Anwendungsneutrale Verkabelung des Maschinennetzes

Anwendungsneutrale Verkabelung des Maschinennetzes

Es bleibt alles gleich. Wer die Feldbusinstallation kennt, kann auch Ethernet installieren. Für HARTING stellte sich die erste Herausforderung Ethernet in der adäquaten Lösung der Steckverbinderproblematik. Der RJ Industrial setzt hier einen Maßstab, da er nicht nur das industrietaugliche Gehäuse, sondern auch einen industrietauglichen RJ 45-Kontakteinsatz darstellt.

Für HARTING ist der Ethernetsteckverbinder – eingebettet in die Thematik durchgängiger Installationssysteme – der Schlüssel, um Ethernet in der Industrie beherrschbar zu machen. Weil hier die bestehenden Feldbussysteme den Standard setzen, stellen diese auch für Ethernet eine solide Grundlage dar. Andererseits beinhaltet die DIN EN 50173 den Standard der Office-Verkabelung. Lange haben sich diese konkurrierenden Standpunkte dogmatisch gegeneinander behauptet. Im Sinne des Anwenders hat HARTING hier die Anforderung der Applikation in den Vordergrund gestellt. Eine Analyse bei Key-Kunden hat dabei gezeigt, dass sowohl Office- als auch Feldverkabelung in gewissen Bereichen ein gerechtfertigtes Nebeneinander führen werden. Es kommt nur auf die richtigen Schnittstellen an.

Anwendungsneutrale Verkabelung DIN EN 50173

Structured cabling systematics

Wenn die Arbeitsgruppen der Anwendungsneutralen Verkabelung über die Industrie sprechen, sind sie durch ihren Office-Hintergrund geprägt. Die Maschine ist eine separate Einheit, die in Netzwerke der Gebäudeverkabelung einbezogen wird. Da hier Office und Industrie konvergieren, ist eine höhere Hierarchieebene durch das Office, die Feldebene aber durch die Umgebungsbedingung der Maschine geprägt. Die Unvereinbarkeit der Office- und Maschinen-Umgebungen wurde bereits beschrieben. Es wird zukünftig nicht jegliche Installation anhand der Forderungen der Maschine auszulegen sein. Es ergeben sich klare Übergänge, die zwischen den Welten wandeln. Ein praktikabler Weg wird in der DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik) als Vorbereitung einer Industrie-DIN EN 50173 beschritten: Unterhalb des Maschinenverteilers (MD) wird ein MO – das Machine Outlet – definiert. Oberhalb dieses Outlet befindet sich ein Industriegebäudenetzwerk, unterhalb das Maschinennetzwerk.

Anwendungsneutrale Verkabelung DIN EN 50173

Diese Differenzierung ist wichtig, denn sie trägt den unterschiedlichen Anforderungen Rechnung. Alle kontroversen Diskussionen der Vergangenheit sind an dieser Unterteilung entbrannt. In den Anforderungen der PNO (Profibus-Nutzer-Organisation) und anderer feldbusorientierter Organisationen wurde verstärkt das Maschinennetzwerk betrachtet. Im Office versteht man unter der Anwendungsneutralität der Verkabelung die Nutzung einer Verkabelung für unterschiedliche Applikationen wie ISDN und Ethernet. Als Anwendung wird also das übertragene Datenprotokoll verstanden. Im Industrieumfeld kann unter Anwendungsneutralität der einfache Umstieg klassischer Feldbussysteme in Richtung Ethernet verstanden werden. Die Veränderung des Kommunikationsprotokolls darf die Struktur der Kommunikation nicht so verändern, dass der Gesamtaufbau einer Maschine dadurch beeinflusst wird.

Verkabelung für PROFINET

Feldbus-Systemverkabelung

Die PROFInet-Steckverbinder übernehmen die Aufgabe, Geräte oder ganze Netzsegmente steckbar zu verbinden. Damit diese Verbindung zuverlässig funktioniert, ist eine Auslegung der Schnittstellen entsprechend der industriellen Umgebungsanforderungen notwendig. Steckverbinder, die über einen langen Lebenszyklus z.B. einer Werkzeugmaschine sicher funktionieren, unterscheiden sich signifikant von Officelösungen.

Aber auch innerhalb der industriellen Applikation existieren unterschiedlichste Anforderungen. Die Differenzierung innerhalb der Industrie besteht einerseits in einer Verkabelung innerhalb oder außerhalb des Schaltschranks, andererseits in der Integration der 24 Volt-Spannungsversorgung der Teilnehmer. Diese Integration der 24 Volt-Spannungsversorgung wird analog zum Profibus beim PROFInet als hybride Verkabelung bezeichnet.

Der Schaltschrankinnenraum variiert in wesentlichen Eigenschaften, wie der Verschmutzung und der Temperatur, von den Etagenverteilern der Officewelt. Deswegen findet auch innerhalb des Schaltschranks eine Verschärfung der Anforderungen an die Steckverbinder gegenüber der Officeverkabelung statt.

Es entstehen zwei Verkabelungsklassen für PROFInet-Anwendungen: innerhalb und außerhalb des Schaltschranks. Diese Klassen sind so ausgelegt, dass sie einen großen Anteil der industriellen Applikationen abdecken. Eine Spezifikation dieser Klassen folgt den Erfahrungen der Profibus-Richtlinie.

