In der Integrierten Industrie werden immer mehr Sensoren und Komponenten bis hinein in die Feldebene und auch die Produkte selbst „intelligent“ – und müssen deshalb mit Daten versorgt werden. Stück für Stück wird die Vernetzung immer feiner und verzweigter. Aber viele der aktuell in den Fabriken installierten Datennetze entsprechen den Anforderungen nicht mehr. Sie müssen erweitert, überholt oder ausgetauscht werden. Doch wie geht man ein Erneuerungsprojekt in der Automatisierung sinnvoll an?
Vorkonfektionierung ist kein Allheilmittel
Die Verwendung vorkonfektionierter Verkabelungen ist eine mögliche Lösung. Sie spart Zeit und Kosten in der Montage und schließt die Fehlerpotenziale einer Konfektionierung im Feld weitgehend aus. Bei späteren Umbauten und Anpassungen der Anlagen zeigen sich aber die Nachteile: Um neue Maschinen in eine Linie zu integrieren, braucht es nicht nur neue Steckverbinder, sondern eine komplett neue Konfektionierung – da sich Kabel und Steckverbinder bislang nicht oder nur schwer getrennt tauschen lassen.
Dabei liegen die Kosten für Kabel, Steckverbinder und Switches üblicherweise unter 5 Prozent der Gesamtinvestition. Doch diese 5 Prozent können es in sich haben: Verkabelungsfehler und Netzwerkprobleme bergen eine hohes Kostenrisiko, denn es kann sehr zeitintensiv sein, nach Fehlern zu suchen und sie zu beseitigen.
Einzeln austauschbare Komponenten
Harting hat deshalb das Verkabelungssystem Ha-VIS PreLink entwickelt, bei dem Kabel und Steckverbinder sich wie zwei unabhängige Komponenten trennen lassen. Der Anschlussblock des Systems wird dabei fest auf ein Leiter-
ende verpresst und lässt sich flexibel und immer wieder verwendbar an einen PreLink-Steckverbinder oder eine Buchse anschließen. Benötigt man ein neues Steckgesicht, wird die alte Schnitt-
stelle abgenommen und der Ersatz an den Anschlussblock geklippt. Vorhandene Kabel kann man unverändert weiter verwenden. Umgekehrt lassen sich auch Kabel unabhängig von Steckverbindern wechseln. Das senkt die Kosten für Reparatur oder Leistungssteigerung.
Das Ziel ist es, Ethernet-Verkabelungen möglichst schnell, einfach und vor allem prozesssicher zu installieren. Die Kabel können mit dem Anschlussblock im Feld konfektioniert und einsatzbereit gemacht werden. Verwendet man dabei die passende Montagezange, funktioniert das sicher und in nur einem Arbeitsschritt. Dazu müssen die Einzeladern nur in die passende – im Beschaltungsplan vorgesehene – Öffnung des Abschlussblocks geschoben werden. Eine Montagezange verbindet die Einzel-
adern über Schneidklemmen und kürzt die überstehenden Aderenden bündig ab. Auf diese Art und Weise entsteht ein für die Hochfrequenzübertragung geeignetes konfektioniertes Kabel, das sich je nach Zweck selbst durch engste Räume oder Installationsrohre verlegen lässt.
Komplettlösung mit vielen Optionen
Der Anwender hat die Wahl zwischen klassischen Netzwerkkomponenten wie den marktüblichen Keys-
tone-Bauformen und Einsätzen, die an den Bedarf industrieller Anwendungen angepasst sind. Modularer Aufbau heißt in Bezug auf PreLink im Detail: Die IP20-Basiskomponten wie Steckverbinder und Buchsen lassen sich durch normierte Schnittstellen (PushPull-Variante 4 und Variante 14 oder Han 3 A Variante 5 nach IEC 61076-3-106) den industriellen Anforderungen anpassen. Das System erfüllt die Übertragungskategorie 6A sowie Übertragungsklasse EA und ist damit 10-GBit/s-Ethernet fähig. Damit bietet es genügend Kapazität, um die Aufgaben als Datenautobahn zu bewältigen. Damit diese auch den harten Anforderungen der Industrie gewachsen ist, erfüllt das modulare System die Norm DIN EN 50155. Damit ist es vibrationssicher und einsetzbar für alle Industrial-Ethernet-Varianten wie Profinet, EtherCAT oder EtherNet/IP. So ist der Anwender nicht auf ein bestimmtes Protokoll festgelegt und kann sein System ganz nach seinen Anforderungen nutzen.
