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Status von Leitungen für Daten stets im Blick

Industrial Ethernet
Status von Datenleitungen stets im Blick

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Der Etherline Guard überwacht ausfallgefährdete Datenleitungen. Bild: U.I. Lapp
Ungeplante Maschinenstillstände sind in der Smart Factory ein großes Risiko. Um das zu vermeiden, gibt es die vorausschauende Wartung, auch Predictive Maintenance genannt. Lapp hat hierfür den Etherline Guard vorgestellt, der in ethernetbasierten Netzwerken der Automatisierungstechnik die Lebensdauer einer ausfallgefährdeten Datenleitung überwacht.

Stefan Hilsenbeck, Senior Engineer Advanced Technology, Lapp Holding AG

Beim Etherline Guard handelt es sich um ein stationäres Überwachungsgerät, das die aktuelle Leistungsfähigkeit einer Datenleitung auswertet und in Prozent angibt. Grundlage dafür sind Daten, die über eine Sensorik aus den physikalischen Eigenschaften der Datenübertragung ermittelt werden. Die Realzeit-Zustandsanzeige macht es möglich, die Verschleißgrenze einer Leitung zu erkennen und den optimalen Austauschzeitpunkt im Voraus zu planen.

Geeignet für verschiedene Industrial-Ethernet-Systeme

Der Etherline Guard könnte vor allem für Datenleitungen gemäß Übertragungsstandard 100BASE-TX (bis zu 100 Mbit/s) nach IEEE 802.3, aber auch für Ethercat-, Ethernet/IP- und 2-paarige Profinet-Anwendungen zum Einsatz kommen. Beispielsweise die Datenleitung Etherline Torsion Cat. 5 oder Etherline PN Cat. 5 FD. Diese Leitungen werden in vielen Branchen in den letzten Metern beziehungsweise auf der Prozessebene einer Anwendung eingesetzt und sind somit häufig Teil von Schleppketten oder torsionsbehafteten Kabelführungen, wie sie in Roboterarmen vorkommen. Der Etherline Guard ist für die Hutschienenmontage vorbereitet und mit der Schutzart IP 20 für den Montageort Schaltschrank vorgesehen.

Das Gerät ist besonders platzsparend und kompakt, etwas größer als eine Streichholzschachtel (49 mm breit, 76,5 mm hoch und 36 mm tief). Es wird mit 24 VDC betrieben, ist für einen Temperaturbereich von -40 bis +75 °C vorgesehen und gemäß DIN EN 60529 vibrations- und schockfest. Eine einfach zu bedienende Set-Taste ist für das Aufrufen verschiedenster Funktionen, wie beispielsweise dem Teach-in, oder dem Aktivieren des Accesspoints vorgesehen.

Einfach zwischen Steuerung und kritische Anwendung stecken

Der Etherline Guard wird zwischen die kritische Anwendung bzw. der zu überwachenden Leitung und der Steuerungsseite in einen Datenleitungsknoten gesteckt. Dafür verfügt das Gerät über einen Guard-/Data-Port für die zu überwachende Datenleitung mit RJ45-Stecker, die von der kritischen Anwendung zum Gerät führt, sowie einen Data-Port für die Datenleitung mit RJ45-Stecker, die vom Gerät zur Steuerung führt. Über den Anschluss einer dritten Datenleitung an der LAN-Buchse (Variante PM03T) oder über die Verwendung des Antennenanschlusses für WiFi (Variante PM02TWA) können die Wartungsdaten an eine übergeordnete Steuerung übertragen werden. Beide Varianten können für die Cloud-Kommunikation mit MQTT konfiguriert werden. Der externe SMA-Antennenanschluss gewährleistet eine sichere Funkstrecke, wenn sich das Gerät beispielsweise im Schaltschrank befindet. Die Antenne wird dann einfach außerhalb montiert. Der Etherline Guard ist außerdem mit einem fünfpoligen Klemmterminal für Einzeladerverdrahtung ausgestattet.

Auf dem Terminal finden sich Anschlüsse für die Spannungsversorgung, für die Verbindung der Funktions-Erdung (FE) und für die digitalen Ausgänge Q1 (push/pull-Schaltausgang) und Q2 (PWM-moduliertes Ausgangssignal), welche zur Ausgabe des Kabelstatus dienen.

Schnelle Inbetriebnahme

Neben den üblichen LEDs an jedem RJ45-Port befinden sich drei zentral angeordnete mehrfarbene Diagnose-LEDs: PWR für Betriebsbereitschaft, Status für den Zustand der zu überwachenden Datenleitung und COM für Connect (LAN-Version) oder WiFi (WiFi-Version). Die Entwickler von Lapp haben dabei ganz bewusst nur einfach gehaltene Diagnose- und Einstellmöglichkeiten am Gerät vorgesehen. Möchte ein Nutzer auf darüberhinausgehende Einstellungen oder Funktionsparameter zugreifen, oder sich über die grafische Verlaufshistorie des Kabelstatus informieren, bietet das Webinterface von Etherline Guard einen einfachen und komfortablen Zugang. Hier finden sich zum Beispiel auch die Einstellungen für die Einbindung des Geräts in eine Steuerungsebene via MQTT. Darüber hinaus kann das Gerät mittels Firmware-Update auf einen neuen Stand gebracht werden, wenn künftig beispielsweise zusätzliche Funktionen entwickelt werden.

