Aufrufe
vor 8 Monaten

DER KONSTRUKTEUR 1-2/2019

DER KONSTRUKTEUR 1-2/2019

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE Autor: Dirk Bunzel, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Der Trend zur Miniaturisierung ist auch in der industriellen Netzwerk-Verkabelung ungebrochen. Industrie-Steckverbinder sollen gleichzeitig kleiner, leistungsfähiger und zuverlässiger werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden M8-Steckverbinder mit neuer D-Kodierung entwickelt. Als Standard für besonders kompakte Anschlüsse hat sich die M8-Variante des beliebten M12-Steckverbinders etabliert: Um ein Drittel kleiner als der M12 bietet der M8 dennoch industrietaugliche Eigenschaften – und ist dabei immer noch gut zu handhaben. Ob die Anbindung kompakter Sensoren oder die Spannungsversorgung von kleinen Geräten – in vielen Bereichen wird der M8 schon heute erfolgreich eingesetzt. Mit der zunehmenden Integration von industriellen Netzwerken bis weit in die Maschinen hinein muss sich der M8-Steckverbinder einer weiteren Aufgabe stellen: Der zuverlässigen Übertragung von Informationspaketen im Rahmen des Netzwerkverkehrs. DIE HISTORIE VON M8 Anders als bei der populären Baugröße M12 ist für diesen Einsatzzweck bislang keine gesonderte Kodierung vorgesehen. Viele Anwender nutzen daher vierpolige M8-Steckverbinder mit Standardkodierung und binden so schon heute ihre Geräte mit dem kompakten M8 ins Netzwerk ein. Zwar ist damit eine funktionale Lösung verfügbar, dies erkauft man sich jedoch mit zwei Nachteilen. Werden Geräte über zwei A-kodierte M8-Steckverbinder sowohl mit Energie versorgt als auch an das Netzwerk angeschlossen, sind diese Steckverbinder steckkompatibel. Wenn daher beim Anschluss eines solchen Gerätes Markierungen oder Beschriftungen übersehen werden, kann eine an die Datenschnittstelle angeschlossene Versorgungsleitung Schäden durch Überlastung der Geräteelektronik verursachen. Zudem wurden bei der M8 mit A-Kodierung – als eine zum Anschluss von Sensoren und kleinen Aktoren entwickelte Schnittstelle – die vier Kontakte asymmetrisch angeordnet, um auf diese Weise eine Fehlstecksicherheit zu erreichen. Aus der asymmetrischen Anordnung ergeben sich jedoch negative Einflüsse auf die Übertragungsqualität – ausgelöst durch elektromagnetische Felder der Kontakte. Diese gegenseitige Beeinflussung elektrischer Leiter wird Nah nebensprechen (Near End Cross Talk, NEXT) genannt. 24 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2019

