Kabel und Leitungen
|
Netzwerktechnik
|
Elektrotechnik
Verkabelungskonzepte für Industrial Ethernet
ep9/2009, 2 Seiten
Normative Aspekte Diverse Organisationen bemühen sich um die Etablierung ihres ethernetbasierten Systems. Die Lösungen reichen vom Übertragen der üblichen Kommunikationsverkabelung in den Industriebereich bis zu Ansätzen mit speziellen Komponenten und Topologien, ähnlich den etablierten Feldbussen. Normativ sind diese vom IEC (International Electrotechnical Commission) in mehreren Standards beschrieben. Innerhalb der Kommunikationsnetzwerke eines Unternehmens werden heutzutage typischerweise neben den anwendungsneutralen generischen Netzwerken gemäß der Norm IEC 11801/ 24702 zudem im Fertigungsbereich anwendungsspezifische Netzwerke innerhalb der sogenannten Automation Islands gemäß der Norm IEC 61918 realisiert (Bild ). Raue Industrie-Umgebung Industrial Ethernet ist oft rauen Einsatzbedingungen ausgesetzt. Der Anwender muss daher neben den übertragungstechnischen Eigenschaften zusätzlich die Umgebungsbedingungen bei der Komponentenauswahl beachten. Eine systematische Beschreibung der Umweltbedingungen erfolgt mit dem MICE-Modell (Mechanical Ingress Climatic Electromagnetic) nach der Norm IEC TR 29106 für die Belastungen Mechanik, Fremdstoffe, Klima und EMV, sowie den Schärfegraden 1, 2 und 3 für Büro sowie leichter und schwerer Industriebereich. Feldbus-Organisationen haben hingegen eigene Definitionen, beispielsweise für in- und außerhalb des Schaltschrankes. Ferner haben die Verwendung geschirmter Kabel sowie das Erdungs-und Potentialausgleichssystem erheblichen Einfluss auf die Zu-Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 9 720 AUS DER PRAXIS Verkabelungskonzepte für Industrial Ethernet Der Kommunikationsbedarf im Produktionsumfeld - mit Leitrechnern, Steuerungen und intelligenten Feldgeräten - ist heute deutlich höher als früher. Die Durchgängigkeit der Informationen, das Echtzeitverhalten und Komponenten, die an die rauen Umgebungsbedingungen angepasst sind, begründen den Erfolg von Industrial Ethernet. Dabei stehen unterschiedliche Verkabelungsphilosophien zur Verfügung (Bild ). Bei Industrial Ethernet stehen dem Anwender unterschiedliche Verkabelungsphilosophien zur Verfügung Generische und applikationsspezifische Netzwerke stehen in einem normativen Zusammenhang Der Aufbau des Channels bei der generischen Verkabelung basiert auf dem Modell der Referenzinstallation VORTEILE MIT PROFINET Channel-Längen von 100 m lassen sich in beliebiger Kombination unter Verwendung der definierten Kabeltypen erreichen. Steckverbindungen im Channel können gemäß den industriellen Einsatzbedingungen auch als Wanddurchgänge, Kupplungen oder Installationsdosen eingefügt werden. Das vereinfachte Planungsmodell wird erst durch die Verwendung eines erhöhten Aderquerschnitts von AWG 22 und darauf abgestimmten Steckverbindern ermöglicht. Von besonderem Vorteil sind solche Steckverbinder, die zudem über eine Schnellanschlusstechnik verfügen, sodass sie sich ohne Spezialwerkzeug konfektionieren lassen. Im Gegensatz zur generischen Verkabelung mit acht Adern in Twisted-Pair-Anordnung nutzt Profinet einen optimierten Sternvierer, bei dem alle vier Adern miteinander verdrillt sind. Bei den optischen Kanälen verhält es sich ähnlich. Die realisierbare Channellänge reicht von 50 m (POF) über 100 m (PCF) bis zu 2000 m und 14000 m (GOF-MM und GOF-SM). In diesem Zusammenhang sind Anschlusstechniken, die schnell im Feld konfektioniert werden können, ebenfalls von Vorteil. Dies gilt insbesondere für POF-Fasern, für die oft nur ein präzises Abschneiden der Faser erforderlich ist. Eine Herstellererklärung garantiert die Eignung der Komponenten für Profinet und ermöglicht dem Anwender damit die einfache Planung und Installation seiner Anlage. Im industriellen Umfeld hat das neuartige Installationssystem für Profinet somit deutliche Vorteile gegenüber der generischen Verkabelung. verlässigkeit des Netzwerkes. Der Schirmanschluss der Leitungen für die elektrische Datenübertragung ist allseitig mit dem - vorzugsweise vermaschten - Potentialausgleichssystem zu verbinden. Potentialdifferenzen zwischen den Erdungspunkten erzeugen Ausgleichsströme, und diese wiederum Störungen in der Verkabelung. Falls kein ordnungsgemäßes Potentialausgleichssystem besteht, sind optische Verbindungen sinnvoll. Generische