industrial Ethernet

Die sich heute am schnellsten entwickelnden industriellen Automationstechnologien basieren auf der physikalischen Ebene des Ethernet, die Kosten reduziert und die Verbindung vereinfacht. Die Einzigartigkeit der Werkshalle bringt für die Ethernet-Umgebung jedoch neue Herausforderungen.

Mit den richtigen Kenntnissen und Tools können Installateure, Techniker und Elektriker die Vorteile dieser Technologie nutzen.

Alle Industrial Ethernet-Anwendungen sind auf verdrilltes Kupferkabel oder Glasfaserkabel ausgelegt, ähnlich dem im „normalen“ Ethernet verwendeten, mit einigen Änderungen für die Werksumgebung. International Standards Organization (ISO) und Telecommunications Industry Association (TIA) haben einen Reihe von Spezifikationen entwickelt, die potentielle Umgebungsbedingungen innerhalb industrieller Standorte definieren.

Diese Spezifikationen sind MICE-Spezifikationen (Mechanical, Ingress, Climatic, Electromagnetic) bekannt. Die MICE-Stufen beschreiben verschiedene Grade bei den Umgebungsbedingungen. So ist z. B. MICE 1 eine typische Büroumgebung, MICE 2 beschreibt eine etwas rauere Umgebung und MICE 3 definiert die Schwerindustrie.

Zur Erfüllung dieser Anforderungen haben Anbieter spezielle Kabel und Verbinder entwickelt. Das bezieht Kabel ein, die funktionsfähig bleiben, auch wenn sie gequetscht, erhitzt, eingetaucht oder ätzenden Chemikalien ausgesetzt werden. In den meisten Fällen betrifft dies die Anforderungen für den äußeren Kabelmantel, während die elektrischen Eigenschaften gleich bleiben, sei es für MICE 1 oder MICE 3.

Jedoch findet sich ein bemerkenswerter Unterschied in den elektromagnetischen Anforderungen, wo spezifische Anforderungen für TCL (Transverse Conversion Loss/Übertragungskonvertierungsverlust) für E1, E2 und E3 vorgegeben werden. Diese Spezifikation misst die Fähigkeit des Kabels, Störungen von elektrischen Signalen zu widerstehen, die von außen einwirken, wie z. B. Signale, die von Schweißgeräten, regelbaren Antrieben und Hochspannung erzeugt werden.

Steckverbinder erhalten besondere Aufmerksamkeit, da sie ein „Eindringungspunkt“ sein können.

Ein Ansatz ist, den 8-poligen modularen Standard-Stecker (RJ-45) in einem versiegelten, anschraubbaren Gehäuse unterzubringen. Dieser Stecker hat den Vorteil, dass er mit den meisten „regulären“ Ethernet-Geräten und Kabeln kompatibel ist.

Der „M12“-Stecker wurde für strengere Schock- und Vibrations-Anwendungen entwickelt und enthält einen kleinen, runden Steckverbinder mit Feststellschraube, der zwei Paare (M12-D) oder vier Paare (M12-X) aufnehmen kann. Eine allgemeine Konfiguration für industrielle Kabel enthält einen modularen 8-poligen Stecker an einem Ende des Kabels, der mit einem M12-Stecker am anderen Ende verbunden ist.

gängige Steckverbindungen

Industrial Ethernet Steckverbinder


Was sind die häufigesten Probleme, die auftreten können?

  • Verbindung: Die grundlegendste Anforderung für die Verkabelung ist, dass die Pins an einem Ende mit den korrekten Pins am anderen Ende verbunden werden. Jeder Fehler oder jede Unterbrechung in der Verdrahtung führt zu einem direkten Ausfall der Kommunikation. Ein weniger verstandenes Verdrahtungsproblem wird „Vertauschte Verdrillung“ (Split Pair) genannt, wo die Pins mit den entsprechenden Pins am anderen Ende verbunden werden, aber die Kabelpaarung falsch ist. Das kann zu zeitweiligen oder dauerhaften Ausfällen führen.
  • Länge: Im Allgemeinen sind Ethernet-Kabel auf eine Länge von 100 m beschränkt. Zu lange Kabel können auf zweierlei
    Art Probleme verursachen. Erstens werden Signale auf dem Weg durch das Kabel schwächer. Wenn dies zu lang ist,
    könnte das Signal zu schwach werden und nicht mehr korrekt am entfernten Ende empfangen werden. Zweitens erwartet
    Ethernet Antworten innerhalb eines bestimmten Zeitraumes. Die Verzögerung, die ein zu langes Kabel verursacht, kann
    diese Zeitmessung stören. Beide Fehler können zu direkten Ausfällen oder zeitweilig auftretenden Problemen führen.
    Da die Dämpfung in einem Kabel mit steigender Temperatur höher wird, kann zum Beispiel ein zu langes Kabel bei
    niedrigen Temperaturen zufriedenstellend übertragen, jedoch bei höheren Temperaturen ausfallen.
  • Nebensprechen: Nebensprechen ist ein Maß der elektromagnetischen Störung zwischen Paaren innerhalb eines Kabels. Zum Beispiel könnte ein auf dem „Senden“- Paar übertragenes Signal ein Störsignal auf dem Empfangspaar generieren. Der Sender könnte diese Störung als eingehendes Signal interpretieren und das Senden unterbrechen. Auch dies kann zu direkten oder zeitweiligen Ausfällen führen. Bei zunehmenden Signalfrequenzen nimmt auch das Nebensprechen zu, was dies zum Hauptfaktor der maximalen Leistung eines Netzwerkkabels macht.
  • Schirmungsintegrität: Viele Industrial Ethernet-Kabel enthalten eine Abschirmung - gewöhnlich eine Metallfolie, die jedes Paar in dem äußeren Kabelmantel umhüllt. Der Zweck dieser Abschirmung ist, die Auswirkungen von EMI zu verringern, die von Hochspannungs- oder Hochstromgeräten in der Nähe des Kabels stammen können. EMI kann zu Übertragungsfehlern auf dem Kabel führen, was zu Verlangsamung oder sogar Totalausfällen führen kann. Dies kann ein sehr schwer aufzuspürendes Problem sein, da es nur auftreten kann, wenn die Störung stark genug ist, dass es die Signalsymmetrie überwindet, wie z. B. wenn ein Motor in der Nähe gestartet oder ein Schweißgerät verwendet wird. Wenn die Schirmung effektiv arbeiten soll, muss das Kabel unbedingt entlang der gesamten Länge geschirmt sein, denn selbst eine einzige Unterbrechung in der Kontinuität der Schirmung kann die Kabelleistung beeinträchtigen. Daher müssen Überprüfungen der
    Schirmung sicherstellen können, dass die gesamte Länge des Kabels geschirmt ist. Die Messung dieser Bedingung ist
    besonders schwierig, da die Schirmung gewöhnlich geerdet ist. Einfache DC-Messungen können daher nicht bestimmen,
    ob der Schirm durchgängig ist, wenn er an beiden Enden geerdet ist.
  • TCL (Transverse Conversion Loss): Dies ist ein Maß der „Symmetrie“ des Kabels, d. h. seiner Fähigkeit, gleiche Signale auf beiden Drähten eines Paares zu übertragen. Verdrillte Kabel erzielen ein hohes Maß an Rauschimmunität, indem sie sich auf den Unterschied zwischen gleichen, aber entgegengesetzten Signalen innerhalb eines Paares verlassen. Wenn die Verkabelung dazu führt, dass die Signale ungleich sind, kann externes Rauschen die Signale stören und sie so weit verzerren,
    dass sie für das Empfangsgerät unkenntlich werden. Wie oben angemerkt, können EMI-Probleme schwer isolierbar und lösbar sein. Zum Angehen dieses Problems haben Normengremien TCL-Anforderungen für Kabel für MICE E1-,E2- und E3-Umgebungen entwickelt.