Übertragungsphysik

Die Übertragungsphysik schließt die elektrische Twisted Pair-Verkabelung sowie die faseroptische Verkabelung ein. Die Über-tragungsperformance der Steckverbinder ist an 100 Mbit Ethernet angepasst. Es sind nur solche RJ 45 als auch vierpolige M12 zulässig, die die Eigenschaften der Kategorie 5 (DIN EN 50173) erfüllen.

Verbindungskabel

Verbindungsleitungen

Im Gegensatz zum Profibus sind bei PROFInet keine passiven T-Stücke möglich. Alle Geräte werden über eine aktive Netzkomponente angeschlossen. Um eine möglichst einfache Installation zu gewährleisten, wurde das Übertragungskabel als beidseitig identisch definiert. Diese Verbindungsleitung erfüllt damit die Funktion der Patchleitung, die beidseitig gleich konfektioniert ist. Die Kontaktbelegung des RJ 45 ist kompatibel zur IEEE 802.3 gewählt. Es besteht damit Kompatibilität zur strukturierten Gebäudeverkabelung.

Kupplungssteckverbinder

Kupplungssteckverbinder

Verlängerungskabel oder fliegende Kupplungen sind über Kupplungssteckverbinder realisierbar. Diese Kupplungen stehen für alle aufgeführten Steckverbinder zur Verfügung (M12, RJ 45).

Durch das Einfügen von Kupplungssteckverbindern entstehen zusätzliche Stoßstellen, die die maximale Linklänge beeinflussen. Jede zusätzliche Steckstelle reduziert die Linklänge um 5 m. Ein Kupplungssteckverbinder reduziert damit die Länge um 10 m.

Kontaktbelegung

Kontaktbelegung

Die Kontaktanordnung ist folgendermaßen spezifiziert:

Bei M12-Steckverbindern werden geschirmte, B-codierte Varianten eingesetzt. Die Kontaktposition 5 ist aber geschlossen. Die Stiftseite des Steckverbinders ist immer auf der Seite des Kabels. Durch die Auswahl dieses M12-Typs ist das Vertauschen mit Profibus-Leitungen sowie Sensor-/Aktor-Leitungen ausgeschlossen.

Verkabelungstypen

Feldverkabelung

Die industrielle Verkabelung stellt Verbindungen zwischen Geräten im industriellen Umfeld her. Die eingesetzten Kabel sind diesem Umfeld entsprechend auszulegen. Steckverbinder müssen daher, unabhängig ob sie im IP 20-Bereich des Schaltschranks oder im IP 67-Bereich eingesetzt werden, zum Anschluss von Industriekabeln ausgelegt werden.

Im Gegensatz zur Feldverkabelung (Abb. Feldverkabelung) kann aber bei der Verwendung einer reinen Schaltschrankverkabelung (Patchtechnik) ein in seiner Übertragungsperformance reduziertes Kabel eingesetzt werden (DIN EN 50173). Diese Ausnahme ist auch im Industrieumfeld zulässig. Die hierdurch reduzierten Übertragungsstrecken (maximal 10 m Patchkabel innerhalb einer Verbindung zwischen Komponenten) führt zu einer Einschränkung, die durch den durchgängigen Einsatz eines Kabeltyps nicht gegeben ist.

Cross Over

Kabelanschluss

Da 100 Base T-Ethernet im Vollduplexbetrieb immer über zwei getrennte Aderpaare geführt wird, findet ein Cross Over statt. Da ein Cross Over in der Installation zu vermeiden ist, sind alle Netzkomponenten so auszulegen, dass diese ein automatisches Cross Over durchführen. Es ist sicherzustellen, dass alle Endgeräte über eine Netzkomponente mit Autocrossing angeschlossen werden.

Anschlusstechnik und Systemverkabelung

Ethernet-Systemverkabelung

Ein wesentliches Kriterium für die industrielle Verwendbarkeit besteht in der Beherrschbarkeit der Anschlusstechnik auch vor Ort. Hierzu stehen entsprechende Steckverbinder sowohl für M12 als auch für den RJ 45 zur Verfügung. Diese Steckverbinder sind mit Standardwerkzeugen einfach vor Ort konfektionierbar. Steckverbinderlösungen, die diese Option besitzen, sind bei dem Einsatz zu bevorzugen. Für den Endanwender unterscheidet sich die Systemverkabelung für PROFInet nicht von der Profibus-Verkabelung.

Das Nebeneinander der Installationsphilosophien

Eine Maschine ist kein Gebäude. Eine Maschine steht aber meistens in einem Gebäude. Die Integration einer Maschine in ein Unternehmensnetzwerk ist damit so gut wie immer die Integration in ein Gebäudenetzwerk. Durch die Definition des MO ist es gelungen, eine saubere Schnittstelle zwischen unterschiedlichen Installationsphilosophien zu finden. Diese Trennung erlaubt es, das Beste aus beiden Welten für den Anwender verfügbar zu machen.

Als Symbol das MO. Innen Anschlusstechnik, die sich im Office bewährt hat. Außen ein echter Industriesteckverbinder.

Es bleibt alles gleich.

Andreas Huhmann

Strategic Marketing ICPN



 

Global Business Unit Electric
HARTING Electric GmbH & Co. KG

HARTING Redaktion