Sichere High-Speed-Datenübertragung in der Industrie

Die digitale Transformation hat sich vom Trend­thema zur Notwendigkeit entwickelt und dabei die Bedeutung einer schnellen und sicheren Datenübertragung hervorgehoben – dies gilt auch für den industriellen Bereich. Entsprechend ausgelegte Steckverbinder sind hier essenziell für einen störungsfreien Betrieb, und eine falsche Wahl kann schnell teuer werden.

Daten werden in immer größeren Mengen generiert und über unterschied­liche Distanzen übermittelt. Fehler bei der Übertragung oder Ausfälle einzelner Verbindungen zeigen mitunter schwerwiegende Auswirkungen. Von Netzwerk-Aussetzern im Homeoffice bis hin zum Ausfall großer Infrastruktur-Anlagen sind die Auswirkungen von Störungen vielfältig. Dies gilt für die öffent­lichen Datennetze genauso wie für industrielle Netzwerke. In letztere werden immer mehr Maschi­nen und Anlagen im Rahmen komplexer werdender Produktionsprozesse eingebunden. Der Markt für industrielle Kommunikationstechnik verzeichnet seit Jahren ein überdurchschnittliches Wachstum, und ein Ende ist nicht in Sicht. 

Industrielle Netzwerke stellen gänzlich andere Anforderungen an die eingesetzten Komponenten als private und öffentliche. Kritische oder fehler­anfällige Verbindungen können daher in der Industrie schwerwiegende Folgen für ein ganzes Unternehmen haben. So bringen zum Beispiel Produktionsprozesse aufgrund fehlender oder falsch übermittelter Daten erhöhten Ausschuss hervor, oder die Prozesse kommen vollständig zum Erliegen. Derartige Fehler sind nicht nur ärger­lich, sondern auch finanziell folgenschwer für ein Unternehmen. Die Zuverlässigkeit der Daten­übertragung muss daher bei der Auslegung der Prozesse stets eine hohe Priorität haben.

Die Anforderungen in diesen Netzwerken variieren stark. Je näher die Verbindung an den Prozess gerät, desto größer sind die Herausforderungen. Industrielle Prozesse sind geprägt von Bewegun­gen, Vibrationen, extremen Temperaturen und elektrischen Störeinflüssen. Trotz dieser Umgebungsbedingungen müssen steigende Datenraten sicher vom Sender zum Empfänger transportiert werden.

Ein aktuelles Beispiel für erhöhte Datenraten sind Kamerasysteme, sie sind häufig den rauen Industrieumgebungen ausgesetzt und müssen dabei eine große Menge an Daten zuverlässig übermit­teln. Oft werden derartige Geräte über nur ein Kabel mit Daten und Energie versorgt, sodass die Schnittstellen auch für Power-over-Ethernet (PoE) ausgelegt sein müssen.

Bei näherer Betrachtung gerät die Auswahl der passenden Anschlusstechnik in den Fokus. Eine Möglichkeit der Datenübertragung bei Produktions­prozessen ist die Nutzung einer Kabeldurch­führung. Diese Systeme verzichten auf die äußere mechanische Schnittstelle und verlegen die Verbindung in das Innere eines Gerätes oder einer Anlage. Somit lässt sich zwar eine sichere Verbindung herstellen, die Flexibilität einer steckbaren Lösung geht jedoch vollständig verloren. In Situationen, in denen ein ange­schlossenes Gerät oder Kabel ausfällt, aber auch beim Service oder beim Austausch einzelner Geräte, sind die Aktivitäten mit hohem Aufwand und langen Stillstandszeiten des gesamten Prozesses verbunden. Die Flexibilität, ein Gerät im Falle einer Störung kurzfristig zu ersetzen, defekte Kabel auszutauschen oder unterschiedliche Systeme miteinander zu verbinden und zu trennen, wird nur mit einer steckbaren Lösung erreicht.

Steckverbindertypen gibt es viele am Markt. Jedoch hat sich, insbesondere in Umgebungen der Schutzart IP20, kein Typus derart etabliert wie der RJ45. Dieser Steckverbinder wurde für geschützte Büroumgebungen entwickelt, in seiner Standardvariante ist er den industriellen Umgebungen nicht gewachsen. Nutzt man dennoch derartige Varianten, die nicht für die komplexen Anforderungen industrieller Umgebungen konzipiert wurden, kann es zu erheblichen Problemen bis hin zum völligen Anlagenstillstand kommen.

Die Steckverbinder der neuen Patch-Kabel „RJ45 Industrial“ von Phoenix Contact wurden für anspruchsvolle industrielle Umgebungen konstru­iert. Sie besitzen ein einheitliches Design und sind für zahlreiche Protokolle nutzbar – darunter Ethernet/IP, Profinet oder Sercos. Varianten in Cat6A mit Datenübertragungsraten bis 10 GBit/s ermöglichen eine zukunftssichere Verkabelung jeder Applikation auch bei steigenden Datenraten. Und PoE-Varianten mit bis zu vier Aderpaaren – und damit bis zu 90 W – ermöglichen die gleichzeitige Versorgung der angeschlossenen Geräte mit Energie.

Die robust umspritzten Steckverbinder sind zum Marktstart im April 2021 in drei Abgangsrich­tungen verfügbar: gerade sowie nach oben und nach unten gewinkelt. Im Jahresverlauf kommen zwei weitere Abgangsrichtungen hinzu: nach rechts und links gewinkelt. Alle Varianten sind innerhalb des RJ45-Standards für einen optimalen Halt innerhalb der Buchsen ausgelegt. Das Edelstahl-Schirmblech verhindert zudem zuverlässig Störeinflüsse aus allen Richtungen auf die Verbindung.

Diese Störungen belasten jedoch nicht nur den Steckverbinder, sondern auch das Kabel. Die geschirmten Kabel aus dem Produktprogramm von Phoenix Contact sind entsprechend um 360° an den Steckverbinder angeschlossen, um die EMV-Stör­festigkeit zu optimieren. Das Programm besteht aus Kabeln für unterschiedliche Applikations­felder – von flexiblen Einsatzgebieten bis zu dauerhaft bewegten Verkabelungen in Schleppketten und Robotern. Alle Varianten besitzen die essenziellen Zulassungen für den europäischen (CE), eurasischen (EAC) sowie in Kürze auch nordamerikanischen (UL1863) Markt. Damit steht auch einem weltweiten Einsatz der Patch-Kabel nichts mehr im Weg.

Fazit: Industrielle Umgebungen stellen besondere Anfor­derungen an die verbauten Komponenten. Mit den neuen Patch-Kabeln „RJ45 Industrial“ von Phoenix Contact werden Daten auch in widrigen Umgebungen zuverlässig und in High-Speed übertragen. Die Möglichkeit der gleichzeitigen Energieversorgung verschlankt und vereinfacht die Verkabelung zusätzlich. Somit werden Ausfall­zeiten und Fehler vermieden und damit die Kosten für den Gesamtprozess deutlich reduziert. Gleichzeitig ist die volle Flexibilität der steckbaren Verbindung gegeben, sodass auch die Zeit und damit die Kosten für Wartungsarbeiten oder den Austausch einzelner Geräte drastisch reduziert wird.