Aufgrund des IIoT arbeiten Fabriken intelligenter, Maschinen werden stärker miteinander vernetzt und die Produktivität steigt. Wenn Unternehmen ihre IIoT-Systeme weiter optimieren wollen, dann müssen sie in der Lage sein, Daten von jedem einzelnen Bestandteil ihres IIoT-Netzwerks effektiv zu sammeln.
Dies wiederum erfordert die Verbindung jeder einzelnen Datenquelle mithilfe von sicheren und zuverlässigen Verbindungen, damit jeder Datenpunkt in einer größeren Datenbank zur weiteren Analyse gespeichert werden kann.
Trends in der IIoT-Netzwerkwelt
Mit der zunehmenden Verbreitung von IIoT-Netzwerken werden diese auch immer komplexer. Komplexere Netzwerke bedeuten, dass die Anzahl der Geräte pro Netzwerk steigt. Gleichzeitig werden die Netzwerke dezentraler, weil die Konnektivität an den Standorten und in den Produktionsstätten weiter zunimmt.
Diese Entwicklung begründet den Bedarf an staub- und wasserdichteren Lösungen, welche den rauen Betriebsumgebungen standzuhalten vermögen. Die bestehenden IP20-Vorschriften können dafür nicht mehr als ausreichend betrachtet werden – stattdessen müssen IP67-konforme Produkte zum Einsatz gelangen.
Ein weiterer Branchentrend, der sich auf IIoT-Netzwerke besonders auswirkt, ist der Fortschritt bei der Miniaturisierung. Die Kosten für Knotenpunkte sinken, und sie werden immer kleiner. Außerdem steigt die Konnektivität pro Gerät. Um die Erwartungen an die erhöhte Konnektivität zu erfüllen und gleichzeitig die Produkte laufend zu verkleinern, ist eine neue Form von Industriesteckverbindern notwendig, um die Verbindungen zwischen den Geräten betriebssicher zu realisieren.
Schließlich sind die heutigen Automatisierungsnetzwerke aus verschiedenen Kommunikationsprotokollen aufgebaut, die von seriellen Verbindungen über Bus-Lösungen bis hin zur Ethernet-Kommunikation reichen. Zusammen mit der zunehmenden Komplexität, der Dezentralisierung und der Miniaturisierung wird die Vereinfachung der Kommunikationsprotokolle weiter dazu beitragen, die Gesamtproduktivität zu erhöhen und einen problemlosen Datenfluss vom Netzwerk zur Datenbank zu garantieren.
Durch den Aufbau eines vollständig Ethernet-basierten Netzwerks in Kombination mit dem IP-System erhält man ein IP-adressierbares Netzwerk. Was bedeutet, dass das gesamte Netzwerksystem leichter von überall zugänglich und einfacher vom Fachpersonal zu verwalten ist.
Die Ethernet-Netzwerkarchitektur
Um ein produktives und effektives Ethernet-basiertes IIoT-Netzwerk aufzubauen, gilt es, mehrere Ebenen und Stufen zu berücksichtigen. Die erste ist der Servo- und Motorantriebsteil des Netzwerks, der von verschiedenen OEMs erstellt wird. Der OEM-Hersteller wählt dabei aus, welche Konnektivitätstypen verwendet werden sollen. Diese Entscheidung wirkt sich dann auf das größere Ganze des Systems aus, in dem es schließlich verwendet wird – nämlich die zweite Ebene unserer Netzwerkarchitektur.
Zum Beispiel verwenden Robotik-Anwendungen bekanntermaßen Servo- und Motorantriebe, sodass die Maschine so konstruiert sein muss, dass sie sicher mit dem ursprünglichen Anschlusstyp des OEMs verbunden werden kann. Hierbei ist es wichtig, die richtigen Kabelverbinder und feldinstallierbare Steckverbinder auszuwählen.
Die letzte Ebene des Netzwerks wird von den Installateuren gehandhabt, wobei mehrere Geräte als Teil einer größeren Anlage miteinander verbunden werden. In diesen Situationen werden Kabelsätze und vor Ort installierbare Steckverbinder verwendet, um ein Netzwerk auf allen Ebenen zu schaffen.
RJ45: Ein klassischer Steckverbinder
Da es absehbar ist, dass die Industrie zu Ethernet-basierten Netzwerken tendiert, werden Ethernet-basierte Steckverbinder dafür erforderlich sein. Einer der bekanntesten Steckverbinder für diesen Anwendungsfall ist der RJ45, der für Büros oder sonstige stationäre Anwendungen typisch ist.
