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Profibus-/Profinet-Leitungen für die industrielle Automatik

2020-07-28

Profibus-/Profinet-Leitungen für die industrielle Automatik

 Profibus-/Profinet-Leitungen

Mit der zunehmenden Automatisierung der Industrie werden die Kommunikationsnetzwerke zu einem unabdingbaren Funktionselemente einer immer größer werdenden Anzahl an Unternehmen. Die Rolle des Menschen wird immer häufiger auf die Überwachung, Kontrolle und Wartung der automatisch funktionierenden Geräte. Die Aufgaben, die den industriellen Netzwerken zur Datenübertragung gestellt werden, sind deutlich anspruchsvoller als z.B. im Falle der Standard-Netzwerke. Industrienetzwerke arbeiten sowohl mit kleinen, als auch mit großen Datenmengen und ihre Hauptaufgabe ist die Sicherstellung der Kommunikation auf viele Ebenen in einer relativ kurzen Zeit. Diese Netzwerke bestehen oft aus sehr vielen Netzwerkgeräten, die wir oft gar nicht sehen, doch sind sie ein integraler Bestandteil der Infrastruktur.

Wie sollen die Leitungen für Industrienetzwerke ausgewählt werden?

In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Leistungen und ihre Eigenschaften, doch bevor wir zur Beschreibung der Leitungen übergehen, soll man das Thema der Kommunikationsnetze etwas näher erklären – sie werden in den Industriebetrieben allgemein eingesetzt. Jeder, der mit ihnen etwas zu tun hatte, kennt wohl die Namen Profinet oder Profibus, besprechen wir also kurz die Charakteristik dieser Netzwerke und ihre Funktionsweise.

Profinet-Leitungen für Industrienetzwerke

Profinet ist eine allgemein verwendete Abkürzung von od Process Field Net und ist nichts anderes als ein Kommunikationsnetzwerk auf Basis vom Industrial Ethernet Standard, also einem Standard vom industriellen Ethernet. Profinet ermöglicht die Bedienung von 256 Geräten, indem es folgende Kommunikationswege nutzt: IRT (Isochronous real-time), isochronische Kommunikation in der Echtzeit, RT (real-time) Kommunikation in der Echtzeit und TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), Protokoll für Übertragungskontrolle. Über die Auswahl des Kommunikationskanals entscheidet oft die künftige Verwendung des Netzwerks. Das einfachste Modell eines Profinet-Netzwerks besteht aus mindestens einem IO-Controller, der als Treiber dient und für die Datenverarbeitung verantwortlich ist, einer IO-Device-Station und einem IO-Device – einem Gerät, das die Daten an den IO-Controller weitergibt.

Profinet-Leitungen anschauen

Profibus-Leitungen für Industrienetzwerke

Profibus ist eine Abkürzung von Process Field Bus und ist ein Netzwerkstandard für die Echtzeit, der die Bedienung von 127 Geräten ermöglicht. Die Kommunikation basiert auf einem Master-Slave-Verhältnis, wo Master ein übergeordnetes Gerät ist und über das Ein- oder Ausschalten des untergeordneten Gerätes – des „Slaves“ – entscheidet. Obwohl das Funktionsprinzip scheinen kann, einfach zu sein, erfordert sie eine präzise Planung des Betriebs der Geräte in entsprechenden Zeitintervallen. Die Hauptaufgabe des Netzwerks ist eine effiziente Übertragung einer großen Menge an kurzen Nachrichten, indem die notwendige Versandzeit minimiert wird. Allgemein kann man den Profibus-Standard in Profibus PA (Process Automation), Profibus DP (Decentralized Peripheral) und Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) unterteilen. Das Profibus-Netzwerk nutzt einen Lichtwellenleiter oder eine RS485-Schnittstelle als das Signalübertragungselement.

Profibus-Leitungen anschauen

Anpassung der Leitungen an die Industrie-Netzwerke

Die Voraussetzung für ein richtig funktionierendes Industrienetzwerk ist nicht nur die Auswahl der entsprechenden Verkabelung, sondern auch ihre korrekte Verteilung. Man soll u.a. die Minimierung des Einflusses der elektromagnetischen Störungen beachten, und zwar durch die Einhaltung eines entsprechenden, sicheren Abstands zwischen den Starkstromkabeln, den Versorgungskabeln und den Leitungen von Profinet und Profibus, sowie ihre entsprechende Absicherung. Unter allen Umständen soll man auch das Risiko der Unterbrechung oder mechanischen Beschädigung der Leitungen eliminieren, z.B. durch die Verwendung von Kabelführungen und Schutzumwicklungen. Die Auswahl einer entsprechenden Absicherung für die Kabel und Leitungen ist oft durch die Umgebung vorgegeben, in der sie betrieben werden sollen. Man soll also die Absicherungsmaßnahmen an die herrschenden Bedingungen anpassen. An den Stellen, an denen die Wahrscheinlichkeit der Beschädigung am höchsten ist, ist es sinnvoll, Metallrinnen oder –führungen anzuwenden. Man soll die für gegebene Segmente vorgesehene Kabellänge und die Anzah der ans Netz angeschlossen Geräte nicht überschreiten. Anderes wichtiges Thema ist die Einhaltung eines minimalen Biegeradius und das Vermeiden von Verflechtungen und Kreuzungen der Leitungen, wenn es möglich ist.