KONSTRUKTIONSELEMENTE „UNSERE M8-STECKVER- BINDER MIT D-KODIERUNG SIND FIT FÜR DIE INDUSTRIE 4.0“ www.DerKonstrukteur.de Dirk Bunzel, Produktmanager Passive Netzwerkkomponenten, Industrial Field Connectivity, Phoenix Contact Optimiert für die hochfrequente Datenübertragung: Im Gegensatz zum bisher verwendeten asymmetrischen M8-Steck gesicht (rechts) verfügt die M8 D-Kodierung (links) über Kontakte mit identischen Abständen zueinander In der Praxis erreichen Verbindungen mit M8-Steckverbindern für Ethernet oder Profinet zwar eine Geschwindigkeit von bis zu 100 Mbit/s. Die Anforderungen der Übertragungskategorie CAT5/Class D werden jedoch nicht vollständig erreicht. Die Übertragungsstrecke hat so unter Umständen nicht mehr ausreichend Reserven, um zusätzliche Einflüsse, wie sie durch große Leitungslängen, EMV-Störungen oder sonstige Einkopplungen verursacht werden, zu kompensieren. Als Ergebnis kann die Übertragungsrate unter stabile 100 Mbit/s sinken, sodass Datenpakete verloren gehen und erneut gesendet werden müssen. Die Verbindung wird also unzuverlässig. KÜNFTIG GRÖSSERE DATENMENGEN In industriellen Netzwerken liegen die geforderten Übertragungsraten bisher unterhalb von 100 Mbit/s. Daher fällt es nicht so sehr ins Gewicht, wenn diese Geschwindigkeit nicht immer oder nicht vollständig erreicht wird. Die Menge der zu übertragenden Daten und damit die erforderliche Übertragungsgeschwindigkeit nimmt jedoch zu. Erste Industrie-4.0-Anwendungen werden bereits implementiert und zeigen, dass zur Sicherstellung der hohen Flexibilität von Fertigungsanlagen eine deutlich höhere Sensordichte erforderlich ist als bisher üblich. Auch die Qualität und somit Menge sowohl der erfassten, als auch der über zentrale Datenbanken zur Verfügung gestellten Daten erhöht sich sukzessive. Alle in industrielle Netzwerke eingebundenen Geräte müssen daher deutlich mehr Daten empfangen, verarbeiten und versenden. Diese Anforderungen können nur mit einem leistungsfähigen und zuverlässigen Netzwerk erfüllt werden. Das Prinzip Industrie 4.0 sieht darüber hinaus vor, dass das industrielle Netzwerk näher an den Prozess heranrückt, bis hin zur Einbindung der einzelnen Sensoren in das Netzwerk. Da dies auch in kompakten Maschinen und Anlagen realisiert wird, wurde nach einer Möglichkeit gesucht, auch die kleine M8-Schnittstelle zu optimieren. SCHNITTSTELLEN ZUKUNFTSSICHER GESTALTEN Um die beiden Nachteile des Standard M8-Steckverbinders zu beseitigen, wurde daher die D-Kodierung entwickelt und in der IEC 61076-2-114 standardisiert. Das neue Steckgesicht verfügt über vier symmetrisch angeordnete Kontakte. Die jeweils gegenüberliegenden Kontakte bilden ein Paar, an welches entweder zwei gegenüberliegende Adern einer Sternviererleitung oder ein Adernpaar einer Twisted-Pair-Leitung angeschlossen werden. Da VERNETZUNG BIS ZUM SENSOR GELINGT KONSTRUKTIV LEICHTER MIT M8-STECKVERBINDERN FÜR DIE DATENÜBERTRAGUNG sich die elektromagnetischen Felder, welche während des Sendens und Empfangens von Daten entstehen, durch die symmetrische Kontaktanordnung gegen seitig aufheben, werden Verluste von Datenpaketen durch NEXT vermieden. Damit wird sichergestellt, dass alle Anforderungen der CAT5/Class D eingehalten werden und ausreichend Reserven vorhanden sind. Durch die nunmehr symmetrische Kontaktanordnung werden zusätzliche Kodierelemente im Steckgesicht erforderlich. Die Kodierung verhindert zum einen das Fehlstecken innerhalb des Steckverbinders, sodass die Kontakt reihenfolge immer eingehalten wird. Zum anderen erfolgt eine mechanische Unterscheidung zwischen Steckverbindern mit gleicher Kontaktanordnung, die aber für andere Anwendungen vorgesehen sind. Insbesondere die mechanische Trennung zu Kodierungen, welche zukünftig für die Spannungsversorgung vorgesehen sind, ist wichtig, um mögliche Beschädigungen durch falsch angeschlossene Versorgungsleitungen auszuschließen. Die Anordnung der Kodiernasen innerhalb des Steckgesichts orientiert sich dabei an den Kodierelementen der D-Kodierung in Baugröße M12. Die Elemente wurden jedoch optimiert, um auch in der kleineren Baugröße als Kunststoffteil gefertigt werden zu können. Bilder: Phoenix Contact www.phoenixcontact.de Die neue D-Kodierung in der Baugröße M8 vermeidet Leistungseinbußen durch knapp bemessene Übertragungsraten und reduziert ein Fehlstecken mittels symmetrischem Steckgesicht. Gerätehersteller setzen mit dieser Schnittstelle auf eine zukunftssichere Verbindung. Durch die Standardisierung als IEC-Norm funktionieren auch Kombinationen über Herstellergrenzen hinweg zuverlässig. DER KONSTRUKTEUR 1-2/2019 25

AUSGABE