Elektrische und optische Kabel

Ethernet Kabel und ihre Funktion

Das Ethernet-Kabel wurde schon 1973 in Standford, Kalifornien erfunden. Als Erfinder gilt Robert Metcalfe. Mithilfe eines Ethernet-Kabels werden im Allgemeinen Datenpakete zwischen den Teilnehmern eines lokalen Netzes ausgetauscht. Teilnehmer eines solchen Netzwerks sind zum Beispiel Computer, Drucker, Faxgeräte und Scanner. Ethernet-Kabel unterscheiden sich bezüglich ihrer Übertragungsarten: so gibt es zum Beispiel Ethernet-Kabel mit Übertragungsraten von nur 10 MB/s aber auch solche mit Übertragungsraten von sogar 10 GB/s. Der 100 MB/s-Standard wurde 1995 eingeführt und gilt als eigentliche Grundlage für das heutige Ethernet. Derzeit geht der Trend stark zu Ethernet-Kabeln, die aus Glasfaser bestehen, insbesondere zum Beispiel in Bürokomplexen und in Universitätsgebäuden. In den letzten Jahren hat sich die Technik rasanten Fortschritten unterzogen: spezielle Teile des Systems wurden verbessert, andere wurden entfernt oder ersetzt. Somit ist eine immer schnellere und zunehmend sichere Übertragung von Datenpaketen möglich. Auch der Umfang der Datenpakete, die übertragen werden können, wächst ständig.

Spezifische Anforderungen an Industrial-Ethernet-Kabel

Ethernet-Kabel werden im Allgemeinen nur in einem Gebäude verwendet und zudem meistens in Büroräumen oder anderen relativ geschützten Räumen. Die Verkabelung beim Industrial Ethernet ist allerdings ganz anderen Anforderungen ausgesetzt: Industrial Ethernet bezeichnet die Anwendung des Ethernet-Standards auf alle Teilnehmer einen industriellen Fertigungsprozesses. Dabei treten in allen Fertigungsprozessen meist mindestens einer, häufig sogar mehrere der folgenden Störfaktoren auf:

  1. Schmutz
  2. Vibrationen
  3. Mechanische Belastung
  4. Schadstoffe
  5. Feuchtigkeit

Diese industriellen Störfaktoren erfordern einen speziellen Aufbau der Kabel bei Profinet. Für fast jede spezifische industriell gegebene Randbedingung werden jeweils unterschiedliche Kabeltypen definiert. Welche Anforderungen diese Kabel erfüllen und welchen Richtlinien sie entsprechen müssen legen dabei speziell für Profinet definierte Normen fest, wie zum Beispiel IEC 61918, IEC 61784-5-3 und No.2.252. Eine Industrie taugliche Installation – ohne jegliche Einschränkung der Übertragungsdauer – wird dabei gewährleistet durch ausreichende Systemreserven. In der Anwendung selbst liegen für die spezifische Verkabelung ähnliche Anforderungen wie für Profibus vor. Dabei werden vorwiegen hybride Verkabelungssysteme angewandt. Das wird bedingt dadurch, dass einige Teilnehmer neben Datenpaketen auch mit Energieschüben von bis zu 24 Volt versorgt werden müssen und Hybridkabel neben den üblichen Signalleitern auch noch Leiter für die Energieübertragung besitzen. Des Weiteren wird zwischen normalen elektrischen Kabeln, meist Kupferkabeln, und optischen Kabeln, bestehend aus Glasfaser, unterschieden. Optische Kabel bieten dabei eine Reihe von Vorteilen gegenüber den elektrischen Kabeln und werden daher zunehmend mehr in allen möglichen Bereichen verwendet.

