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Steckverbinder Verkabelungssysteme für Industrial Ethernet

| Autor/ Redakteur: Tim Kindermann / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Neue Anwendungsbereiche erfordern eine permanente Weiterentwicklung der Verkabelungstechnik für Industrial Ethernet. Dabei schaffen neue Ethernet-Standards ein Gleichgewicht zwischen den Datenübertragungsraten und den applikationsspezifischen Anforderungen an die kupferbasierten Verkabelungssysteme.

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Applikationsspezifische Übertragungsstrecken: Eine funktional reduzierte Datenverkabelung erschließt neue Anwendungsbereiche.
Applikationsspezifische Übertragungsstrecken: Eine funktional reduzierte Datenverkabelung erschließt neue Anwendungsbereiche.
(Bilder: Phoenix Contact)

Ursprünglich in den 1980er-Jahren zur Spezifikation der Datenübertragung innerhalb lokal begrenzter Computernetzwerke – der LANs (Local Area Networks) – entwickelt, hat sich die Ethernet-Technologie vor allem in den vergangenen zehn Jahren rasant weiterentwickelt. Spätestens seit der Einführung echtzeitfähiger Protokolle wie Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat ist das Industrial Ethernet zum festen Bestandteil der Automatisierungstechnik geworden. Hier gelten jedoch nicht nur andere Anforderungen an die Datenübertragungsraten und -strecken. Je nach Einsatz in der Leit-, Steuer- oder Feldebene sowie der Branche unterscheiden sich diese Anforderungen auch grundlegend.

Maßgeschneiderte Lösungen

Ziel des Industrial Ethernet kann es also nicht sein, einen einheitlichen umfassenden Kommunikationsstandard zu schaffen. Vielmehr müssen maßgeschneiderte Lösungen für die effiziente Anbindung an übergeordnete IT-(Informations-technik-)Systeme sowie für die stabile Echtzeitkommunikation unterschiedlicher dezentraler Feldgeräte ermöglicht werden. Dank seiner anwendungsneutralen Infrastruktur bietet das Ethernet-Protokoll gute Voraussetzungen dafür, maßgeschneiderte Lösungen zum neuen Standard zu machen und so neue Anwendungsbereiche zu erschließen. Anwendungsneutral wird die Infrastruktur durch die nahezu unbegrenzte Anzahl möglicher Kommunikationsteilnehmer sowie durch die unterschiedlichen Übertragungsmedien wie Kupfer, Lichtwellenleiter und Funk.

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In der Vergangenheit beschränkte sich die Standardisierung auf die Vervielfältigung der Datenübertragungsraten bei gleichzeitig erhöhten Anforderungen an die Verkabelungstechnik. Die Anforderungen wurden bei der kupferbasierten Verkabelung durch immer höhere Leistungsklassen definiert – den so genannten Categories.

Mittlerweile zeichnet sich ein gegenläufiger Trend ab: Neben neuen physischen Schnittstellen (PHY – Physical Layer) für das High-Speed-Ethernet mit Übertragungsraten von 25 GBit/s, 50 GBit/s oder 100 GBit/s bringen neue Standards für geringere Datenübertragungsraten auch deutlich geringere Anforderungen an die Verkabelung mit sich. Erstmals rücken so Einsatzgebiete und Anwendungen in den Fokus, die bislang durch das konventionelle Ethernet nicht abgedeckt wurden.

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RJ45 Industrial – Varianten für verschiedene Schutzarten

Das robuste RJ45-Steckverbinderprogramm von Phoenix Contact erfüllt bereits heute die erhöhten Anforderungen im industriellen Umfeld. So sind die neuen Industrie-Steckverbinder besonders schock- und vibrationsfest, und sie eignen sich dank ihrer 360°-Schirmung auch für Bereiche mit erhöhter elektromagnetischer Störstrahlung. Die Vollmetall-Steckverbinder sind als einteilige IP20-Ausführung sowie als Variante mit der Bezeichnung „Push-Pull Advance“ in Schutzart IP65/67 erhältlich. Der spezielle Verriegelungsmechanismus der Variante Push-Pull Advance bietet einen erhöhten Schutz gegen unbeabsichtigtes Lösen der Steckverbindung. Der Steckverbinder kann ohne Spezialwerkzeug konfektioniert werden und lässt sich so einfach und zeitsparend direkt in die Feldverkabelung integrieren. Die Steckverbinder decken einen Aderquerschnitt von AWG26 bis AWG22 ab.

Reduzierte Verkabelung

So wurde 2014 beispielsweise die IEEE 802.3bp definiert. Der neue Standard beschreibt das 1000Base-T1-Ethernet, das auch als RTPGE (Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet) bezeichnet wird. Diese Technologie wurde hauptsächlich in der Automobilindustrie entwickelt. Die Spezifikationen gelten für verdrillte ungeschirmte Aderpaare, mit denen eine Datenübertragungsrate von bis zu 1 GBit/s über Segmentstrecken von 10 m bis 40 m erzielt werden kann. Damit sind exakt jene Anforderungen des Automobilbaus abgedeckt, die beispielsweise im automobilen Infotainment bislang durch serielle Bussysteme wie den MOST-(Media-Oriented-Systems-Transport-)Bus gelöst wurden. Der Vorteil des RTPGE liegt auf der Hand: Die reduzierte Verkabelung senkt unmittelbar die Materialkosten, und die Hersteller können das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und damit auch den Kraftstoff-Verbrauch reduzieren.

Die reduzierte Verkabelung wird aktuell auch von der Single Twisted Pair Ethernet Study Group betrachtet. Hier steht jedoch nicht das Gigabit-Ethernet im Fokus, sondern besonders hohe kupferbasierte Übertragungsstrecken von 1000 m und mehr – bei einer vergleichsweise geringen Datenübertragungsrate von 10 Mbit/s. So könnten zukünftig weitere Anwendungsbereiche abgedeckt werden, in denen das Industrial Ethernet bislang nicht zum Einsatz kam – beispielsweise in der Prozessautomation. Automatisierer setzen hier vorwiegend auf klassische Feldbuslösungen wie Profibus PA oder Foundation Fieldbus. Diese Protokolle ermöglichen die gleichzeitige Übertragung von Daten und Leistung selbst in explosionsgefährdeten Bereichen mit eigensicheren Anwendungen. Zirka 95 % aller Applikationen setzen hier Stammleitungslängen von bis zu 1000 m voraus.

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