Verkabelung Die für den Industriebereich entwickelte generische Verkabelung gemäß der Norm IEC 24702 nutzt das Modell der Referenzinstallation, das aufgrund seiner leichten Planbarkeit in der Regel in der Gebäudeinstallation verwendet wird. Das Modell der Referenzinstallation besagt, dass beim Einsatz bestimmter Komponenten sowie deren Anordnung eine bestimmte Güte erreicht wird. Zum Beispiel erhält man mit Komponenten für die symmetrische Verkabelung der Kategorie 5 einen Class-D-Channel, der für die Übertragung von Fast- und Gigabit-Ethernet geeignet ist (Bild ). In diesem Beispiel dürfen die flexiblen Cords insgesamt maximal 10 m, die fest installierten Leitungen maximal 90 m sowie der Channel als Verbindung zweier aktiver Geräte insgesamt maximal 100 m lang sein. Da die Cords schlechtere Übertragungseigenschaften besitzen als das fest installierte Kabel, sind die Längenverhältnisse unbedingt einzuhalten. Die Verwendung höherwertiger Komponenten - beispielsweise der Kategorie 6 - oder die Reduzierung der Channel-Länge sind zur Kompensation längerer Cords zwar theoretisch möglich, in der Praxis aber nur mühsam zu berechnen. Daher eignet sich diese Verkabelungsart lediglich für die Bereitstellung einer anwendungsneutralen Infrastruktur in einer Fertigungshalle - jedoch nicht für die Kommunikation innerhalb von Maschinen und Anlagen. Anwendungsspezifische Netzwerke Die Anforderungen des Maschinen- und Anlagenbaus hinsichtlich Flexibilität und Anpassung an die spezifischen Anforderungen, wie zum Beispiel Teilstrecken mit Schleppkettenleitungen, sind dagegen deutlich höher. Hoher Planungsaufwand sowie eine große Fehleranfälligkeit wären bei Verwendung des Modells der generischen Verkabelung die Folge. Feldbus-Organisationen gehen neue Wege: Sie erlauben auf Systemebene flexible Topologien und eine vereinfachte Auslegung der Verkabelung zwischen den aktiven Geräten. Der Anwender errichtet sein Netzwerk mit einfachen Regeln - ohne Berechnungen mit symmetrischen Kupferkabeln oder Lichtwellenleitern. Möglich wird dies durch ein durchdachtes System aufeinander abgestimmter Komponenten und Auslegungsregeln, das genau zu den übertragungstechnischen Anforderungen des Systems passt (Bild ). Dieses Vorgehen ist für anwendungsspezifische Netzwerke sinnvoll, da die Applikation festliegt und während der Nutzungsdauer des Systems auch nicht geändert wird. So nutzen die Systeme meist Fast-Ethernet, für das vier Adern reichen. Leitungen mit erhöhten Querschnitten erlauben eine Channel-Länge von 100 m, ohne sich mit Regeln für Cords und fest verlegten Leitungen auseinandersetzen zu müssen. Einige Systeme übertragen auch die Hilfsenergie über ein spezielles Adernpaar, sodass der Verkabelungsaufwand deutlich verringert wird. Zudem wird dem Anwender die Planung und Inbetriebnahme mit Steckverbindern erleichtert, die auf Leitungen und Umweltbedingungen abgestimmt sind. Im Fall einer Maschine mit kurzen Leitungslängen ist eine sternförmige Verkabelung sinnvoll (Bild ). Von einer zentralen Stelle, beispielsweise dem Schaltschrank, führt jeweils eine Leitung für die Datenübertragung zu den dezentralen Geräten. Bei verketteten Anlagen ist die bei Feldbussystemen übliche lineare Verkabelung von Vorteil. Mit Geräten, die über einen internen Switch verfügen, lässt sich die lineare Verkabelung problemlos aufbauen: Ankommende und weiterführende Leitungen werden jeweils an einen Ethernet-Port gesteckt. Um eine höhere Verfügbarkeit des Netzwerks zu erreichen, zum Beispiel bei Anwendungen im Safety-Bereich, wird häufig eine Ringstruktur genutzt. B. Horrmeyer Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 9 Der Aufbau des Channels in einem industriellen Netzwerk ermöglicht flexible Topologien sowie eine vereinfachte Auslegung der Verkabelung zwischen den aktiven Geräten Netzwerk-Topologien können in sternförmiger, ringförmiger oder linearer Verkabelung errichtet werden Quellen: Phoenix Contact pesos® Wechselrichter PVI 2300 - 10000 exibel einsetzbar PVI 8000 pesos® ZZ übersichtlich pesos® PAIRAN elektronik Solarsysteme direkt vom Hersteller pesos® DW/ZEZ W/ZEZ', &Z^Z^ d & DZZ www.pesos-solar.com pesos® Ws^ZZ ''D^ exibel einsetzbar DZZ pesos® ^&^E WZZZ sicher Z pesos® ^&^E WZZZ2
Autor
- B. Horrmeyer
Downloads
Laden Sie diesen Artikel herunterTop Fachartikel
In den letzten 7 Tagen:
Sie haben eine Fachfrage?