Vernetzung der Feldebene via HCS-Fasern

Um Maschinen und Anlagen an die Leit- und Managementebenen von Automatisierungsnetzwerken anzubinden, werden heute vorwiegend Lichtwellenleiter verwendet. In der Feldebene dominieren dagegen nach wie vor Kupferkabel. Jedoch bietet die optische Übertragung auch dort Herstellern wie Anwendern eine Reihe von Vorteilen. Mit HCS-Fasern (Hard Clad Silica) steht dafür jetzt eine ebenso sichere wie praktische Alternative zur Verfügung. Der Durchmesser eines Lichtwellenleiterkerns ist mit gerade mal 9 µm zehnmal kleiner als der eines menschlichen Haares. Dennoch ist dieses Medium den wesentlichen dickeren und auch teureren Kupferkabeln in vieler Hinsicht überlegen: Datenraten von 10 Gigabit pro Sekunde sind mit Lichtwellenleitern kein Problem, und Entfernungen von bis zu 40 Kilometern lassen sich ohne weiteres überbrücken. Zudem wird Licht nicht durch elektrische oder magnetische Störungen beeinflusst, weshalb Lichtwellenleiter auch in unmittelbarer Nähe von Energieleitungen oder anderen elektromagnetischen Quellen verlegt werden können. Da alle Arten von Lichtwellenleitern aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen, werden die Daten stets über einen elektrischen Isolator übertragen. Somit treten über Datenleitungen auch keine Potentialausgleichsströme auf, die gerade bei ausgedehnten Anlagen gefürchtet sind. Selbst bei Blitzeinschlägen besteht kein Zerstörungsrisiko. Deshalb ist – anders als bei Kupferkabeln – auch keine Erdung bzw. zusätzliche Abschirmung erforderlich. Schließlich spricht auch das vergleichsweise geringe Gewicht für Lichtwellenleiter. Denn 1 kg dieses Mediums ist so leistungsfähig wie 1000 kg Kupfer. Einfache Konfektionierung
Als Argument gegen den Einsatz von Lichtwellenleitern wird oft eingewendet, dass diese nicht ganz einfach anzuschließen seien. Das ist mit Blick auf Multimode- und Singlemodefasern sicher richtig, auch wenn die Anschlusstechniken immer komfortabler werden. Da sich Maschinen und Anlagen jedoch in aller Regel nicht über Kilometer erstrecken, bilden dort HCS-Fasern, die für Entfernungen von 200 bis 300 Meter konzipiert sind, eine praktische Alternative. HCS ist eine Hybridfaser, die aus einem Glaskern von 200 µm und einem Mantelglas mit einem Durchmesser von 230 µm besteht. Der Unterschied zu konventionellen Lichtwellenleitern liegt in dem Material des optischen Mantels, der aus einem wenige µm dünnen, äußerst harten Kunststoff besteht. Bei der Konfektionierung muss lediglich das am Stecker überstehende Faserende abgeschnitten werden, was mit einem sogenannten Cleave Tool problemlos bewerkstelligt werden kann. Neben Steckverbindern werden auch Switche und Medienkonverter für Ethernet und verschiedene Feldbusse angeboten, die HCS-Schnittstellen haben und die Anforderungen der Schutzart IP67 erfüllen. Außerdem gibt es feldtaugliche Spleißboxen, mit denen der bisherige zentrale Übergabepunkt vom 19‘‘-Schaltschrank näher und damit dezentral an die Maschinen herangebracht werden kann. Diese Boxen lassen sich einfach und schnell installieren, da sie bereits spleißfertig bestückt und mit Spleißkamm, Spleißablage, Kupplungen, Pigtails sowie Kabelverschraubung versehen sind. Darüber hinaus kann mit Patchkabeln rangiert werden, wodurch sich unterschiedliche Stecker einsetzen lassen. Reduzierung der Betriebskosten
Zu den Anwendungen, die mit HCS-Fasern realisiert werden können, zählen etwa die Anbindung von Robotern oder die Verlegung in Schleppketten. Denn in punkto Torsion sind Lichtwellenleiter im Vergleich zu Kupferkabeln deutlich robuster und damit langlebiger. Zudem sind sie – wie bereits erwähnt – um den Faktor 1000 leichter. Schließlich müssen die Daten- und Energieleitungen nicht mehr aufgrund möglicher EMV-Probleme getrennt verlegt werden, was die Kabelführung vereinfacht. So lassen sich wartungsfreie Infrastrukturen realisieren, die zu einer deutlichen Reduzierung der Betriebskosten beitragen. Auch bei der Vernetzung von Kamerasystemen, mit denen beispielsweise Fertigungsprozesse überwacht werden, können HCS-Fasern ihre Vorteile ausspielen. Denn Datenraten im Gigabit Ethernet-Bereich sind für dieses Medium ein Kinderspiel. Autor: Thorsten Ebach, Vertriebsleiter eks Engel, Wenden