Ein großer Vorteil der Verwendung von RJ45-Steckverbindern auf einer Platine ist, dass dieser Steckertyp schon seit Langem in traditionellen Anwendungen eingesetzt wird. Außerdem lässt sich die Verbindungsaktivität aufgrund der durch die entsprechenden Normen vorgeschriebenen LED-Leuchten leicht überwachen.
Allerdings bieten RJ45-Stecker nur einen einzigen Kontaktpunkt. Dieser Kontakt wird bei der Installation mit normaler Handkraft hergestellt – was ihn anfällig dafür macht, sich unbeabsichtigt zu lösen, wenn man an das Kabel anstößt oder daran gezogen wird. Daher sind Betriebsumgebungen, wo es häufiger zu Stößen und Vibrationen kommt (oder, mit anderen Worten, industrielle Betriebsbedingungen), für eine Verbindung mit RJ45-Steckverbindern nicht besonders geeignet, da die Kontakt- und Verbindungssicherheit nicht gewährleistet werden kann.
Es gibt jedoch Möglichkeiten, die Standfestigkeit von RJ45-Steckverbindern zu erhöhen. Dazu gehören die Erweiterung des zulässigen Betriebstemperaturbereichs, die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und die Gewährleistung der Signalintegrität durch Elektromagnetismus. Die Haltbarkeit muss bei der praktischen Anwendung auch auf der Kabelseite verbessert werden, um den industriellen Betriebsumgebungen standzuhalten.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat TE Connectivity industrielle RJ45-Steckverbinder für die Installation in Produktionsstätten entwickelt, die aus Metall bestehen und eine einfache und zuverlässige Anschlussmöglichkeit bieten. Dies ermöglicht es den Installateuren in der letzten Phase der Verwirklichung einer IIoT-Netzwerkarchitektur, ohne zusätzliche Werkzeuge in etwa einer Minute eine sichere und verlässliche Verbindung herzustellen.
Der Aufstieg zu Mini-I/O und M8/M12
In Abkehr von den Standard-Ethernet-RJ45-Steckverbindern bietet die industrielle Mini-I/O-Steckverbinderfamilie von TE einen auf Platinen, Kabeln und Maschinen installierbaren Steckverbinder, der gleichzeitig klein und robust ist. Damit können Industriekunden zuverlässige Verbindungen auf kleinstem Raum herstellen, und die Forderung nach Miniaturisierung wird erfüllt. Wie sein RJ45-Pendant kann auch die feldinstallierbare Mini-I/O-Komponente in etwa einer Minute in jedes System integriert werden.
Darüber hinaus bietet der Mini-I/O zwei Kontaktpunkte pro Steckverbinder und ist nur etwa 25 Prozent so groß wie ein RJ45-Steckverbinder. Wir haben die Mini-I/O-Steckverbinder aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit selbst unter starken Vibrationen bereits in DIN-Schienen-Anwendungen eingesetzt.
In Bezug auf die Anforderungen der Industriekunden sowohl nach robusten Komponenten als auch nach erhöhter Datengeschwindigkeit bieten die M8/M12-Steckverbinder einen guten Lösungsweg an. Und mit der Push-Pull-Technologie dauert die Installation nur einen Bruchteil der üblichen Zeit und erfordert keine Werkzeuge. Der M12-X-Code Steckverbinder bietet hohe Datenübertragungen – bis zu 10 Gbit/s – womit er sich als Lösung für Machine Vision und Videoanwendungen präsentiert.
Die IIoT-Netzwerke von morgen
Wenn man bedenkt, wohin sich die Branche entwickelt und wie groß der Bedarf in allen Bereichen der Industrie an vollständig Ethernet-basierten Netzwerken ist, dann bietet Single Pair Ethernet (SPE) einen vielversprechenden und zukunftsweisenden Lösungsansatz an. SPE benötigt nur zwei Drähte (statt acht), um Daten und Strom zu übertragen.
SPE ermöglicht so oftmals erst das IIoT und sorgt für eine barrierefreie Kommunikation vom Sensor bis hin zur Cloud. Das System bietet außerdem eine erhöhte Bewegungsfreiheit für verschiedene Anwendungen und unterstützt darüber hinaus die zunehmende Miniaturisierung.
SPE ermöglicht eine netzwerkübergreifende Echtzeitkommunikation ohne Informationsverluste, was Ingenieuren dabei hilft, ein schlankes und effizientes Automatisierungsökosystem aufzubauen, das zudem kostengünstiger ist als die herkömmlichen, traditionellen Ethernet-Lösungen.
Diese Arten von intelligenten Lösungen werden bald auf den industriellen Markt kommen. SPE wird dazu beitragen, diesen Trend zu beschleunigen, da es die zugrunde liegende Kommunikation in einer expandierenden IIoT-Netzwerkinfrastruktur nahtlos ermöglicht.
