Wavelength Division Multiplex: Wo Kupferkabel an Grenzen stößt, ist optische Übertragung gefragt

Vor diesem Hintergrund hat sich die Lichtwellenleiter-Technologie (LWL), die den genannten Anforderungen gerecht wird, in allen industriellen Bereichen etabliert. Aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit und Übertragungssicherheit gilt die optische Kommunikation als beste Lösung für industrielle Ethernet-Anwendungen. Denn bei Datenraten von 100MBit/s ist die mit einer Kupferverkabelung maximal überbrückbare Distanz von 100m schnell erreicht. Wird hingegen die LWL-Technik eingesetzt, lassen sich je nach Leistungsfähigkeit der Geräte Entfernungen von mehreren hundert Metern bis zu zahlreichen Kilometern überwinden. Darüber hinaus bietet der optische Datenaustausch eine perfekte galvanische Trennung und damit hohe Störsicherheit in rauer Industrieumgebung (Bild 2). Deshalb kommt der Netzwerk-Anbindung einzelner Ethernet-Teilnehmer per LWL-Kabel eine wachsende Bedeutung zu. Sollen Komponenten ohne optische Schnittstelle über Glasfaser angekoppelt werden, ist in der Regel ein Mehrport-Switch mit LWL-Interface zu nutzen, was zu einer Überprojektierung führt. In diesem Fall erweisen sich kostengünstige Medienkonverter mit nur einem TX-Port als wirtschaftliche Alternative. Schnelle Diagnose im Störungsfall Die Medienkonverter mit 1.300nm Lichtwellenlänge von Phoenix Contact sind preislich unterhalb von technisch vergleichbaren Switches mit optischen Schnittstellen angesiedelt. Die Funktionen Autonegotiation und Autocrossing sorgen für eine schnelle Inbetriebnahme. Autonegotiation bedeutet, dass zwei miteinander verbundene Ethernet-Ports selbständig die maximal mögliche Übertragungsgeschwindigkeit und das Dup­lex-Verfahren aushandeln und konfigurieren. Geräte, die Autocrossing unterstützen, können durch ein 1:1-verdrahtetes Kabel anstelle einer gekreuzten Leitung gekoppelt werden. Das in die Medienkonverter integrierte Link-Management mit LFP (Link Fault Pass Through) und FEF (Far-End Fault) ermöglicht im Störungsfall eine schnelle Diagnose und Behebung des Link-Verlusts. Außerdem bieten die Geräte einen erweiterten Temperaturbereich von -40 bis 65°C. Die Fast-Ethernet-Medienkonverter sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zugelassen. Die Produktfamilie umfasst Komponenten sowohl für Singlemode- als auch Multimode-Glasfasern. Als Anschluss stehen B-FOC (ST)- und SC-Duplex-Steckverbinder zur Verfügung (Bild 3). Doppelte Bandbreite in bestehenden Netzen Zur Datenübertragung von seriellen Schnittstellen, Feldbussystemen oder Ethernet per Lichtwellenleiter werden in der Regel zwei LWL-Fasern benötigt. Eine Faser dient dabei als Sendeleitung (TX) und die andere als Empfangsleitung (RX). Geräte mit LWL-Schnittstellen bieten somit Duplex-Anschlüsse für eine Übertragungsleitung. Installiert wird dazu häufig ein vorkonfektioniertes Duplex-LWL-Kabel mit zwei Fasern. Die Fast-Ethernet-Medienkonverter FL MC WDM von Phoenix Contact hat eine besondere Bauform: Für die optische Kommunikation ist nur noch eine LWL-Faser erforderlich. Möglich macht dies die Wavelength Division Multiplex-Technologie (WDM). Dieses Multiplex-Verfahren verwendet Transceiver, die mit zwei unterschiedlichen Lichtwellenlängen auf einer Faser arbeiten. Zum Senden und Empfangen der Daten werden die Wellenlängen 1.310 und 1.550nm genutzt. Beim Medienkonverter auf der Gegenseite ist die Anordnung entgegengesetzt (Bild 4). Die WDM-Geräte werden jeweils im Set betrieben. Auf diese Weise entsteht eine bidirektionale Verbindung über eine einzelne Singlemode- oder Multimode-Faser – ohne Einschränkung der Übertragungsqualität. Mithilfe der WDM-Technologie lässt sich die Bandbreite in bestehenden LWL-Netzen durch den Einsatz von zwei WDM-Medienkonverter-Paaren verdoppeln. Zu diesem Zweck wird das bereits verlegte Kabel einfach