Die Schlüsselparameter bei der Auswahl der Leitungen sind:

  • Betriebstemperatur - die technischen Spezifikationen der Leitungen enthalten oft die minimale und maximale Arbeitstemperatur, unter Berücksichtigung der Platzierung der Leitung sowie eines beweglichen oder unbeweglichen Arbeitsmodus. Es ist sinnvoll, sich die Temperaturen vorab anzuschauen und noch vor der Auswahl die Messungen am Arbeitsort durchzuführen. Die meisten Leitungen, die bei TME verfügbar sind, arbeiten im Temperaturbereich von -20 bis 70 °C.
  • Biegeradius - es soll beachtet werden, dass der maximale Biegeradius nicht überschritten werden soll. Dies kann zu einer Beschädigung des Leiters führen, was mit einem Dauerhaften Abbruch der Datenübertragung resultieren kann.
  • Isolierungswerkstoff - es handelt sich um einen der Schlüsselparameter, die über die Eigenschaften und Beständigkeit der Leitungen entscheiden. Ein richtig ausgewähltes Isolierungsmaterial wird die Leitung vor allen mechanischen Beschädigungen, Chemikalien und bei einer Outdoor-Anwendung vor der Witterung schützen. Dazu lässt er keine Verbreitung der Flamme zu. Man soll definitiv die halogenfreien Materialien in Betracht ziehen die in ihrer Struktur keine Elemente wie Chlor, Brom, Jod oder Fluor enthalten – sondern Materialien, die während des Brands keine giftigen, für den Menschen gefährlichen Gase freisetzen. Die beliebtesten Materialien für die Außenisolierung sind PUR (Polyuretan), PVC (Polyvinylchlorid), FRNC (Flame Ratardant non Corrosive), LSZH (Low Smoke Zero Halogen), also ein Material, das keine schädlichen Gase emittiert.
  • Aufbau des Schirms - es ist ein direkter Schutz des Signals vor externen Störungen, die aus der Nähe der betriebenen Geräte resultiert sowie aus der Nähe anderer Kabel, die oft Versorgungskabel sind und die Qualität des übertragenen Signals beeinflussen können. Abgeschirmt können sowohl die Leitungen selbst, als auch die in Paaren verdrehten Ader sein. Zu den allgemein verfügbaren Abschirmungsarten gehören u.a. die Umwicklung aus Kupferdraht, zusätzlich verzinnt oder versilbert, sowie die Alu-Folie, die oft mit einer Schicht Kunststoff verstärkt ist. Um die Effizienz des Schutzes vor elektromagnetischen Störungen zu erhöhen, werden oft mehrere Abschirmungen gleichzeitig verwendet.
  • Kategorie der Netzkabel, die die Bandbreite und Geschwindigkeit der Datenübertragung beeinflusst. Jede Kategorie hat einen bestimmten Bereich der angegebenen Eigenschaften. Zum Beispiel: die Kupferkabel der Cat 7 übertragen die Daten im Bereich von 1 bis 600 MHz, mit den Geschwindigkeiten bis 10 Gb/s, dafür übertragen die gewöhnlich verwendeten Leitungen der Cat 5e Daten im Bereich von 1 bis 100 MHz mit der Geschwindigkeit von 1 Gb/s.
  • Zu anderen, genauso wichtigen Parametern, zählen die Anzahl und der Querschnitt der Ader sowie das Außendurchmesser der Leitung, die in engen, schwer zugänglichen Räumen eine wichtige Rolle spielen und von der Anzahl und dem Querschnitt der Ader, der verwendeten Abschirmung sowie des Materials der Außenisolierung anhängig sind.

Im Angebot von TME kann man viele Leitungen finden, die für die industriellen Kommunikationsnetze bestimmt sind. Es sind Produkte der auf dem Markt bekannten und anerkannten Marken wie: LappKabel, Helukabel, Harting, Igus oder Belden. Die Leitungen sind parametrisiert und enthalten alle notwendigen Informationen, um sie identifizieren und miteinander vergleichen zu können.

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