Netzwerkinstallation und Kabel

Ethernet

Industrial Ethernet ist eine Weiterentwicklung des klassischen Ethernets. Das klassische Ethernet bezeichnet eine Technologie, um Software- und Hardwarekomponenten miteinander zu verbinden. Zu den Softwarekomponenten gehören zum Beispiel Protokolle und Datenbanken, zu den Hardwarekomponenten gehören unter anderem Kabel und Verteiler.

Ethernet war im ursprünglichen Sinne für lokale, kabelgebundene Datennetze gedacht und wird deshalb auch als LAN-Technik bezeichnet. Ethernet ermöglicht also den Austausch von Datenpaketen zwischen allen an ein lokales Netz angeschlossenen Geräten wie zum Beispiel Drucker, Computer und Faxgeräten. Dieses LAN-Netzwerk erstreckt sich dabei eigentlich nie über mehr als ein Gebäude.

Industrial Ethernet

Industrial Ethernet benutz genau diesen Ethernet-Standard, um alle an einem Produktionsprozess beteiligten Geräte, Maschinen und Anlagen miteinander zu verbinden, zu synchronisieren und auch extern steuern zu können. Üblicherweise wird bei der Einrichtung des Industrial Ethernets einfach das LAN-Netzwerk, das die Mitarbeiter-Computer miteinander verbindet auf diejenigen Geräte erweitert, die an der industriellen Fertigung beteiligt sind.

Durch die hohen Echtzeitanforderungen im Produktionsprozess – d.h. die Notwendigkeit, Daten möglichst ohne Zeitverlust weiterleiten zu können – bedingt, müssen für den Einsatz von Industrial Ethernet erweiterte Protokolle definiert werden. Diese bauen dabei auf den Basisprotokollen des Ethernets auf. Basisprotokolle des Ethernets sind zum Beispiel AppleTalk, DECnet, IPX/SPX oder TCP/IP. Für die Implementierung von Echtzeitprotokollen wird aber zumeist der TCP/IP- Standard verwendet. Diese Protokolle werden zudem durch spezielle Hardware und angepasste Topologien unterstützt. Systeme, die den Anforderungen des industriellen Ethernets entsprechen sind zum Beispiel PROFINET oder auch  SERCOS III.

Regeln für den Einsatz von industriellem Ethernet

Bei all diesen Systemen müssen bestimmte Normen beachtet werden, um den praktischen, anwendungsorientierten Einsatz von Ethernet zu ermöglichen und einen möglichst reibungslosen Ablauf zu garantieren. Für den Einsatz von Industrial Ethernet bei Profinet sind vor allem drei Richtlinien zu beachten:

  1. IEC 61918
  2. IEC 61784-5-3
  3. No.2.252

IEC 61918 spezifiziert die Basisanforderungen für die Installation von Kommunikationsnetzwerken. Dabei wird auf die Art der Verkabelung, die verschiedenen möglichen Kabelvarianten, die spezifischen Verbindungen und die Infrastruktur der Verbindungen bei kabellosen Systemen eingegangen.

IEC 61784-5-3 legt die spezifischen Profile von Kommunikationssystemen in industriellen Systemen fest, speziell von Profibus/Profinet. Dabei arbeitet es meist mit Ergänzungen von anderen Richtlinien

No.2.252 – ist eine spezielle Richtlinie für Profinet-Systeme, die die Verkabelung und die Vernetzung von Profinet-Komponenten beschreibt.

Installationsarten

Im Allgemeinen wird zwischen zwei Installationsarten unterschieden: der Installation innerhalb eines Schaltschranks und der Installation außerhalb eines Schaltschranks. Ein Schaltschrank beherbergt dabei alle elektronischen und elektrischen Komponenten der Anlage, die nicht in einem Teil der Maschine integriert sind. Für die Installation innerhalb eines Schrankes gelten andere Richtlinien, als für die Installation außerhalb eines Schrankes: Innerhalb eines Schrankes darf das Klima 0 bis + 60 Grad betragen, außerhalb eines Schrankes sogar – 20 bis + 70 Grad. Innerhalb eines Schrankes gilt die Schutzklasse IP20, ein Eindringen von 12,5 mm und, dass keine Flüssigkeiten mit dem Innenraum in Berührung kommen dürfen. Außerhalb des Schrankes gelten hingegen die Schutzklassen IP65 und IP67 sowie ein Eindringen von 50 Mikrometer. Außerdem sind Schränke oft tauchfest (zum Beispiel 1m für 30 Minuten) und halten einen Wasserstrahl von 12,5 Liter pro Minute aus einer Entfernung von 2,5 Metern oder weiter aus.

Besondere Anforderungen an die Netzwerkinstallation

Aufgrund dessen, dass die Ethernet-Standards nur für Büroumgebungen eingerichtet worden waren, und das Industrial Ethernet sich aber an industrielle Umgebungen anpassen muss, werden an dieses ganz andre Anforderungen gestellt: in industriellen Umgebungen können Störfaktoren auftreten, denen die Komponenten des klassischen Ethernets nicht gewachsen sind.

Schmutz, Vibrationen, Feuchtigkeit oder schädliche Substanzen können – insbesondere natürlich an den Verbindungsstellen- die einzelnen Komponenten des Systems beeinträchtigen und die Übertragung erheblich negativ beeinflussen. Das kann zu schwerwiegenden Fehlern im Produktionsprozess oder sogar zum Ausfall desselben führen. Beide Fälle stellen für das Unternehmen eine finanzielle und aufwandstechnische Katastrophe dar und müssen demnach verhindert werden. Dies geschieht zum Beispiel durch die Wahl bestimmter Kabel, die industrietauglich sind.

Kabel bei Profinet

Da die Kabel, die in der industriellen Fertigung genutzt werden, oft erheblichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, erfordern sie auch einen ganz speziellen Aufbau. Die spezifischen Richtlinien definieren hier verschiedenste Kabeltypen, die jeweils an spezielle industrielle Bedingungen optimal angepasst sind in ihrer Funktion.

Eine industrietaugliche Installation ohne nachteilige Beeinflussung der Übertragungsdauer wird garantiert durch ausreichende Systemreserven. Meist liegen in der Anwendung in den Produktionsanlagen ähnliche Anforderungen an die Verkabelung vor, wie für Profibus-Systeme.

Vor allem Hybridkabel werden hier bevorzugt. Hybridkabel haben den Vorteil, dass sie nicht nur spezielle Leiter für Datenpakete, also elektronische Signale, besitzen sondern zudem auch Leiter für die Energieübertragung. Sie werden also vorwiegend da genutzt, wo Teilnehmer nicht nur mit Daten sondern auch mit Paketen von bis zu 24 Volt versorgt werden müssen. Oft werden einfache symmetrische Kupferkabel für die Verkabelung verwendet. Mittlerweile geht aber der Trend eher in Richtung Lichtwellenleiter, da diese erstens eine größere Netzwerkausdehnung erlauben und zweitens als gänzlich unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Beeinflussung gelten.