Daten-Highways der vernetzten Industrie
Datenkabel sind heimliche Stars. Ohne sie geht nichts, denn sie sind das Netz - nicht im übertragenen Sinn, sondern ganz konkret und physisch. Dennoch fristen sie ein ziemlich unspektakuläres Dasein als typisches C-Teil: kostengünstig im Einkauf, doch mit einem relativ hohen zeitlichen Bereitstellungsaufwand. Wird dies der Schlüsselrolle von Lichtwellenleitern auf dem Weg zur Smart Factory gerecht?
Bild: Adobe StockCoperion setzt auf redundante optische Ringnetze, um hohe Anforderungen an die Maschinenverfügbarkeit zu erfüllen. Bei der Auswahl der geeigneten Lichtwellenleiter vertraut der Maschinen- und Anlagenbauer dabei auf das Know-how von Helukabel.
Bild: Coperion GmbH
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Bild: Helukabel GmbHGlasfaser - Die Diva unter den Datenkabeln
Die Glasfaser besitzt, verglichen mit der elektrischen Übertragung durch Kupfer, das Merkmal einer weitaus höheren Übertragungsrate bei gleichzeitig sehr hoher Reichweite. Zudem findet keine Signalstreuung auf benachbarte Fasern statt. Die Glasfaser wird als optischer Leiter nicht elektromagnetisch beeinflusst und kann elektromagnetisch verträglich (EMV) gemeinsam mit Leistungskabeln verlegt werden, solange der LWL-Leiter ohne metallische Bewährung ausgeführt ist. Das hochreine Glas der Fasern ermöglicht eine klare Signalübertragung. Doch so klar die Übertragung ist, so anspruchsvoll ist die 'Diva' unter den Datenkabeln in der Handhabung: In Abhängigkeit vom Biegeradius entstehen schnell hohe Biegeverluste durch das Abstrahlen von Lichtleistung aus dem Kern in den Mantel, der einen geringeren Brechungsindex aufweist. Speziell die Konfektionierung durch wenig geübtes Personal bezahlt man mit einer starken Zunahme der Signaldämpfung der Glasfasern. Beim Verbinden von Fasern mittels Steck- und Spleißverbindungen können erhebliche Einfüge- bzw. Koppelverluste entstehen. Während Kupferkabel schnell und einfach mit Steckern für die jeweilige Anwendung angepasst werden können, gehört zur Konfektionierung von LWL teures Equipment, Know-how und Erfahrung. Allein Anschaffungskosten von mehreren Zehntausend Euro für das Werkzeug zum Spleißen und Messen macht es attraktiv, bereits fertig konfektionierte LWL vom Spezialisten zu beziehen. Helukabel liefert nach Wunsch LWL 'ready to use' inklusive der Anschlusstechnik. Je nach Anwendung werden die Kabel mit einem passenden Aufteilkörper verbunden, der die Fasern aus dem Bündeladerkabel ohne Spleißungen in einzelne Simplexkabel führt, die wiederum mit werkskonfektionierten Steckern abgeschlossen sind. Zuletzt wird der Übergang vom Kabelmantel zum Aufteilkörper mit Polyamid vergossen, was die typische Kabelschwachstelle deutlich robuster macht als ein ansonsten häufig benutzter Schrumpfschlauch. Das mitgelieferte Messprotokoll gibt Auskunft über die Übergangsdämpfung des fertig konfektionierten Kabels.
Bild: Helukabel GmbHKabel-Know-how direkt vom Hersteller
Martin Wurz, Elektrokonstrukteur Large Extruders bei Coperion, schätzt die direkte Zusammenarbeit mit Helukabel: "Wo bekommen wir eine bessere Beratung als von der Fachabteilung des Kabelherstellers selbst? Natürlich müssen wir unsere Anforderungen an den LWL schon gut definieren können. Dann aber kann ich mich darauf verlassen, dass Helukabel eine geeignete Konfiguration vorschlägt und der Kundenbetreuer sich im Spezialfall direkt bei der eigenen Entwicklungsabteilung erkundigt." Die LWL-Reihe Helucom Connecting Systems besitzt ein breites Produktportfolio, das zwölf Typen von Aufteilkörpern umfasst. "Ich freue mich selbst immer wieder, wenn unser Sortiment auch für ungewöhnliche Fälle etwas bereit hält", berichtet Horst Messerer, Produktmanager der Daten-, Netzwerk- & Bustechnik bei Helukabel: "Vor einiger Zeit benötigte Coperion einen LWL, der durch einen Auslass geführt werden musste mit nur 18mm Durchmesser. Hierfür konnten wir einen schmalen Aufteilkörper anbieten und eine passende Zugentlastung realisieren."