in zwei unabhängige Netzwerk-Verbindungen aufgeteilt. Handelt es sich um eine Neuinstallation, verringern sich die Kosten, da Kabelfasern und Steckverbinder eingespart werden können. LWL-Verbindung auch für optische Drehübertrager Ein weiterer Vorteil von Medienkonvertern mit WDM-Technologie kommt bei Verwendung in rotierenden Anwendungen zum Tragen. Sie bieten eine günstige LWL-Verbindung über optische Drehübertrager. Bei drehenden Applikationen wie Rundtaktmaschinen oder Windkraftanlagen besteht die Herausforderung darin, Energie und Signale zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil der Anlage weiterzuleiten. Zum Datentransfer werden bislang überwiegend elektromechanische Schleifring-Übertrager genutzt. Wo jedoch hohe Leistungen übertragen werden, können elektromagnetische Störungen auftreten, gegen die die LWL-Technik resistent ist. WDM-Medienkonverter, die nur mit einer LWL-Faser arbeiten, machen den Einsatz eines optischen Drehübertragers attraktiv (Bild 5). Die sogenannten Optical Rotary Joints sind verschleißarm und werden bereits von vielen Herstellern angeboten. Im Vergleich zu optischen Drehübertragern mit mehreren Fasern reduziert sich der Preis für Geräte mit einer Faser aufgrund des einfacheren Aufbaus. Neben Windkraftanlagen profitieren viele weitere Anwendungen von den Vorteilen der optischen Drehübertragung. So werden Medienkonverter mit WDM-Technologie beispielsweise in Radar-anlagen, maritimen Antriebssystemen, Rundtaktmaschinen sowie der Automobil- und Verpackungsindustrie verwendet. Ziel: Verfügbarkeit und EMV-Festigkeit erhöhen Die Glasfaser-Medienkonverter aus dem Produktbereich der Automation Infrastructure von Phoenix Contact optimieren industrielle Ethernet-Applikationen hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Übertragungssicherheit. Zusätzlich zu den gewohnten Funktionen Autonegotiation und Auto MDI/MDIx verfügen die Geräte über die Link-Diagnosefunktionen LFP und FEF. Der erweiterte Temperaturbereich von -40 bis 65°C ermöglicht die Umsetzung vielfältiger industrieller Anwendungen. Die WDM-Medienkonverter eröffnen mit ihrer Einfaser-Technologie zudem weitere Nutzungsszenarien. Durch die bidirektionale Übertragung über eine einzelne LWL-Faser sinken die Installationskosten. Darüber hinaus kann die vorhandene Duplex-Kabelverbindung bei doppelter Bandbreite für zwei getrennte Netze eingesetzt werden. In rotierenden Applikationen ermöglichen die WDM-Medienkonverter den Einbau von Optical Rotary Joints, die für eine LWL-Faser ausgelegt sind und einen Kostenvorteil gegenüber faseroptischen Drehübertragern für mehrere Fasern aufweisen. Die WDM-Technik wird bereits in Windenergieanlagen verwendet, um die Verfügbarkeit und die EMV-Festigkeit bei der Ethernet-Übertragung zu erhöhen. Kasten: Praxisgerechte Diagnosefunktionen Die Medienkonverter von Phoenix Contact bieten umfangreiche Diagnosemöglichkeiten. So sorgen die integrierten Link-Management-Funktionen LFP (Link Fault Pass Through) und FEF (Far-End Fault) für eine permanente Überwachung der Verbindung, was die Anlagenverfügbarkeit erhöht. Der Link auf der LWL-Verbindung schaltet sich dann ab, wenn auf der Kupferseite des Medienkonverters ein Verbindungsverlust festgestellt wird. Der Medienkonverter auf der Gegenseite registriert den Link-Abbruch über die LWL-Strecke und unterbricht die Verbindung seines Twisted-Pair-Segments ebenfalls (Bild 6). Der gesamte Verbindungsweg über die optische Strecke verhält sich somit ebenso transparent, wie dies bei einer reinen Kupferkommunikation der Fall ist. Beide Seiten der Netzwerkverbindung können Link-Verluste sofort erkennen und entsprechend reagieren. Das hält die Netzlast im Fehlerfall niedrig. Die Signalisierung der FEF-Funktion an den Medienkonvertern ermöglicht bei einem Link-Verlust darüber hinaus die Lokalisierung des fehlerhaften Segments.