Industrielle Kommunikation Wohin schreitet die Feldbus-Verkabelung?

Autor / Redakteur: Bernd Horrmeyer * / Kristin Rinortner

Sowohl die Komponenten als auch die Verkabelung in der Industrie-Kommunikation sind in zahlreichen Normen dokumentiert. Damit lässt sich die Verkabelung von Netzwerken einfach und sicher gestalten.

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Industriekommunikation: Vom Feldbus über Ethernet zur Fiber Optic – die industrielle Kommunikation wird immer leistungsfähiger.
Industriekommunikation: Vom Feldbus über Ethernet zur Fiber Optic – die industrielle Kommunikation wird immer leistungsfähiger.
(Bild: Phoenix Contact)

Für die industrielle Kommunikation in Maschinen und Anlagen haben sich sowohl Feldbusse wie auch Systeme des Industrial Ethernet bewährt. All diese Kommunikationssysteme werden von Nutzerorganisationen begleitet. In ihnen optimieren Experten sukzessive die Ausgestaltung – zum Beispiel für die Verkabelung. Die Ergebnisse dieser Expertenrunden sind in den einschlägigen Richtlinien der Nutzerorganisationen dokumentiert.

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Klassifizierungen von Umweltzonen, Leitungsaufbauten für verschiedene Anwendungsbereiche wie z.B. feste Verlegung oder Verlegung in Schleppketten sowie die Angabe von Steckverbinder-Bauarten mit deren Signalbelegungen gehört zum Standard-Repertoire dieser Richtlinien. Einige Nutzerorganisationen gehen noch weiter ins Detail und fordern bestimmte Tests oder Herstellererklärungen für die Komponenten. Auf diese Weise sollen nur solche Komponenten für das jeweilige Kommunikationssystem eingesetzt werden, die kompatibel zueinander sind. Sie sollen mit ihren verbrieften Eigenschaften dafür sorgen, dass die Anlage des Nutzers unter Berücksichtigung der Planungsvorschriften zuverlässig funktioniert.

Trotz der unterschiedlichen Einsatzgebiete und Marktgegebenheiten haben sich einige Leitungsaufbauten und Bauarten von Steckverbindern am Markt weit verbreitet – sie werden heute systemübergreifend eingesetzt (Bild 1).

Ein weiterer wichtiger Faktor für den Erfolg der Kommunikationssysteme ist die herstellerunabhängige Definition der eingesetzten Komponenten. Viele Steckverbinder sind international genormt und mit ihrer Geometrie sowie mit ihrer elektrischen Leistungsfähigkeit unter industriellen Umgebungsbedingungen beschrieben. Neu hinzugekommen ist eine Norm für die populären M12-Steckverbinder, die sich im fortgeschrittenen Stadium befindet: sie beschreibt die Fähigkeit der Datenübertragung – die Signalintegrität.

Nicht nur die Komponenten, auch die Verkabelung der Kommunikationssysteme als Gesamtsystem ist normativ dokumentiert. In den Normen IEC 61918 und IEC 61784-5-x werden sowohl generell als auch für alle Kommunikationssysteme spezifisch die Anforderungen festgelegt – und zwar hinsichtlich der Planung, Installation, Inbetriebnahme und Wartung. Damit stehen zahlreiche Dokumente zur Verfügung, nach denen sich die Verkabelung von Netzwerken einfach und sicher gestalten lässt. Ein zuverlässiger Betrieb der Anlage ist damit problemlos möglich.

Der End-to-End-Link in der Industriekommunikation

Trotz dieser Bemühungen gibt es immer Verbesserungspotential, um dem Anwender die Implementation von Feldbus-Verkabelungssystemen zu erleichtern. Ein wichtiger Baustein hierfür ist die messtechnische Beurteilung einer kompletten Verkabelungsstrecke. Für eine sichere Datenübertragung kommt es auf die Signalintegrität an. Bei den Systemen des Industrial Ethernet lehnt man sich hierzu an die bereits existierenden Konzepte der generischen Gebäudeverkabelung mit dem Channel-Modell an.

Nachteilig an diesem Konzept ist, dass die Steckverbinder am Anfang und Ende des Channels nicht mit in die Kalkulation einbezogen werden. Dies hat zur Folge, dass marktübliche Feldmessgeräte die Übertragungseigenschaften der Steckverbinder ausblenden, die sich am Anfang und am Ende des Channels befinden. Der Nutzer erhält also ein Ergebnis, das die Übertragungsgüte des Channels beurteilt, ohne dabei auf diese Steckverbinder einzugehen. Im Bereich der generischen Verkabelung ist dies angemessen, da am Anfang und Ende des Channels jeweils vorkonfektionierte Patch-Leitungen eingesetzt werden, deren Güte vorher im Werk bestimmt wurde.

In der Industrieautomation hingegen sieht die Welt anders aus: Um komplexe Strukturen mit Durchgangslöchern leicht zu überwinden, werden in einer Anlage die Leitungen häufig als Meterware eingezogen. Anschließend werden die Steckverbinder dann im Feld angeschlossen. Aus diesem Grunde finden sich hier zur werkzeuglosen Konfektionierung häufig RJ45- oder M12-Steckverbinder mit industrieller Schnellanschlusstechnik. Werden nun die Steckverbinder am Anfang und Ende des Channels fehlerhaft konfektioniert, und wird anschließend der Channel mit einem üblichen Feldmessgerät eingemessen, wird ein ordnungsgemäßer Channel attestiert, obwohl eine unzuverlässige Verbindung daraus resultieren kann.

Internationale Normungsorganisationen und Nutzerorganisationen arbeiten an der Lösung dieses Problems. Hierzu soll als Erweiterung des Channels ein sogenannter End-to-End-Link definiert werden, der diese Steckverbindungen mit berücksichtigt (Bild 2). Nach der Entwicklung und erfolgreichen Verifizierung eines mathematischen Modells können dann die Normen zur Feldbus-Verkabelung (IEC 61918) und zur Messtechnik entsprechend erweitert werden. Hersteller von Feldmessgeräten werden den Modus End-to-End-Link dann anbieten.

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