Prozessautomation Kabel contra Netzwerkstörung

Kommunikations- und Prozesssteuerungsnetzwerke müssen in allen Umgebungen kontinuierlich und zuverlässig funktionieren. Gerade in unternehmenskritischen Anwendungen oder extremen Umgebungen müssen vernetze Industriekommunikationssysteme besonders robust und unempfindlich sein. Physische Mängel oder elektrische Störungen bei essen­tiellen Datenübertragungskomponenten können die Netzwerkperformance beeinträchtigen und/oder Sicherheitsprobleme hervorrufen. Schließlich können sie sogar den Verlust unternehmenskritischer Daten, teure Ausfallzeiten oder Totalausfälle zur Folge haben.

Netzwerkkomponenten und -medien sind die Ursache für mehr als 70 Prozent aller Netzwerkstörungen. Betriebssysteme machen weniger als 20 Prozent aus. Der Rest entfällt auf Anwendungsprogramme. Es wird also deutlich, dass sich Nutzer auf die Hardware konzentrieren müssen. Diese Feststellung wird durch die Tatsache unterstrichen, dass die Kosten dieser Komponenten im Vergleich zu den Kosten von Netzwerkstörungen – die sich schnell auf mehrere Tausend Euro in der Minute belaufen können – minimal sind.

Industriekabel im Fokus

In einem typischen Büroumfeld ist die Ethernet-Infrastruktur in einer relativ sauberen, störungsfreien Umgebung installiert. Die Kabel sind hinter der Wand, in der Decke oder unter dem Fußboden verlegt und die Netzwerk-Switches sowie die Hardware- und Verdrahtungskomponenten sind in geschützten Bereichen untergebracht.

In Industrieeinrichtungen hingegen sieht die Realität völlig anders aus. Hier sind viele, wenn nicht alle Kabel, die Verbindungstechnik sowie die Switches und aktiven Netzwerkkomponenten integraler Bestandteil von Maschinen-, Automatisierungs- und Leittechnik. So sind sie rauen und potenziell gefährlichen Umgebungen ausgesetzt. Selbst die besten Commercial-Off-The-Shelf (COTS) Ethernet-Systeme sind nicht für den Dauereinsatz unter solchen Bedingungen geschaffen. Raue Umgebungen erfordern robuste Kabel. Nur spezielle Industriekomponenten für Ethernet-Systeme sind robust genug, um den Gefahren und Risiken, denen sie Tag für Tag ausgesetzt sind, zu widerstehen.

Für die Anbindung der einzelnen Komponenten – vom Schaltschrank über den Telekommunikationsraum bis in den Produktionsbereich und an die Maschine – müssen die Designer ein Industrial-Ethernet-Kabel und eine Verdrahtungslösung wählen, die höchste Zuverlässigkeit, Qualität und Performance garantieren. Die eingesetzten Produkte müssen für abnutzungsintensive Umgebungen geeignet sein, in denen sie direktem Kontakt mit Öl und Lösungsmitteln ausgesetzt sind. Darüber hinaus müssen Parameter wie elektromagnetische Interferenzen (EMI), hohe Betriebs- und Umgebungstemperaturen, Stromschwankungen, Maschinenvibration und mechanische Gefährdungen berücksichtigt werden.

Fünf Schritte zum optimalen Kabel

Fünf Schritte zur Auswahl des richtigen Kabels helfen dabei, die Kosten zu optimieren und die für die jeweiligen Zwecke am besten geeignete Technologie zu identifizieren. Im ersten Schritt wird ermittelt, für welchen Anwendungszweck das Kabel benötigt wird:

• Schaltschrank/Leitstand und Festinstallation – abgekapselte Umgebungen mit geringer Vibration: Bei diesen Anwendungen sind Massivleiter die richtige Wahl. Sie sind zukunftssicher und bieten hohe Bandbreitenkapazitäten.

• Produktion und Anwendungen mit gelegentlich bewegtem Einsatz – moderat flexibel: Produktions- und Arbeitsbereiche mit stärkerer Vibration, in denen die Kabel Öl, Chemikalien, rauem Handling, Abnutzung, UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und elektronischen Störungen wie EMI und RFI (Hochfrequenzstörungen) ausgesetzt sind.

