Durchgängige Verkabelung für Ethernet

DER AUTOR Thilo Maier ist stell- vertretender Leiter Produkt Management bei Metz Connect in Blumberg www.metz-connect.com

Schaut man sich die vernetzten Geräte an, ist eine sehr dynamische Entwicklung zu erkennen. Im Jahre 2005 dürften es etwa 500 Millionen Geräte gewesen sein, die direkt mit Netzwerken verbunden waren. Bereits 2010 wuchsen die Netzwerke und das Internet auf über 35 Milliarden Netzwerkteilnehmer an. Für 2015 werden es sehr wahrscheinlich weit über eine Billion Netzknoten sein – was dann pro Erdenbürger mehr als 150 Anschlusspunkte sein werden. Bei dieser gigantisch großen Anzahl liegt es auf der Hand, dass die Netzwerkteilnehmer nicht mehr ausschließlich für und mit Menschen kommunizieren, sondern viel mehr untereinander selbst.

Die Dinge werden zukünftig im Internet so selbstverständlich kommunizieren – so selbstverständlich, wie wir Menschen das heute jeden Tag tun. Die Basistechnologie Ethernet für die Kommunikation hat schon heute eine große Verbreitung in vielen Anwendungsbereichen gefunden. Neben der Informationstechnik und der Telekommunikation ist Ethernet längst schon auch in der Gebäudeautomation im Einsatz. Und in vielfältiger Ausprägung ist diese Internettechnologie auch in den meisten Industrieanlagen nicht mehr wegzudenken. Über alle Kommunikationsebenen der Automation schafft sie neue Möglichkeiten und einen hohen Nutzen – selbst Sensornetzwerke werden zusehends damit erschlossen. Die besonderen Anforderungen der industriellen Umgebung sind zwischenzeitlich technisch gut gelöst und ermöglichen beispielsweise über die Produkte von Metz Connect einen sicheren und zuverlässigen Betrieb.

Um die Dinge sicher ins Netzwerk zu bringen, bedarf es einer guten Anbindung. Neben den Netzwerkanschaltungen mittels Wireless- Technologien spielt hierbei die heterogene Verkabelung eine besondere Rolle. Ganz egal, welches Gerät, welcher Sensor oder welcher Knoten auch immer in ein Netzwerk eingebunden werden soll, eine strukturiert aufgebaute und gemeinsam genutzte Verkabelung bildet das solide Fundament. Mit den Lösungen von Metz-Connect ist die Durchgängigkeit in der Anschlusstechnik vom Sensor bis ins Rechencenter, über Glasfaser oder Twisted Pair, in RJ45 oder M12, sichergestellt. Eine gemeinsam vereinbarte übertragungstechnische Leistungsfähigkeit, wie die Verwendung der Komponentenkategorie Cat-6A, ermöglicht auf komfortable Art und Weise eine nahtlose Infrastruktur, ohne Übergänge und Inkompatibilitäten.

Bei Geräten, die typischerweise an einem Ort montiert werden und nur zum Austausch oder möglicherweise zur Reparatur vom Netz genommen werden sollen, ist ein Festanschluss am Netzwerk von Vorteil. Dieser kann beispielsweise durch die Gigabit- oder Megabit-Anschlussklemme von Metz Connect hergestellt werden, ohne aber auf den Vorteil eines gesteckten Systems bei der Installation verzichten zu müssen. Besonders geeignet ist diese Anschlussmethode für Geräte mit kleiner, flacher Bauform; diese Produkte bieten eine Alternative zu RJ-Produkten. Diese Klemmenfamilie folgt unmittelbar den Anforderungen der aktuellen Netzwerktechnologien und bindet somit eine weitere Gerätegeneration ins Netzwerk ein.

Auch im Maschinen- und Anlagenbau werden immer häufiger Anlagen auf Industrial Ethernet umgestellt. Oft findet nur ein 1:1-Austausch der Feldbussysteme statt – vielfach ohne Berücksichtigung der möglichen Auswirkungen solch einer Umstellung auf die vorhandene IT-Infrastruktur. In der Steuerungsebene, die in allen automatisierten Anwendungen zu finden ist, orientiert sich der verwendete Feldbus meist am Steuerungssystem. Dies bedeutet für den Anwender in der Praxis, dass die eingesetzte Steuerung den passenden Feldbus definiert und die Verbindung zwischen den Steuerungen und den angeschlossenen Sensoren/Aktuatoren systemspezifisch ausgelegt werden muss. Die Konsequenz aus dieser Gegebenheit hat zu einer Vielfalt der verwendeten Systeme geführt. Zukünftig ist es deshalb wichtiger denn je, eine transparente und vor allem eine über alle Ebenen durchgängige Netzinfrastruktur vorzuhalten.

Entsprechend den Anforderungen der geltenden Normen wurden RJ45-basierende industriegerechte Steckverbinder und dazugehörige Schutzgehäuse festgelegt. Diese sind in der Komponentennorm IEC 61076-3-106 näher erläutert. Im internationalen Abstimmungsprozess wurde aus den dort anfänglich beschriebenen 14 verschiedenen Steckverbindervarianten für die Verkabelungsnorm DIN-EN 50173er-Reihe eine kompakte Push-Pull-RJ45-Steckverbindung mit hoher Schutzart (die so genannte Variante 4) ausgewählt. Neben den RJ45-Einsätzen sollen auch LWL-Steckverbinder integriert werden können. Die LWL-Steckverbinder sollen sowohl für POF, HCS und Glasfasertechnik eingesetzt werden können. Es werden hierzu LC-Duplex-Steckverbindungen in dieselben Schutzgehäuse wie bei dem oben beschriebenen RJ45-Stecker im Standard fixiert.

