Große Datenmengen in Ethernet-Netzwerken übertragen

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Hohe EMV-Festigkeit der optischen Leitungen

Ein weiterer Nutzen der optischen Leitungen ergibt sich aus ihrer hohen EMV-Festigkeit. Bei elektrischen Datenkabeln müssen in der Umgebung von Störquellen wie elektrischen Maschinen oftmals mit Kosten verbundene Vorkehrungen getroffen werden, die bei optischen Kabeln entfallen.

Die physikalische Eigenschaft eines elektrischen Isolators erweist sich meist als entscheidender Vorteil optischer Leitungen, da viele Anwender der kompletten Potentialtrennung zwischen den zu koppelnden Anlagenteilen eine große Bedeutung zumessen. Dies vor dem Hintergrund, weil insbesondere die Eliminierung der mitunter gefährlichen Potentialdifferenzen sowie die Planung und Umsetzung umfangreicher Schirmungs- und Erdungskonzepte hohe Kosten in elektrischen Netzen nach sich ziehen können.

Speziell hervorzuheben sind die Übertragungseigenschaften optischer Kabel. Während die maximale Netzwerkausdehnung schnell durch die elektrische Leitungsdämpfung begrenzt wird, erreichen industrielle Medienkonverter in Verbindung mit optischen Kabeln problemlos Distanzen von dutzenden Kilometern. Auf elektrische Koppelstellen mit Switches sowie deren Energieversorgung kann verzichtet werden.

Auch in explosionsgefährdeten Anlagen sind optische Leitungen in Kombination mit eigensicheren optischen Medienkonvertern der Verlegung elektrischer Datenkabel immer vorzuziehen. Wird eine in der Ex-Zone installierte optische Leitung beschädigt, tritt weder eine potentielle Zündenergie aus noch entstehen gefährliche Funken.

Die Frage nach der für die jeweilige Applikation am besten geeigneten optischen Faser lässt sich nicht ohne weiteres beantworten. Als Faustregel gilt, dass nicht mehr LWL-Technik als unbedingt erforderlich verwendet werden soll. In den meisten Fällen fungiert die Distanz zwischen den Netzwerkteilnehmern als Entscheidungskriterium.

Glasfaser-Systeme reichen bis 80 km weit

Mit Reichweiten bis 80 km stellen reine Glasfaser-Systeme das technische Maximum dar. Polymerfasern überbrücken in Netzwerken mit einer Datenrate von 100 MBit/s Entfernungen bis 50 m, wohingegen Standard-HCS-Faser bis 100 m überwinden. Diese Werte lassen sich auch mit Kupferkabeln realisieren. Sofern die Daten störungsfrei übertragen werden und die LWL-Technik ihre weiteren Stärken nicht ausspielen kann, können Anwender auf optische Netze verzichten.

Obwohl die einfachen Polymer- und HCS-Fasern keine Distanzvorteile bringen, haben Technologieführer wie Volkswagen und Audi die LWL-Technik dennoch vor über zwanzig Jahren zum Standard in ihren Produktionsstätten erklärt. Diese Entscheidung gründet auf der einfachen Installation und Wartung der preiswerten Polymerfaser sowie der Störfestigkeit und damit hohen Verfügbarkeit optischer Netze.

Der Wechsel von der Feldbus- zur Ethernet-basierten Kommunikation konfrontiert die Anwender von Polymerfasern aufgrund der benötigten Übertragungs-Bandbreite jedoch mit dem Problem der Distanzbegrenzung. Während ein Feldbus mit einer Datenrate von 2 MBit/s via Polymerfaser Entfernungen von 100 m überbrückt, verringert sich der Wert bei Systemen mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 100 MBit/s auf lediglich 50 m. Der Grund hierfür liegt in der für Polymerfasern mit Stufenindexprofil typischen Bandbreiten-Beschränkung durch die Pulsaufweitung.

Bequeme Feldkonfektionierung der LWL-Stecker geht verloren

In diesem Fall schafft die HCS-Faser Abhilfe. Obwohl sie ebenfalls über ein Stufenindexprofil verfügt, kommt die Pulsaufweitung wegen des geringeren Faserdurchmessers von 200 µm – im Vergleich zu 980 µm bei der Polymerfaser – erst bei Distanzen von 100 m zum Tragen.

Größere Entfernungen lassen sich bislang nur mit reinen Glasfasern umsetzen, wobei die von vielen Anwendern geschätzte bequeme Feldkonfektionierung der LWL-Stecker verloren geht. Denn Polymer- und HCS-Fasern werden mit einfachen mechanischen Werkzeugen problemlos im Feld konfektioniert. Im Gegensatz dazu erfordert ein Glasfaser-Stecker teure Werkzeuge, die Strom benötigen. Darüber hinaus müssen Glasfaser-Stecker verklebt, ausgehärtet und aufwändig poliert werden.

Die von Phoenix Contact neu entwickelte HCS-Faser mit Gradientenindexprofil HCS-GI erfüllt die Forderungen nach einer feldkonfektionierbaren Faser, mit der sich größere Entfernungen als auf Basis von Stufenindex-basierten HCS-Fasern überwinden lassen. Das bisher lediglich von Multimode-Glasfasern bekannte Gradientenindexprofil beugt dazu die in der Faser verlaufenden Lichtmoden zur Kernachse und wirkt so der Pulsaufweitung entgegen.

Universelle Verwendbarkeit an Medienkonvertern mit 660 nm und 1300 nm

Eine weitere Besonderheit der HCS-GI-Faser ergibt sich aus der universellen Verwendbarkeit an Medienkonvertern mit 660 nm und neuerdings sogar an Geräten mit 1300 nm. Diese Wellenlänge war bis dato nur reinen Glasfasern vorbehalten. Die HCS-GI-Faser überbrückt an 660 nm eine Distanz von 300 m und an 1300 nm von 2000 m.

Die speziell für den Einsatz in Ethernet-Netzwerken mit einer Datenrate 100 MBit/s konzipierte HCS-GI-Faser definiert eine neue Leistungsklasse in der LWL-Technik. Somit steht der breiten Nutzung der optischen Kommunikation in Ethernet-Installationen nichts mehr im Weg. (jv)

* Dipl.-Ing. José Antonio Vibora-Münch ist Manager im Bereich Communication Interfaces, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont.

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