Datenjongleure

Buskabel - Buskabel sind ›Datenjongleure‹ der industriellen Kommunikation. Quer durch alle Ebenen der Automatisierung verbinden sie zwischen unterschiedlichsten Teilnehmern. Das muß funktionieren - auch unter rauhen Industriebedingungen. Deshalb sollten sie präzise auf ihren Einsatz abgestimmt sein.

29. März 2005

Von der Leitebene bis an den Sensor im Feld sind Buskabel präsent. Dabei müssen unterschiedliche Datenmengen und Übertragungsraten bewältigt werden. Überleben müssen Buskabel in einem Umfeld, in dem es häufig rabiat zugeht. Langer Atem zählt - und das trotz hoher Temperaturen, mechanischem Streß sowie einer Fülle anderer Störfaktoren wie Schweißfunken, Ölnebel oder Bewitterung und Wechselklima. Die richtigen Buskabel sind wichtige Voraussetzung für die Störungsfreiheit der vernetzten Komponenten und Automatisierungssysteme. Gefragt sind langlebige Lösungen, bei denen die jeweilige AS-Interface-, Profibus-, Interbus- oder Industrial Ethernet-Leitung konsequent für ihren Einsatz ausgelegt ist. Wie dies konkret aussieht, zeigen einige Beispiele aus dem Alltag von Leoni Special Cables (LSC), dem Kom­petenz-Center für Buskabel der mit über 30.000 Mitarbeitern global aktiven Leoni AG. Mit Konstruktionen und Zulassungen für alle weltweit gängigen Bussysteme rangiert LSC ganz vorne unter den Buskabelherstellern Europas. Neben den Standardlösungen mit ›FieldLink‹-Buskabeln greifen immer wieder individuell modifizierte Varianten. Jongliert wird mit einem riesigen Werkstoff- und Design-Baukasten: Hochwertige Abschirmungen aus Kupferwellmantel trotzen etwa industriellen EMV-Gewittern: Eine unflexible Verlegung im Schutzrohr kann man sich so sparen. Dif­fusionssperren verhindern das Eindringen von Feuchtigkeit, Metallbebänderungen die­nen der Abwehr von Nagetierangriffen.

Multitalente für AS-Interface

Als Alternative zur aufwendigen Einzelverdrahtung hat sich auf der unteren Feldebene das AS-Interface fest etabliert. In Echtzeit werden die Daten - in der Regel wenige Bit - streng zyklisch übertragen. Markenzeichen beim AS-Interface sind verpolsichere Flach- bzw. Profilkabel, die dank Durchdringungstechnik?-?auch ›Piercing‹ genannt - eine einfache und kostengünstige Installation von bis zu 124 Aktoren und Sensoren über ein einziges Kabel ermöglichen. Während die meisten AS-Interface-Kabel über einen Gummimantel verfügen, der nur für geringe thermische und chemische Belastung geeignet ist, hat LSC hier andere Lösungen pa­rat. Um die Leitungen für anspruchsvolle Einsätze fit zu machen, setzt man beim AS-Interface ausschließlich auf thermoplastische Elasto­mere (TPE) bzw. Polyurethan (PUR). Diese Werkstoffe sind echte Multitalente, die sich durch Additive für spezielle Anforderungsprofile optimieren lassen. Sie überzeugen durch gummiähnliche Eigenschaften wie hohe Elastizität - aber nur TPE und PUR garantieren Eigenschaften wie Ölbeständigkeit und Flammwidrigkeit bei gleichzeitiger Highflex-Performance. Voll zur Sache geht es auf der Feld- und Prozeßebene, wo sich Systeme wie Profibus, Interbus, CAN oder DeviceNet etabliert haben. Mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 12 Mbit/s werden hier dezentrale Peripheriegeräte wie I/O-Module, Antriebe und Bedienterminals mit SPSen vernetzt. Feldbusse nutzen überwiegend symmetrische Leitungen. Hier - mitten in der Produktion - geht es um konsequen­-