Drahtbasiert oder lieber drahtlos?
Bei Ha-VIS PreLink kommt bewusst eine traditionelle kupferdrahtbasierte Lösung zum Einsatz – auch wenn am Markt seit einiger Zeit drahtlose Lösungen als zukunftsträchtige Alternativen gehandelt werden. Die Vertreter funkbasierter Lösungen argumentieren mit geringen Kosten, weil das Verlegen der Kabel entfällt. Zudem stellen die Distanzen in der Automation in der Regel kein Problem dar. Dennoch sind die Schwächen funkbasierter Lösungen im industriellen Umfeld unübersehbar: Die nutzbaren Frequenzbereiche unterliegen staatlicher Regulierung, Bandbreiten lassen sich nur über Komprimierung und Neukodierung erweitern. Gerade im Umfeld von Antrieben und Leistungselektronik treten zudem häufig Störungen durch EMV auf. Das schränkt die Funktionalität der funkbasierten Lösungen ein. Beim Kupfer dagegen lässt sich die Datenrate fast beliebig durch Installation neuer Kabel erhöhen. Eine gute Schirmung macht das PreLink-System unabhängig gegen EMV-Einflüsse. Liegen stärkere Störfelder vor, sind LWL-Kabel-Steckverbinder-Lösungen das Mittel der Wahl.
Ergänzende Komponenten für das System
Zusätzlich zu den PreLink- Komponenten gibt es fertige Systemkabel, die in gewünschten Längen und Ausführungen einsatzfertig geliefert werden. Für die Netzwerktechnik in der Automation werden meist RJ45- oder M12-Systemkabel verwendet. Hervorzuheben sind hierbei die M12-Press&Go-Systemkabel. Statt der marktüblichen Umspritzung wird hier eine Kappe mit Dichtung unlösbar aufgepresst. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften sind gleichwertig zu der umspritzten Lösung. Weiterer Vorteil: Alle Kabel können in einem Durchmesserbereich von 4,5 bis 8,8 mm benutzt werden, Werkzeuganpassungen sind nicht erforderlich. Eine kurze Time-to-Market beziehungsweise Flexibilität hinsichtlich kundenspezifischer Kabel zeichnet diese Technologie aus. Mit Übertragungsraten nach Cat. 6A und Schutzarten von IP20 bis IP66/67 decken diese Datenleitungen sehr viele Applikationen ab: vom Schaltschrank bis hin zum rauen Einsatz am Roboter. Dabei ist es gleichgültig, welches Ethernet-Protokoll man verwendet. Die Hardware unterstützt jede Art von Industrial Ethernet.
PreLink-RJ45-Buchsen und -Steckverbinder finden Verwendung in Hutschienen-Outlets oder Schnittstellen in Schaltschränken, Verteilern für Maschinenabzweigungen und Bedieneinheiten. Für PreLink-Anwendungen in der Robotik oder anderen beweglichen, stark belasteten Stellen sowie rauen Umgebungen sind robuste Lösungen wie der M12- oder PushPull-Steckverbinder vorzuziehen. Auch das PushPull-Steckverbindersystem des Herstellers lässt sich – beispielsweise für die Datenübertragung eines Kamerasystems – ISO/IEC-11801-konform in eine PreLink-Umgebung integrieren. PushPull ist robust, wasserdicht nach IP65/67 und ermöglicht zudem den schnellen Austausch defekter Geräte.
