Leitungswächter Vorausschauende Wartung für die Datenleitung

Predictive Maintenance ist ein wichtiges Instrument, um unvorhergesehene Stillstände und somit eine Beeinträchtigung der Produktivität zu vermeiden. Lapp hat hierfür den Etherline Guard vorgestellt. Dabei handelt es sich um ein stationäres Überwachungsgerät, das die aktuelle Leistungsfähigkeit einer Datenleitung auswertet und in Prozent angibt.

Grundlage dafür sind Daten, die über eine Sensorik aus den physikalischen Eigenschaften der Datenübertragung ermittelt werden. Die Realzeit-Zustandsanzeige macht es möglich, die Verschleißgrenze einer Leitung zu erkennen und den optimalen Austauschzeitpunkt im Voraus zu planen.

Lapp empfiehlt den Etherline Guard vor allem für Datenleitungen gemäß Übertragungsstandard 100BASE-TX (bis zu 100 Mbit/s) nach IEEE 802.3, aber auch für EtherCAT-, EtherNET/IP- und 2-paarige Profinet-Anwendungen, wie zum Beispiel der Etherline Torsion Cat. 5 oder der Etherline PN Cat. 5 FD. Diese Leitungen werden in vielen Branchen in den letzten Metern beziehungsweise auf der Prozessebene einer Anwendung eingesetzt und sind somit häufig Teil von Schleppketten oder torsionsbehafteten Kabelführungen, wie sie in Roboterarmen vorkommen.

Zwei Varianten verfügbar

Der Etherline Guard ist besonders platzsparend und mit der Schutzart IP 20 für den Montageort Schaltschrank vorgesehen. Dabei ist er gerade mal ein bisschen größer als eine Streichholzschachtel. Das Gerät wird mit 24 V DC betrieben, ist für einen Temperaturbereich von -40 °C bis 75 °C vorgesehen und gemäß DIN EN 60529 vibrations- und schockfest.

Eine einfach zu bedienende Set-Taste ist für das Aufrufen verschiedenster Funktionen, wie beispielsweise dem Teach-in, oder dem Aktivieren des Accesspoints vorgesehen. Der Etherline Guard wird zwischen die kritische Anwendung beziehungsweise der zu überwachenden Leitung und der Steuerungsseite in einen Datenleitungsknoten gesteckt. Dafür verfügt das Gerät über einen Guard-/Data-Port für die zu überwachende Datenleitung mit RJ45-Stecker, die von der kritischen Anwendung zum Gerät führt, sowie einen Data-Port für die Datenleitung mit RJ45-Stecker, die vom Gerät zur Steuerung führt.

Über den Anschluss einer dritten Datenleitung an der LAN-Buchse (Variante PM03T) oder über die Verwendung des Antennenanschlusses für WiFi (Variante PM02TWA) können die Wartungsdaten an eine übergeordnete Steuerung übertragen werden. Beide Varianten können für die Cloud-Kommunikation mit MQTT konfiguriert werden.

Der externe SMA-Antennenanschluss gewährleistet eine sichere Funkstrecke, wenn sich das Gerät beispielsweise im Schaltschrank befindet. Die Antenne wird dann einfach außerhalb montiert. Der Etherline Guard ist außerdem mit einem fünfpoligen Klemmterminal für Einzeladerverdrahtung ausgestattet. Auf dem Terminal finden sich Anschlüsse für die Spannungsversorgung, für die Verbindung der Funktions-Erdung (FE) und für die digitalen Ausgänge Q1 (push/pull-Schaltausgang) und Q2 (PWM moduliertes Ausgangssignal), welche zur Ausgabe des Kabelstatus dienen.

Einfach Inbetriebnahme

Neben den üblichen LEDs an jedem RJ45-Port befinden sich drei zentral angeordnete mehrfarbige Diagnose-LEDs am Gerät: PWR für Betriebsbereitschaft, STATUS für den Zustand der zu überwachenden Datenleitung und COM für Connect (LAN-Version) oder WiFi (WiFi-Version).

Die Entwickler von Lapp haben dabei ganz bewusst nur einfach gehaltene Diagnose- und Einstellmöglichkeiten am Gerät vorgesehen. Möchte ein Nutzer auf darüberhinausgehende Einstellungen oder Funktionsparameter zugreifen, oder sich über die grafische Verlaufshistorie des Kabelstatus informieren, bietet das Webinterface von Etherline Guard einen einfachen und komfortablen Zugang. Für die Inbetriebnahme ist kein IT-Expertenwissen nötig. Sie erfolgt mit einer automatisierten und selbstlernenden Parametrisierung („Teach-In“) in wenigen Minuten.

