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Ethernet Lichtwellenleiter-Ethernet sorgt für komfortable Prozessautomation

| Autor/ Redakteur: André Fritsch / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Weitläufige Anlagen und komplexe Verfahren machen gerade in der Prozessindustrie eine Vernetzung der Automatisierungstechnik per Glasfaser-Ethernet attraktiv: Von Remote-I/O-Systemen, Überwachungskameras bis zum HMI-Terminal können optische Ethernet-Netze auch weit entfernte Teilnehmer einbinden. Dabei ist im Ex-Bereich die Zündschutzart Ex op is – optische Eigensicherheit – meist optimal.

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Die Ethernet-fähige Variante dieses fernbedienbaren I/O-Systems kommuniziert in eigensicheren Lichtwellenleiter-Netzen per Modbus TCP (Transmission Control Protocol). Bild: R. Stahl
Die Ethernet-fähige Variante dieses fernbedienbaren I/O-Systems kommuniziert in eigensicheren Lichtwellenleiter-Netzen per Modbus TCP (Transmission Control Protocol). Bild: R. Stahl
( Archiv: Vogel Business Media )

Verdrillte Kupferadern ziehen beim Ethernet-Aufbau in Prozessanlagen immer öfter den Kürzeren – im ziemlich wörtlichen Sinne: Selbst mit hochwertig geschirmten CAT-7-Kabeln können nur überschaubare Netze mit maximalen Distanzen bis rund 100 m aufgebaut werden. Solche Leitungslängen sind für Anwendungen in der Verfahrenstechnik häufig viel zu kurz.

Hinzu kommt, dass selbst bei relativ kurzen Entfernungen Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit eines TP-Kabelnetzes auf ein funktionierendes Erdungs- und Schirmungskonzept, sprich ein ausgereiftes, nicht eben kostengünstiges EMV-Design des Gesamtsystems angewiesen sind. Elektromagnetische Störungen sind gerade bei nachgerüsteten Netzen in komplexen Anlagen, in denen viele Umrichter und Motoren arbeiten, eine gewichtige Problemquelle.

Bildergalerie

Von der EMV-Problematik sind Glas- oder Kunststofffasern hingegen prinzipbedingt überhaupt nicht betroffen. In optischen Netzen sind zudem Leitungslängen bis 2000 m oder sogar mehr ohne weiteres möglich.

Diese Vorteile machen es Anwendern sehr viel leichter, eine durchgängige Netzwerkarchitektur vom Feld über die Zellebene bis hin zu Leit- und ERP-Systemen zu etablieren, um so die Vorteile der Ethernet-Vernetzung auch voll ausschöpfen zu können. Ein Musterbeispiel dafür ist die Anbindung moderner HMI-Systeme mit großen, hochauflösenden Bildschirmen im Ex-Bereich, die via Ethernet als Remote- Desktop-Terminals oder Thin Clients viel flexiblere und leistungsfähigere Funktionen bieten können, als dies in konventionellen Automatisierungslösungen möglich wäre.

Lichtwellenleitertechnik auch für Ethernet im Ex-Bereich

Selbst Anwendungen wie Soft-SPS oder Scada lassen sich in einem durchgängigen optischen Netzwerk komfortabel nutzen, weil das schnelle Ethernet eine optimale Einbindung in die übrige IT-Infrastruktur des Standorts ermöglicht. Daneben kann aber zum Beispiel auch Remote-I/O-Technik im Ex-Bereich von Vorzügen der Ethernet-Technik profitieren, weil große Datenmengen möglichst schnell über große Entfernungen übertragen werden – sofern dafür gesorgt ist, dass im Lichtwellenleiter-Netz keine Zündung möglich ist (Bild 1 – siehe Bildergalerie).

Bei einem Kabelschaden oder einem sich öffnenden Steckverbinder kann durch optische Strahlung eine Explosion ausgelöst werden. In der Praxis stellt das größte Risiko durch Licht jede Art dadurch verursachter unzulässiger Erwärmung dar: Sowohl Partikel in der Atmosphäre als auch die Oberflächen von Geräten im Ex-Bereich können prinzipiell jegliche optische Strahlung absorbieren.

Spezielle Ethernet-Leitungen in optisch eigensicherer Schutzart

Bei optischen Signalen, die durch Gas- oder Staubatmosphären geführt werden, wird bei Leitungen in optisch eigensicherer Schutzart (Ex op is) deshalb die Lichtenergie limitiert, die maximal austreten kann – zum einen im normalen Betrieb, aber vor allem im Fehlerfall, zum Beispiel bei Übersteuerung eines Senders. So wird sichergestellt, dass bei einem Kabelbruch weder eine bestimmte Bestrahlungsstärke, das heißt ein Energiewert pro Fläche, überschritten wird, noch eine – unabhängig von der Streuung – bereits absolut zu hohe Lichtenergie freigesetzt wird.

Dies erfordert zum Beispiel speziell gebaute und zertifizierte Sender und Empfänger. Kritisch ist bei vielen Anwendungen zum Beispiel, dass typische Switches mit optischen Parts bereits nahe oder sogar oberhalb der zulässigen maximalen Lichtleistung senden – ganz zu schweigen von der austretenden Lichtleistung im Fehlerfall.

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