Kabelmessgeräte für Industrial- Ethernet

Tools für die Fehlersuche: Diese Tools überprüfen,
ob die Kabel ordnungsgemäß angeschlossen wurden
(einschließlich Prüfung auf vertauschte Verdrillung), und
können die Länge des Kabels messen, sowie die Stellen von
Kabelbrüchen kenntlich machen.

Kupferkabel-Fehlersuche und -konnektivität

MicroScanner™ PoE Cable Verifier
• Grafische Anzeige von Länge, Verdrahtungsplan, Unterbrechungen/ Kurzschlüssen und Entfernung zur Fehlerstelle
• Feststellung der Klasse (0-8) von PoE, PoE+ und PoE++ (802.3 at, af und bt) Switches
• Erkennt ob ein Switch an das Kabel angeschlossen ist, sowie ob er aktiv ist und die Geschwindigkeit
• Prüfen von RJ45*-Verbindungen

CableIQ™ Qualification Tester
• Ethernet Switch-Erkennung und Link-Konfiguration
• Messung und Dokumentierung der Leistung der Kabel
(10/100/1000 Mbit/s)
• Anzeige von Kabellänge-Verdrahtungsplan, Unterbrechungen/ Kurzschlüssen und Entfernung zur Fehlerstelle
• Prüfen von RJ45*-Verbindungen

*Verwendung von hybriden RJ45 an M12-Kabeln für Tests an M12-D- und M12-X-Verbindern mit MS=POE und CIQ

Abnahme- (Zertifizierungs-) Messgeräte: Mit diesen
Messgeräten lassen sich all die oben genannten
Kabelparameter messen. Das Messgerät generiert ein PASS- /
FAIL-Ergebnis und kann einen Bericht für die Dokumentation
erstellen. Messen mit einem Zertifizierungs-Messgerät vor
der Inbetriebnahme ist die einzige Methode um sicherzustellen, dass die Kabel alle geforderten, oben genannten Spezifikationen erfüllen.

Diese Tools können auch für die Fehlersuche verwendet werden. Sie können nicht nur unterbrochene Kabel orten, sondern auch schwierigere Probleme wie Wasser im Kabel oder einen Steckverbinder, der die Spezifikationen nicht erfüllt.

Validierung und Fehlersuche

DSX CableAnalyzer™ Industrial Ethernet Kit
• Starten Sie schneller: Stellen Sie die Leistung der Verkabelung beim Maschinenhersteller sicher -  bei der Inbetriebnahme und nach Durchführung von Änderungen
• Ausfallzeiten verhindern: Kabel mit marginaler Leistung finden, die empfindlich gegenüber Vibration, Feuchtigkeit, Rauschen und Temperatur sind
• Fehlerbehebung beschleunigen: Zeitverschwendung durch Installierung von Bypass-Kabeln verhindern. Identifikation der genauen Art und Stelle des Kabeldefekts – oder Nachweis, dass das Kabel in Ordnung ist
• Pass/Fail-Anzeige in 10 Sekunden
• Unterstützt Kabel für EtherNet/IP™, PROFINET, ModBus TCP™ und andere Protokolle
• Unterstützt RJ45- und M12-Steckverbinder
• Dokumentation der Messergebnisse für die Inbetriebnahme
Der DSX2-5-IE-K1 bietet vollständiges Messen der Kupferkabel von Einzelpaar bis Cat 6A und enthält Adapter für RJ-45, M12-D und M12-X. Zugelassen von über 30 Kabelherstellern.

Industrial Ethernet DSX IE KIT
Industrial Ethernet DSX IE KIT