ten Schutz vor EMV-Stör­einflüssen. Daher sind ausschließlich geschirmte Leitungen im Einsatz. Elektromagne­tische Felder, die zu einer empfindlichen Störung von Signalen führen, treten etwa in engen Kabelschlepps oder dichten Kabelpaketen auf, wie sie in der Automation an der Tagesordnung sind. Typische Störquellen sind auch Schaltregler und elektronische Baugruppen. Um beim ›Innenleben‹ der Buskabel auf Nummer Sicher zu gehen, stehen verschiedene Leiter-Varianten zur Verfügung. Während für die Festverlegung solide Kupferdrähte zum Einsatz kommen, sind bei bewegten Leitungen - etwa in Schleppketten - feindrähtige Litzenleiter gefragt. Schadlos stecken die schleppfähigen Kabel mehrere Millionen Biegewechsel weg. Neuerdings sind auch extrem torsionsfeste Profibus-, Ethernet oder CC-Link-Bus-Leitungen z.?B. für Robotereinsätze verfügbar. Auch bei Buskabeln für den Schiffbau sind verlitzte Leiter gefordert - selbst bei stationären Anwendungen. Gezielt beugt man so Materialermüdung vor, die etwa durch Dauervibrationen von riesigen Motoren droht. Auch bei Feldbus-Kabeln wird mit diversen Mantelwerkstoffen operiert. Favorit bei dauerbewegten Kabeln ist ›PUR‹, das sich durch hohe Flexibilität, Abriebfestigkeit und Ölbeständigkeit auszeichnet. Zu den ›FieldLink‹-Besonderheiten gehören FRNC-Leitungen (Flame Retardant Non Corrf-o­sive), die flammwidrig und selbstverlöschend sind und keine ätzenden Gase im Brandfall erzeugen. Erzielt wird dies durch Hinzufügen von Hydroxiden, die das Brandverhalten nachhaltig beeinflussen. Richtig tief in den Werkstoffbaukasten griffen die LSC-Ingenieure bei der Entwicklung eines speziellen Profibus-Kabels, das gezielt für Einsätze in Stahlwerken und Hochofen-Anlagen konzipiert wurde. Extreme Hitze bis zu 180?°C ist kein Problem für das Hochtemperatur-Kabel, mit dem das Bussystem selbst extrem plazierte Sensoren sicher erreicht. Möglich wird die Hitzebeständigkeit durch den Außenmantel aus Fluorkunststoff, der sich durch fast universelle chemische Beständigkeit und Flammwidrigkeit auszeichnet. Aderisolierungen aus verzeltem FEP sorgen bei dem hitzebeständigen Profibus-Kabel darüber hinaus für minimale Paarkapazitäten und exzellentes Signal-Übertragungsverhalten.

Ethernet goes Industry

Den stärksten Schub gibt es derzeit bei Buskabeln für das Industrial Ethernet. Das Ethernet wird industrietauglich. Das Office-Netz wächst mit dem Netz der Factory-Automation zusammen, auch wenn etwa das Thema Datensicherheit noch für einige Probleme sorgt. Organisationen wie IAONA und PNO (Profinet) haben klare Vorgaben zu Ethernet-Leitungen im industriellen Umfeld erarbeitet. PNO läßt ausschließlich geschirmte CAT 5-Kabel zu. Dabei erfolgt die Ethernet-Übertragung über symmetrische Kupferkabel mit 100 MBit/s (Fast-Ethernet). Übertragungsmedium ist ein zweipaariges Kupferkabel (Twisted Pair). Diese Vorgaben werden in die zukünftigen IEC-Normen für die industrielle Verkabelung einfließen (IEC 24702, IEC 61918).Schon heute existiert ein breites FieldLink-Kabelsortiment mit robusten Twisted Pair-Lösungen für industrielle Ethernet-Einsätze. Im Trend liegen Hybridleitungen, bei denen neben Daten auch Spannung über das Kabel läuft. Mit integrierter Energieversorgung schließt Ethernet auf zu gängigen Bussystemen, bei denen die Feldteilnehmer auch mit 24 Volt versorgt werden. Schon länger hat LSC ein Profinet-Produkt im Katalog, bei dem vier Kupferleiter für die

Ener­­­gie­übertragung mit der klassischen Twisted Pair-Lösung in einem Hybridkabel kom­biniert sind.

Heinz-Hermann Thelken, Leoni Special Cables

Erschienen in Ausgabe: 02/2005