Industrietaugliche LWL-Systeme Durchgängige Glasfaser-Verbindung von der Leitebene bis in die Feldebene

Hohe EMV-Verträglichkeit, hohe Datenraten, große Reichweiten: Das sind nur einige von vielen Vorteilen beim Einsatz von Lichtwellenleitern (LWL). Klar, dass auch die Automation im Sinne einer durchgängigen Vernetzung davon profitieren möchte. Doch das ist leichter gesagt als getan – denn der Einsatz von Glasfaser im Industrieumfeld erfordert robuste, zuverlässige Lösungen.

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DMB Technics AG

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„Der Durchmesser eines Glasfaserkerns ist mit gerade mal neun Mikrometer zehn Mal kleiner als der eines menschlichen Haares. Dennoch ist die filigrane und empfindliche Glasfaser im Vergleich zu Kupferkabeln hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit ein wahrer Tausendsassa“ beurteilt Thorsten Ebach, Prokurist & Vertriebsleiter bei eks Engel.

So lassen sich mit Lichtwellenleitern theoretisch Datenübertragungsraten bis zu 100 Terabit/s erzielen. Glasfaserkabel haben zudem ein sehr geringes Gewicht (1 kg Glas ersetzt 1000 kg Kupfer), verfügen über geringe Abmessungen und garantieren geringe Signalverluste.

Vorteile von Glasfasern in der Automatisierung nutzen

In Punkto Sicherheit bieten LWL bei Blitzeinschlag zuverlässigen Schutz vor Zerstörung und Datenverlusten. Aufgrund ihrer galvanischen Trennung, der Reduzierung von Brandlasten sowie der Vermeidung von Funkenbildung bei mechanischen Defekten empfehlen sich LWL zudem für den Einsatz in besonders sicherheitskritischen Anwendungen.

Auch beim Thema Zuverlässigkeit lassen LWL kaum Wünsche offen, da sie absolut unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Feldern sind, und darüber hinaus eine hohe Ausfallsicherheit gewährleisten.

„Angesichts solch vielfältiger positiver Eigenschaften ist es kaum verwunderlich, dass man sich derartige Vorteile auch in der Automation zunutze machen möchte und daher bereits vor einigen Jahren Komponenten aus dem Office-Bereich in die Feldebene gelangten, wo gänzlich andere Bedingungen herrschen“, folgert Thorsten Ebach.

Leitebene und Feldebene – unterschiedliche Anforderungen

Ist auf der Leitebene eine feste Grundinstallation anzutreffen, erfordert die Feldebene eine anlagenabhängige Verkabelung und Kabelführung. Für den Anschluss werden hier Steckverbinder bis Schutzklasse IP67 benötigt, die sich unmittelbar am Ort des Geschehens konfektionieren lassen, während auf der Leitebene variable Geräteanschlüsse an Standardarbeitsplätzen genutzt werden. Reicht in einer Office-Umgebung eine sternförmige Verkabelung aus, verlangt die Industrieumgebung eine im hohen Maße ausfallsichere redundante Verkabelung. Daher fallen hier häufig die Entscheidungen zugunsten von Ringstrukturen.

Mit einem Blick auf die Datenverarbeitung verdeutlicht der Experte die Unterschiede: „Die Leitebene verarbeitet große Datenpakete mit einer hauptsächlich azyklischen Übertragung; auf der Feldebene hingegen werden nur kleine Datenpakte mit vorwiegend zyklischer Übertragung verarbeitet. Darüber hinaus ist auf der Leitebene kein Echtzeitverhalten und lediglich eine mittlere Netzverfügbarkeit erforderlich, auf der Feldebene hingegen die Datenübertragung in Echtzeit mit einer sehr hohen Netzverfügbarkeit enorm wichtig.“

Am offensichtlichsten werden die divergierenden Bedingungen dieser beiden Welten jedoch, wenn man sich einmal direkt vor Ort umschaut. Die Automation ist u.a. geprägt von hohen respektive tiefen Temperaturen bzw. extremen Temperaturschwankungen, Schmutz, mitunter Feuchtigkeit, extremen mechanischen Belastungen wie Vibrationen und Schock sowie einer hohen EMV- und UV-Belastung, falls sich die Applikation im Außenbereich befindet. Auf derart extreme Herausforderungen muss indes auf der Leitebene nicht reagiert werden, denn hier herrschen normale Temperaturen vor bzw. lassen sich moderate Temperaturen durch entsprechende Klimatisierungen schaffen. Auch äußere Einwirkungen wie Staub, Feuchte oder Strahlung spielen keine nennenswerte Rolle.

Verkabelungsstandards, Kabelkonfektionierung und Befestigung – Umdenken erforderlich

Thorsten Ebach: „Zusammen genommen führen all diese Unterschiede zu dem Ergebnis, dass die Verwendung von Komponenten und Lösungen aus der Leitebene auf der Feldebene oft kaum einen Sinn macht und daher zum Umdenken zwingt.“ Denn während sich auf Leitebene statische Verkabelungskonzepte bewährt haben, sind im Feld sowohl statische als auch dynamische Konzepte gefragt, die sich jeweils aus der spezifischen Applikation ergeben. Die Feldebene erfordert somit Lösungen, die von den bisherigen Konzepten auf Leitebene abweichen. Dies betrifft u.a. auch Verkabelungsstandards, die Kabelkonfektionierung und Produktbefestigungen, z.B. Hutschienenmontage statt 19-Einschubtechnik.

Ein konkretes Beispiel liefern Kupplungen, die den Weg von der Leitebene in die Feldebene gefunden haben, wie der SC-Stecker als Klassiker aus dem Office-Bereich. Neben diesem Push-Pull-Stecker haben sich auch der einrastbare und mit einer Schutzkappe versehene E-2000-Stecker und der ST-Stecker mit Bajonettverschluss in der Industrie etabliert – nicht zuletzt aufgrund ihrer sehr geringen Dämpfung und hervorragenden optischen Eigenschaften. Einige Industrieanwendungen machen durch sehr spezifische Anwendungen allerdings völlig neue Kupplungskonzepte erforderlich.

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