche erfordert.

Interne Erzeugung der Spannung

Der neue PoE-Switch in Gigabit-Ausführung und Schutzart IP67 von Phoenix Contact ermöglicht deshalb eine flexible und wirtschaftliche Integration von PoE-Endgeräten in die Produktionsanlagen. Der Switch ist auf die besonderen Anforderungen der Bildübertragung gemäß Gigabit-Standard aufgebauten Netzwerken ausgelegt. Dazu unterstützt er überlange Ethernet-Pakete mit einer Länge bis 9.720 Byte - auch Jumbo-Frames genannt -, um einen hohen Nutzdaten-Durchsatz bei der Weiterleitung von Bilddaten zu erzielen. Die in einem robusten Metallgehäuse ausgeführten Switches lassen sich an beliebiger Stelle in die Anlage montieren. Zu diesem Zweck werden sie mit vier Schrauben an einer planen Montagefläche fixiert. Bewährte M12-Stecker, die installationsfreundliche Kabelabgänge nach unten beinhalten, binden die Ethernet-Ports an. Zur einfachen Integration in die Anlagentechnik wird der PoE-Switch FL Switch 1708 mit der in der Automatisierungstechnik üblichen 24VDC-Spannung versorgt. Das Gerät erzeugt dann intern die für den PoE-Betrieb notwendigen 48VDC-Spannung, die anschließend im Datenkabel zur Verfügung steht, eine separate 48V-Versorgungsebene mit den jeweiligen Netzteilen entfällt. Für den 24V-Anschluss des PoE-Switches eignet sich der neue M12-Power-Steckverbinder, der für eine Stromtragfähigkeit bis 12A ausgelegt ist. In Summe beliefert der FL Switch 1708 bis zu acht PoE-Verbraucher mit einer Speiseleistung von insgesamt 200W.

Unkompliziert durch Plug&Play

An die acht Ports kann der Anwender beliebige PoE-konforme Verbraucher gemäß IEEE802.3at oder IEEE802.3af sowie Standard-Ethernet-Geräte mit einem x-codierten achtpoligen M12-Steckverbinder anschießen. Beim Anstecken der Leitung erkennt der Switch automatisch, ob und, wenn ja, mit welcher Leistungsklasse gespeist werden soll. Das intelligente Management des Geräts arbeitet dabei anwenderfreundlich nach dem Plug&Play-Prinzip. Es müssen also keine Einstellungen hinsichtlich der Konfiguration vorgenommen werden. Als dem Standard entsprechendes Power Sourcing Equipment stellt der FL Switch 1708 aus Sicherheits- und Effizienzgründen zuerst einmal fest, ob das Endgerät PoE unterstützt. Danach bestimmt er, wie viel Strom das Powered Device benötigt. Dazu informiert das Endgerät über die erforderliche maximale Leistungsaufnahme. Erst nach Prüfung auf eine korrekte Signatur, welche die Leistungsklasse angibt, wird die Spannung auf die Leitung geschaltet und eingespeist. Die IEEE802.3at hat hier folgende Leistungsklasse definiert:

  • • Klasse 0: 15,4W (voreingestellt)
  • • Klasse 1: 4,0W
  • • Klasse 2: 7,0W
  • • Klasse 3: 15,4W
  • • Klasse 4: mehr als 15,4W

Darüber hinaus detektiert der FL Switch 1708 automatisch, mit welcher Datenrate - 10, 100 oder 1.000MBit/s - kommuniziert werden soll. Ist ein PoE-Betrieb mit einer Datenrate von 10 oder 100MBit/s angedacht, reicht die Ausführung mit einer vieradrigen Leitung aus, da der Switch die Speisung über die beiden Datenadernpaare vornimmt. Auf diese Weise lassen sich neben den Gigabit-Kameras beliebige PoE-Endgeräte wie WLAN Access Points sowie IT-Telefone oder -Kameras schnell und kostengünstig an das Netzwerk ankoppeln.

Empfehlungen der Redaktion

Intelligentes Power Management

Das in den FL Switch 1708 integrierte Power Management stellt die zuverlässige Versorgung der Endgeräte entsprechend der angeforderten Leistungsklasse sicher, ohne dass hierzu Konfigurations-Einstellungen notwendig sind. Beim Aufstecken registrieren sich die PoE-Verbraucher bis zur maximal verfügbaren Speiseleistung. Über eine frontseitige LED-Anzeige kann der Anwender ablesen, in welchem Verhältnis die aktuelle Leistungsaufnahme zur bereitgestellten Maximalleistung steht. Während des Betriebs überwacht das Power Management des Switches die Einhaltung aller Grenzwerte. Überlastungen werden zuverlässig erkannt und Zerstörungen verhindert. Kommt es während des Betriebs zu einer Überlastsituation, weil die zulässige PoE-Gesamtlast von 200W überschritten wurde oder ein angeschlossener Verbraucher überbeansprucht ist, signalisiert der FL Switch 1708 dies durch Aktivierung einer Fail-LED und das Öffnen eines Meldekontakts. Bei Überlast eines angebundenen Powered Devices - zum Beispiel durch einen Kurzschluss - schaltet das Power Management den zugehörigen PoE-Port ab und visualisiert den Fehler durch ein Blinken der entsprechenden Port-LED. Hat der Servicetechniker den Grund der Überlast behoben, genügt das Wiederanstecken des Powered Devices zur Aufnahme des Speisebetriebs.

Fazit

Mit Umsetzung der Plug&Play-Philosophie ermöglicht der PoE-Switch in Gigabit-Ausführung die einfache und wirtschaftliche Einbindung von Power-over-Ethernet-Anwendungen im Anlagenbau. Das installationsfreundliche Konzept stellt zudem eine schnelle und effiziente Nachrüstung bestehender Anlagen sicher. Zur Montage des FL Switch 1708 und der angeschlossenen PoE-Geräte stehen vorkonfektionierte Netzwerkkabel mit M12-Steckverbinder zur Verfügung. n

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