Grafik nach: U. Ring, Handbuch Netzwerktechnologien, München 2001
Bild: Coperion GmbHWissenswert: Redundanter optischer Ring
Ein Doppelring-Netzwerk erhält seine hohe Ausfallsicherheit durch seine physische Architektur als gegenläufiger Doppelring. Neben dem primären Glasfaser-Ring gibt es einen sekundären Glasfaser-Ring, auf dem der Datenverkehr in die entgegengesetzte Richtung zum primären Ring verläuft. Im normalen Betrieb ruht der Datenverkehr auf dem Reservering. Fällt ein Teilnehmer oder sogar ein Abschnitt des LWL aus, läuft der Datenverkehr auch über den Reservering. Vor und hinter dem ausgefallenen Abschnitt werden die Daten zurückgesendet. Aus der Doppelringstruktur entsteht dann ein einfacher Ring, das Netzwerk im Ganzen wird hierdurch aber nicht unterbrochen.
Unverwüstliche Netztopologie des Doppelrings
Zur Anwendung kommen die LWL bei Coperion vorwiegend als Netzwerkkabel für eine möglichst ausfallsichere Rechner-Kommunikation (Visualisierung) innerhalb der Extruder. Von Anfang an war klar, dass sich die Steuerung sowohl über große Entfernungen erstreckt als auch die Netztopologie eine besonders hohe Maschinenverfügbarkeit sicherstellen muss. Die Maschinenkomponenten der Großextruder kommunizieren deswegen in einem redundant ausgelegten optischen Ring. Martin Wurz erläutert: "Wir wollen allen Ausfallszenarien eines Großextruders unbedingt vorbeugen. Gerade in einer Prozessindustrie wie der Petrochemie würde der Stillstand eines Extruders immense Ausfallkosten nach sich ziehen. Alles käme zum Erliegen. Deswegen setzen wir beim Netzwerk auf die Robustheit eines optischen Doppelrings." Zusätzlich zur architekturbedingten Ausfallsicherheit des Doppelrings sind die Netzteilnehmer über gemanagte Switche mit dem Netzwerk verbunden. Falls also ein Teilnehmer ausfällt, kann dieser direkt mit dem Switch überbrückt werden, sodass in diesem Fall noch überhaupt nicht auf den redundanten Reservering zurückgegriffen werden muss. Hierdurch steigt die Fehlertoleranz und das Doppelring-Netzwerk verkraftet mehr als einen Ausfall. Zudem erhält man damit eine Infrastruktur, in der sich alle Netzwerk-Komponenten im laufenden Betrieb warten und austauschen lassen. Wurz erklärt weiter: "Da die gemanagten Switche bereits die Netzwerksicherheit für den Ausfall einzelner Netzteilnehmer regeln, ist der redundante Ring wirklich als letzter Rettungsanker für den Extremfall gedacht. Oder aber für den Fall, dass der LWL des Rings selber gebrochen ist. Das ist mir aber noch bei keinem unserer Großextruder zu Ohren gekommen." Die Großextruder stehen in allen Teilen der Welt, häufig in Schwellenländern mit extrem rauen industriellen Bedingungen. Beispielsweise siedelt sich die Petrochemie oft direkt dort an, wo es entsprechende Vorkommen gibt. Wurz: "Ich habe aber noch von keinem einzigen Alarm gehört, dass der Übertragungspegel eines verbauten LWL sich in einem kritischen Bereich befindet. Das spricht schon sehr für die Robustheit der eingesetzten LWL."
Datenkabel sind heimliche Stars. Ohne sie geht nichts, denn sie sind das Netz - nicht im übertragenen Sinn, sondern ganz konkret und physisch. Dennoch fristen sie ein ziemlich unspektakuläres Dasein als typisches C-Teil: kostengünstig im Einkauf, doch mit einem relativ hohen zeitlichen Bereitstellungsaufwand. Wird dies der Schlüsselrolle von Lichtwellenleitern auf dem Weg zur Smart Factory gerecht?
Bild: Adobe StockCoperion setzt auf redundante optische Ringnetze, um hohe Anforderungen an die Maschinenverfügbarkeit zu erfüllen. Bei der Auswahl der geeigneten Lichtwellenleiter vertraut der Maschinen- und Anlagenbauer dabei auf das Know-how von Helukabel.Bild: Coperion GmbHBild: Coperion GmbH
HELUKABEL GmbH
Dieser Artikel erschien in Industrial Communication Journal 2 2017 - 19.06.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