Neben den Fabriknetzwerken wird auch bei der Vernetzung von Anlagen, Maschinen oder Maschinenteilen immer stärker auf Industrial-Ethernet-Technologie gesetzt. Um die geforderte optimale Durchgängigkeit der Netzwerke zu erreichen, werden auch im aktuellen Feldbusstandard IEC 61918 und IEC 61784 unter anderem die Steckverbinder für Ethernet-basierende Lösungen aus dem bereits erwähnten IEC 61076-3-106 rekrutiert. Allerdings nicht mit einer Konzentration auf nur eine Steckverbindervariante, wie in DIN-EN 50173 beschrieben, sondern hier gilt es protokollspezifisch aus derzeit vier Varianten auszuwählen. Dieser Ansatz ist durchaus mit der Marktpräsenz der Steuerungshersteller zu begründen, die sich dadurch auch ihre jeweiligen Märkte absichern wollen. So ist heute ein Anwender, der sich beispielsweise für Profinet entscheidet, auch im Bereich der Verkabelung an die Installationsrichtlinie von Profinet gebunden. Ähnlich sehen die Randbedingungen natürlich auch bei den anderen Industrial-Ethernet-basierenden Feldbuslösungen wie Ethernet/IP aus. Positiver Aspekt bleibt dabei die Möglichkeit, dass alle der Ethernet-Varianten zwischenzeitlich vorsehen, mit definierten Schnittstellen zur anwendungsneutralen Verkabelung nach DIN-EN 50173 Spielregeln zu migrieren. So kann bereits heute ein durchgängiges Verkabelungsfundament für eine transparente Unternehmenskommunikation auch im industriellen Umfeld im Konsens mit allen Standards und Normenwerken realisiert werden.

Ähnlich wie beim Automobilbau wird bei den Industrie-Steckverbindern auf ein modulares Plattformkonzept gesetzt. Auf dieser Basis gibt es eine durchgängige Produktfamilie für Kupfer- und Lichtwellenleiter, die sowohl der Anforderung der Fabrik- als auch der Maschinenverkabelung Rechnung trägt. Die sichere und zuverlässige Verbindung zwischen Hallen- oder Maschinennetzwerken an übergeordnete Firmennetzwerke ist mit den Steckverbindern problemlos möglich – ohne störende Anpassungsaufwendungen, denn das ist ein wesentlicher Wunsch der Automatisierer. Forderungen der Endanwender und Gerätehersteller an entsprechende Geräteschnittstellen sind bei der Konzeption maßgeblich eingeflossen. Vielfach definierte Anforderungen sind ein gleiches Steckgesicht und eine gleiche Leiterplattenposition für Kupfer und LWL, kleinstmögliche Bauform, die keine Vergrößerung der Geräte bei der Steckverbinder-Integration mit sich bringt sowie eine intuitive Bedienbarkeit beim Stecken und Lösen der Steckverbinder. Zudem sind die Steckverbinder im Feld konfektionierbar oder vorkonfektioniert abrufbar.

Die Steckverbinder-Familie RJ45 ist mit Schnellanschlusstechnik (Drahtstärken von AWG 26 bis zu AWG 22) und Übertragungseigenschaften in Kategorie Cat-6A entwickelt. Durch ein Zink-Druckgussgehäuse der Steckverbindungen werden eine solide Schirmung und die mechanische Stabilität sichergestellt. Der RJ45-Steckverbinder in IP67 unterstützt gleichermaßen die verschiedenen Gehäusevarianten der Ethernet-Varianten; neben den RJ45-Einsätzen können auch LWL-Steckverbinder integriert werden.

Als weitere Schnittstellenlösung stehen die 4-paarigen M12-X-codierten-Rundsteckverbinder für die Feldebene zur Verfügung. Die Anbindung des EMV-Schirms bei den feldkonfektionierten Varianten (Stecker, Buchse mit und ohne Flansch) erfolgt nicht durch eine auf die Leitung gecrimpte Steckverbindung, sondern durch eine zuverlässige nachsetzende Federkontaktierung mit dem Schirmgehäuse. Sie erfüllen IP67, IP68 und IP69K und garantieren eine sichere und zuverlässige 10-Gbit/s-Datenübertragung nach Cat-6A. Für die M12-Technik sind ebenfalls verschiedene Varianten verfügbar.

Neben den M12 Steckverbindern mit X-Codierung und den RJ45-Produkten bietet der Hersteller außerdem das bewährte M12-Portfolio mit D-Codierung an, das für Industrial-Ethernet-Applikationen gemäß Cat-5e ausgelegt ist. ge

Auch im Maschinen- und Anlagenbau werden immer häufiger Anlagen auf Industrial Ethernet umgestellt. Welche alternativen Lösungen zur Verfügung stehen und was bei ihrem Einsatz zu beachten ist, darüber informiert die Seite:

Metz Connect bietet zweipaarige Twisted-Pair-Anschlusse mit M12-D- Codierung und vierpaarige Twisted-Pair-Anschlüsse der M12-X-Codierung an. Der vierpolige Stecker mit D-Codierung ist für eine Übertragungsrate von 100 MBit/s geeignet. Für Gigabit-Ethernet können die achtpoligen M12-Stecker mit X-Codierung eingesetzt werden. Für den zweipaarigen Twisted-Pair-Anschluss mit D-Codierung bietet der Hersteller Verbindungs- und Anschlusskabel in verschiedenen Längen. Für den vierpaarigen Twisted-Pair-Anschluss des Typs X stehen neben Verbindungs- und Anschlusskabel in verschiedenen Längen auch feldkonfektionierbare Stecker und Buchsenvarianten mit und ohne Flansch zur Verfügung.