• Anwendungen mit ständig bewegtem Einsatz – hochflexibel: Einsatz direkt an der Maschine, wo sowohl hohe bis sehr hohe Vibrationen als auch Temperaturen auftreten, bei denen hochflexible schlepp- und torsionsbeständige Kabel benötigt werden und es auf einen effizienten Feuchtigkeitsschutz ankommt (M12 mit IP67- und IP68-Schutz).

Schritt 2: Einhaltung der geforderten Datenraten: bis zu 100 Mbit/s; bis zu 1 Gbit/s; bis zu 10 Gbit/s. Die Tabelle unten hilft, das richtige Kabel zu ermitteln.

Schritt 3: Auswahl des benötigten Manteltyps

Schritt 4: Kabel mit oder ohne Schirmung – in den meisten Umgebungen können ungeschirmte Kabel eingesetzt werden. Geschirmte Ausführungen werden für besonders störanfällige Umgebungen empfohlen. Eine Schirmung wird üblicherweise mittels einer Folie oder eines Geflechts realisiert, um die Integrität des Signals zu schützen und unerwünschte Interferenzen oder Störungen auszufiltern. Für eine längere Lebensdauer und erhöhten Störschutz kann auch eine kombinierte Geflecht-/Folienschirmung eingesetzt werden.

Im fünften und letzten Schritt folgt die Auswahl des Leitertyps. Hier sollte es nur um die Alternative zwischen Twisted Pair versus Bonded Pair gehen – da es für beide Optionen sowohl flexible als auch massive Leiter gibt. Die Diskussion massiver oder flexibler Leiter sollte im Rahmen von Schritt 1 geführt werden, da der Leitertyp direkt durch die Art der Anwendung definiert wird: Schaltschrank/Festinstallation = massiver Leiter, moderat flexible Anwendungen = flexible Leiter, Anwendungen mit ständig bewegtem Einsatz = hochflexibel beziehungsweise schlepp-/torsionsbeständig.

Bonded-Pair-Kabel bieten Schutz gegen Beanspruchung bei der Installation. Denn bei der Herstellung wird die Isolierung der Kabelpaare entlang ihrer Längsachse angebracht, sodass keine Lücken zwischen den Leiterpaaren entstehen können. Bei Nonbonded-Pair-Kabeln kann es während der Installa­tion zu Leiterpaarlücken und Impedanzunterschieden kommen. Belden hat eine eigene Bonded-Pair-Technologie entwickelt, die eine Reihe von Vorteilen bietet:

• Keine Lücken zwischen den Leiterpaaren bedeutet, dass der Abstand zwischen den Leitern – die Zentrizität – immer gleichmäßig ist.

• Mit einer gleichmäßigen Zentrizität gewährleistet das Kabel eine hervorragende und zuverlässige elektrische Performance.

• Installable Performance wird erreicht – die Befestigung der Isolierung der Kabelpaare und die gleichmäßige Zentrizität sorgen für exzellente elektrische Eigenschaften, auch wenn das Kabel bei der Installation gebogen, gezogen und verdreht wurde.

Kabel für Kommunikationsinfrastrukturen

Die Wahl des richtigen Kabels kann über Erfolg oder Versagen der Kommunikationsinfrastrukturen entscheiden. Die DataTuff Industrial Ethernet-Kabel- und Connectivity-Produkte von Belden, die für den Einsatz in der Industrie konzipiert wurden, garantieren maximale Zuverlässigkeit, Qualität und Performance. Planer und Entwickler können aus einer großen Bandbreite an Produkten für den Innen- und Außen­einsatz, für die Erdverlegung und für andere raue Bedingungen das gewünschte Produkt auswählen. Anschlussleitungen sind mit RJ45- und M12-Steckern sowie mit IP20-, IP67- und IP68-Schutz erhältlich. Die Kabel erfüllen sämtliche Anforderungen im Hinblick auf die Datenraten von 100 Mbit/s über 1 Gbit/s bis hin zu 10 Gbit/s.