Elektrische Kabel

Elektrische Kabel bei Profinet sind in den allermeisten Fällen symmetrische Kupferkabel. Diese ermöglichen eine Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 100 MB /s, was einem Fast-Ethernet-Standard entspricht. Das Übertragungsmedium sind hierbei zwei Paare aus Kupferkabeln, die jeweils paarweise verdrillt und gegeneinander abgeschirmt sind. Außerdem erfolgt eine standardisierte Abschirmung der Kabelpaar nach außen hin. Diese Kupferkabel werden dann auch „Twisted Pair“ genannt. In den Richtlinien ist festgelegt, dass ausschließlich geschirmte Kabel und Verbindungselemente zulässig sind. Jede einzelne Komponente muss dabei mindestens die Anforderungen erfüllen, die die Kategorie 5 des IEC 11801 definiert und die gesamte Übertragungsstrecke muss dem Standard entsprechen, der durch Klasse D des IEC 11801 spezifiziert ist. Komplexere Verkabelungsstrukturen sind durch den Einsatz von minimaler Dämpfung durch den Leiterquerschnitt AWG 22 möglich.

Es wird unterschieden zwischen drei Installationstypen:

  1. Kabeltyp A: ermöglicht keine Bewegung nach der Installation. Die Kabel sind also stationär festgelegt.
  2. Kabeltyp B: ermöglicht gelegentliche Bewegungen und hält Vibrationen aus. Die Verkabelung ist also relativ flexibel.
  3. Kabeltyp C: erlaubt auch dauerhafte Bewegung oder Torsion. Diese Verkabelung ist also hochflexibel.

Für alle diese Kabeltypen werden unterschiedliche Querschnittsbezeichnungen geführt: AWG 22/1, AWG 22/7 und AWG 22/19. Die Abkürzung AWG steht für American Wiring Gauge, was so viel bedeutet wie Kabelbreite. Diese Kabel sind meistens grün und werden durch Aluminium und Kupferummantelungen abgeschirmt. Der Außendurchmesser beträgt meist 5,5 mm, in manchen Fällen aber auch bis zu 8mm. Insgesamt haben sie eine maximale Länge von 100 Metern und einen Leiterdurchmesser von 1,4 mm mit einer Standardabweichung von +/- 0,2 mm. Die unterschiedlichen AWG Typen haben dabei auch immer verschiedene Widerstände. Profinet spricht für verschiedenen Anforderungen an Kabel unterschiedliche Empfehlungen aus: als Patch-Kabel der Kategorie 5 wird zum Beispiel ein AWG 24- Standard empfohlen, als Installationskabel der Kategoeire 5 ein AWG-23-Standard und für Profinet und Industrial Ethernet ein AWG -22- Standard

Optische Kabel- was ist das?

Optische Kabel unterscheiden sich von elektrischen Kabeln dadurch, dass sie Signale nicht über elektrische Signale sondern durch Lichtimpulse übertragen. Der Leiter besteht hier also auch nicht aus Kupfer sondern üblicherweise aus Glasfaser. Deshalb werden sie auch Glasfaserkabel genannt. Eingesetzt werden sie vor allem da, wo starke elektromagnetische Signale die Datenübertragung von Kupferkabeln stören können. Glasfaserkabel sind nämlich unempfindlich gegenüber allen elektromagnetischen Einflüssen. Immer mehr setzt sich auch die Bezeichnung Lichtwellenleiter durch.

Optische Kabel bei Profinet

Bei Profinet werden zwei Standards von Kunststoff Lichtwellenleitern verwendet:

  1. POF – Plastic Optical Fibre
  2. PCF – Polymer Clad Fibre

Bei den Glas Lichtwellenleitern wird unterscheiden zwischen Singlemode- und Multimode- Lichtwellenleitern. Bei beiden erfolgt die Übertragung über zweifaserige Lichtwellenleiter mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von maximal 100 MB/s. der Kerndurchmesser ist bei POF jeweils größer, die Wellenlänge beträgt aber sowohl bei POF als auch bei PCF 650 nm und sowohl bei Multimode-Leitern als auch bei Polymode-Leitern 1300 nm. Auch hier unterscheidet man zwei Ausführungen: Kabeltyp B und Kabeltyp C.