Weiterer Vorteil: Für die Anwendung werden keine fabrikneuen Datenleitungen oder Änderungen am Kabeldesign benötigt. Das bedeutet, dass ein Retrofit in die bestehende Netzstruktur jederzeit möglich ist. Der Etherline Guard ist als eine kabelgebundene LAN-Variante „PM03T“ und als eine kabellose WiFi-Variante „PM02TWA“ erhältlich. Dank der zwei Varianten und einem breiten Spektrum an diversen Anschlussmöglichkeiten kann der Anwender entscheiden, wie die benötigten Statusinformationen an die übergeordnete Prozessebene übertragen werden sollen.

Stetige Kontrolle der Datenleitungsleistung

Unregelmäßigkeiten in den analysierten Daten können mit den patentierten Predictive Maintenance Algorithmen von Lapp leicht erkannt werden. Die beiden digitalen Ausgänge Q1 und Q2 ermöglichen die Ausgabe des Kabelstatus als Schaltsignal oder als PWM moduliertes analoges Signal, wobei die Alarmschwelle für den Schaltausgang Q1 vom Anwender vorgegeben werden kann. Sowohl die LAN- als auch die WiFi-Variante können den Kabelstatus via MQTT ausgeben.

Dazu gibt es in der LAN-Variante den LAN-RJ 45 Anschluss, in der WiFi-Variante funktioniert die Kommunikation drahtlos. So ist eine verlässliche IIoT-Kommunikation garantiert. Die Daten können ebenso per Nutzung des Accesspoints beispielsweise ganz einfach mit einem mobilen Endgerät ausgelesen werden. Die aktuelle Leistung der Datenleitung wird bei beiden Varianten in Prozent angegeben. Der Etherline Guard berechnet kontinuierlich den Kabelzustand und schlägt Alarm, wenn die Leistung bzw. die Übertragungseigenschaften einer Leitung nachlassen und ein Ausfall drohen könnte. Die Alarmauslöseschwelle ist werkseitig auf 80 Prozent eingestellt, kann aber individuell zwischen 99 Prozent und 21 Prozent angepasst werden.

Kunden wurden früh mit einbezogen

Einen ersten Prototypen des Etherline Guards hatte Lapp in seinem futureLab auf der Hannover Messe 2019 vorgestellt. Die frühe Vorstellung des Etherline Guards bei potenziellen Kunden – damals hieß das Gerät im Arbeitstitel noch Predictive Maintenance Box – hat Lapp bei der Entwicklung extrem geholfen. Dank des direkten Kundenfeedbacks konnte verhindert werden, dass die Innovation am Markt vorbei entwickelt wurde.

Bereits 2020 kam Etherline Guard bei drei Pilotkunden aus den Branchen Medizintechnik, Automotive und Intralogistik sowie im Dienstleistungs- und Logistikzentrum von Lapp in Ludwigsburg zum Einsatz. Im Zuge der Pilotprojekte konnte das Entwicklerteam von Lapp einige wichtige neue Erkenntnisse gewinnen. Zum Beispiel beim Alterungsprozess von Ethernet-Leitungen. Im Gegensatz zur allgemeinen Meinung, dass ein auftretender Drahtbruch im Kupferleiter das Ende der Lebensdauer einer dynamisch bewegten Datenleitung verursacht, kam heraus, dass in den meisten Fällen die Abnutzung und Veränderung in der Isolationsschicht schuld an der Verschlechterung der Übertragungseigenschaften von Datenleitungen sind.

Aber auch in Bezug auf das Kundenverhalten konnte Lapp wichtige Erkenntnisse gewinnen, denn viele Maschinenbauer bevorzugen eher eine verdrahtete Lösung statt einer funkgebundenen. Gleichzeitig war den Kunden die einfache Bedienung bei parallel komplexer Funktionalität besonders wichtig.

Gestresste Leitungen im Blick

Zusammenfassend ist der Etherline Guard besonders für Datenleitungen geeignet, die ständig „Stress" ausgesetzt sind: Das sind Bewegungen mit hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, wechselnde Bewegungsabläufe, Rotationen mit axial sehr hohen Verdrehungswinkeln, schnelle Taktzeiten und kleine Biegeradien.

Das Gerät wird auch in kritischen Prozessen eingesetzt, bei denen im Falle eines Stillstandes hohe bis extrem hohe Ausfallkosten oder sogar Personenschäden entstehen würden. Mit Etherline Guard ermöglicht Lapp den Kunden einen weiteren Schritt auf dem Weg zur Smart Factory.