Industrietaugliche Lichtwellenleitertechnik für Ethernet-Netzwerke

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Ethernet liegt in den Fabrikhallen im Trend, Verbreitung und Ausdehnung der Netze nehmen zu. Große Entfernungen lassen sich im Bürobereich schon lange mittels Lichtwellenleitern (LWL) überbrücken, für die Industrie sind die Komponenten bis dato jedoch nicht voll geeignet. Nun vereinfachen industrietaugliche Komponenten mit integrierten Diagnosefunktionen den LWL-Einsatz. Von Michael Kasper

Ethernet liegt in den Fabrikhallen im Trend, Verbreitung und Ausdehnung der Netze nehmen zu. Große Entfernungen lassen sich im Bürobereich schon lange mittels Lichtwellenleitern (LWL) überbrücken, für die Industrie sind die Komponenten bis dato jedoch nicht voll geeignet. Nun vereinfachen industrietaugliche Komponenten mit integrierten Diagnosefunktionen den LWL-Einsatz.  Von Michael Kasper

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Glas-LWL-Leitungen überbrücken in Ethernet-basierten Netzwerken, insbesondere im Bürobereich, seit langem Entfernungen. Aber nicht nur dort können diese Leitungen ihre Vorteile ausspielen. Die Daten werden mittels Lichtimpulsen über feine Glasfasern übertragen. Dieses Übertragungsverfahren bietet auch für Industrieapplikationen große Vorteile.
Bei der optischen Datenübertragung wandeln Transceiver elektrische Impulse in optische Signale um. Über Steckverbinder werden die Glasfasern an den in der Netzwerkkomponente integrierten Transceiver angeschlossen. Je nach der vom Transceiver genutzten optischen Wellenlänge stehen verschiedene Glasfasern mit dem passenden Übertragungskern zu Verfügung. Hier unterscheidet man zwischen Multimode-LWL (mehrere Lichtmoden werden zur Datenübertragung zusammengefasst) und Singlemode-LWL (eine Lichtmode dient der Datenübertragung).
Durch die geringe Dämpfung der Lichtimpulse im Glas lassen sich große Entfernungen überbrücken, diese reichen bis zu mehreren hundert Kilometern. Da sich Licht durch elektromagnetische Felder nicht beeinflussen lässt, können die Leitungen auch neben Hochspannungsleitungen oder elektrischen Antrieben geführt werden, ohne dass die Daten verfälscht werden. Also die ideale Lösung für eine sichere Kommunikation für Ethernet-basierte Industrieapplikationen in rauer Umgebung.

Diagnose – das A und O

Für Datennetze aus dem Büro- und Weitverkehrsbereich sind diese Vorteile unschlagbar. Die meisten Datennetzwerke aus diesen Bereichen werden mit Glas-LWL aufgebaut. Doch hier werden Leitungen einmal verlegt oder vergraben. Die mechanische Beanspruchung der Glas-Verbindungen ist also sehr gering.
Die Diagnose erfolgt hier eher im Bereich der aktiven Komponenten; meist mit der Frage: Wann fällt der Transceiver als aktive Komponente aus, der die Datenkommunikation über eine Weitverkehrsstrecke abwickelt? Die Anforderungen in der Industrie unterscheiden sich da.
Die Leitungen in der Industrie sind oft in einer rauen nicht gerade sauberen Umgebung auf Kabelpritschen verlegt. Teilweise sind die LWL-Leitungen, in Schleppketten montiert, sogar dauernder Bewegung ausgesetzt. Hier muss ein robuster Leitungsaufbau die feinen LWL-Fasern bestmöglich schützen. Doch all diese Belastungen aus Temperaturschwankungen, Bewegungen oder Verschmutzungen können im Laufe der Zeit die Dämpfung an Fasern und Steckverbindern erhöhen, bis es zu Ausfällen kommt.
Um solche Ausfälle zu verhindern, kommen Messgeräte und Verfahren zum Einsatz, die in der Lage sind, solche Veränderungen aufzuspüren und zu lokalisieren. Diese Geräte sind aber teuer und für Industrieapplikationen, in denen nur ein kleiner Teil der Verbindungen aus LWL-Leitungen besteht, meist unrentabel.
Trotz der vielen Vorteile werden deshalb LWL-Verbindungen bis dato nur in Ausnahmefällen in der Industrie eingesetzt.
Um die Akzeptanz von LWL-Verbindungen im Industriebereich zu erhöhen, bietet beispielsweise Siemens aus der Produktreihe Scalance X-200 einen neuen Switch an. Das Gerät ist in der Lage, jeden LWL-Port zu überwachen und meldet eine Veränderung der Übertragungseigenschaften frühzeitig an den Anwender. Die gleiche Funktion bietet auch ein Medienmodul für die modularen Produkte aus der Produktlinie Scalance X-300. Eine Diagnose wird so auch in vielen Industrie-Anwendungen erschwinglich.

Ausfälle vermeiden

Der neue Switch und das Medienmodul bieten an den beiden LWL-Schnittstellen eine optische Portdiagnose, die Dämpfungsveränderungen auf der Strecke frühzeitig erkennt. Durch ein Handshake-Verfahren wird die Sendeleistung der Senderseite an den Partner übermittelt. Der Partner kann nun Empfangsleistung und übermittelte Sendeleistung vergleichen: Man könnte sagen, die Differenz der beiden Werte ist „auf der Strecke geblieben“. Für den Transceiver festgelegte Min.-/Max.-Grenzen der Differenz erlauben, anhand der Veränderung eine Meldung zu erzeugen. Es gibt zwei Meldeschwellen: „Maintenance demanded“ und „Maintenance required“. Bei der ersten Schwelle wird der Anwender lediglich darüber informiert, dass sich größere Veränderungen des „normalen“ Übertragungsverhaltens ergeben haben, die über kurz oder lang zu einem Ausfall der Verbindung führen könnten.
In diesem Zustand ist eine Kommunikation noch ohne Einschränkungen möglich. Erst wenn die zweite Schwelle überschritten wird, kann es zu Kommunikationsunterbrechungen kommen. Das Überschreiten der Schwellwerte meldet der Switch über die üblichen Wege wie E-Mail, SNMP (Simple-Network-Management-Protokoll) oder Log-File-Eintrag. Durch diese neue Diagnosefunktionalität erkennt der Anwender nun frühzeitig und eindeutig Veränderungen an einzelnen LWL-Strecken. Ein sich anbahnender Ausfall einer LWL-Verbindung wird so bereits im Voraus durch Tausch der Leitung oder durch Säuberung oder Austausch der Stecker vermieden.
Portweise Diagnose
Durch die Früherkennung von Veränderungen an der LWL-Verbindung können Wartungsintervalle zum Tausch betroffener Leitungen genutzt werden, bevor ein Anlagenstillstand zu hohen Produktionsausfällen mit finanziellem Schaden für den Anlagenbetreiber führt. Wurde die Glas-LWL-Verkabelung auch mit dem Verkabelungssystem FastConnect FO von Siemens durchgeführt, so können Leitungen, die ausgetauscht werden müssen, vom Anlagenpersonal einfach und schnell erneuert werden. Die Kombination aus diagnosefähigem LWL-Port und FC-Verkabelungssystem ergibt eine durchgehende Lösung, die dem Anwender hilft, Anlagenstillstände zu minimieren und Montagen an LWL-Leitungen selbst, auch ohne Spezialfirma, vor Ort durchführen zu können.jbi |

Dipl.-Ing. (FH) Michael Kasper ist Produktmanager bei Siemens in Nürnberg.
 

 

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