Für die Inbetriebnahme ist kein IT-Expertenwissen nötig. Sie erfolgt mit einer automatisierten und selbstlernenden Parametrisierung (Teach-In) in wenigen Minuten. Gestartet wird ganz einfach über Tastendruck oder über das Webinterface. Auch ein Retrofit in die bestehende Netzstruktur ist jederzeit möglich. Der Etherline Guard ist als eine kabelgebundene LAN-Variante ‚PM03T‘ und als eine kabellose WiFi-Variante ‚PM02TWA‘ erhältlich. Dank der zwei Varianten und einem breiten Spektrum an diversen Anschlussmöglichkeiten, kann der Anwender entscheiden, wie die benötigten Statusinformationen an die übergeordnete Prozessebene übertragen werden sollen. Am Gerät selbst kann der Kabelstatus an einer der rundum sichtbaren LED schnell erkannt werden. Die Art der Anzeige orientiert sich an einem Ampelsystem. Sie leuchtet dauerhaft grün, wenn die Leitung perfekt funktioniert und sich innerhalb der Spezifikationen befindet. Meldet das Webinterface den gelben Bereich bzw. blinkt die Status-LED rot, sind bereits erste Verschleißerscheinungen eingetroffen und es entsteht Handlungsbedarf.

Algorithmen für Predictive Maintenance

Mit den patentierten Predictive-Maintenance-Algorithmen von Lapp können Unregelmäßigkeiten in den analysierten Daten leicht erkannt werden. Die beiden digitalen Ausgänge Q1 und Q2 ermöglichen die Ausgabe des Kabelstatus als Schaltsignal oder als PWM-moduliertes analoges Signal, wobei die Alarmschwelle für den Schaltausgang Q1 vom Anwender vorgegeben werden kann. Sowohl die LAN- als auch die WiFi-Variante können den Kabelstatus via MQTT ausgeben. Dazu gibt es in der LAN-Variante den LAN-RJ 45 Anschluss, in der WiFi-Variante funktioniert die Kommunikation drahtlos. So ist eine verlässliche IIoT-Kommunikation garantiert.

Die Daten können ebenso per Nutzung des Accesspoints beispielsweise ganz einfach mit einem mobilen Endgerät ausgelesen werden. Weiterhin ist es möglich, sämtliche Daten über mehrere Jahre hinweg auf einer (Micro-)SD-Karte zu speichern. Die aktuelle Leistung der Datenleitung wird bei beiden Varianten in Prozent angegeben. Die Alarmauslöseschwelle ist werkseitig auf 80 % eingestellt, kann aber individuell zwischen 99 und 21 % angepasst werden.

Kundenmeinungen berücksichtigt

Die frühe Vorstellung des Etherline Guards bei potentiellen Kunden – zunächst hieß das Gerät im Arbeitstitel noch Predictive Maintenance Box – hat Lapp bei der Entwicklung sehr geholfen. Dank des direkten Kundenfeedbacks konnte verhindert werden, dass die Innovation am Markt vorbei entwickelt wurde. Bereits 2020 kam Etherline Guard bei drei Pilotkunden aus den Branchen Medizintechnik, Automotive und Intralogistik sowie im Dienstleistungs- und Logistikzentrum von Lapp in Ludwigsburg zum Einsatz.

Weil viele Maschinenbauer noch wegen des Einsatzes eines IIoT-fähigen Gerätes mit Funkverbindung eher zurückhaltend sind, bevorzugen sie eher eine verdrahtete Lösung. Aus diesem Grund hat sich Lapp auch entschieden, die erwähnten zwei Varianten des Etherline Guard, einmal mit und einmal ohne Funkmodul, anzubieten. Gleichzeitig war den Kunden die einfache Bedienung bei parallel komplexer Funktionalität besonders wichtig. Das Überwachungsgerät sollte intuitiv funktionieren, aber möglichst klein und preisgünstig sein.

Wichtiger Schritt auf dem Weg zur Smart Factory

Der Etherline Guard eignet sich für Datenleitungen, die ständig ‚Stress‘ ausgesetzt sind: Das sind Bewegungen mit hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, wechselnde Bewegungsabläufe, Rotationen mit axial sehr hohen Verdrehungswinkeln, schnelle Taktzeiten und kleine Biegeradien. Das Gerät wird auch in kritischen Prozessen eingesetzt, bei denen im Falle eines Stillstandes hohe bis extrem hohe Ausfallkosten oder sogar Personenschäden entstehen würden, etwa in der Medizin. Mit Etherline Guard ermöglicht Lapp den Kunden einen weiteren Schritt auf dem Weg zur Smart Factory. (co)

www.lappkabel.de

Weitere Informationen zum Etherline Guard:
hier.pro/mL686



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