Av Dipl.-Wirt. Ing. Bernd Horrmeyer, Produktmarketing industripluggforbindere Pluscon, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg, Tyskland.
Thomas Fjeldstad, Produktansvarlig, Pluscon, Phoenix Contact AS, Norge.
Den enkle planleggingsmodellen, med komponenter som er perfekt tilpasset hverandre, letter arbeidet i stor grad for alle involverte parter.
Kommunikasjonsbehovet i produksjonsomgivelser har økt sterkt. Og kravet om en helhetlig løsning blir stadig større. Her blir Ethernet stadig mer interessant. En av grunnene til at Ethernet-baserte Profinet har blitt så godt mottatt og veletablert på markedet, er det store installasjonskonseptet, med en topologi som er tilpasset produksjonsomgivelsene, utformingsprinsippene og de mange forskjellige komponentene.
Modell fra kontoromgivelser
Verken den allerede kjente generiske bygningskablingen, i henhold til IEC 11801, eller den generiske kablingen i henhold til IEC 24702 for industrielle områder, klarer å oppfylle kravene som stilles i maskin- og anleggsteknikk med hensyn til fleksibilitet og tilpasning til spesielle forhold. Av denne grunn installeres nettverk innenfor såkalte ”automatiseringsøyer” (automation islands) i henhold til standard IEC 61918 – som Profinet også tilhører (bilde 2).
I maskiner, med korte ledninger, er stjerneformet oppkobling mer hensiktsmessig. Ved sammenkoplede maskiner/anlegg er den konvensjonelle, lineære oppkoblingen, som er vanlig ved feltbusser og som har interne switcher i enheten, en absolutt fordel.
Hvis anleggets tilgjengelighet skal økes – med for eksempel sikkerhetsapplikasjoner – brukes ofte en ringstruktur. Forbindelsen, mellom to aktive enheter, og enhetenes passive komponenter, betegnes som segment. Avhengig av dataoverføringens ytelse, deles denne inn i forskjellige klasser. Definisjonen av et segment utelukker pluggforbindelser på de aktive enhetene, noe man må ta hensyn til når pluggforbindelsene i et segment skal fastsettes.
For å oppnå en enklere planlegging i forbindelse med bygningsinstallasjon, indikerer den mest brukte modellen for referanseinstallasjon, at man kan oppnå en bestemt kvalitet ved å ta i bruk og montere helt spesifikke komponenter. Med komponenter, for symmetrisk kabling i kategori 5, oppnår man for eksempel en class D-segment (bilde 3) som er egnet for overføring av Fast- og Gigabit-Ethernet. Her kan de fleksible kablene (cords) ha en lengde på maksimalt 10 m, og de fast installerte ledningene en lengde på inntil 90 m, slik at et segment aldri blir lenger enn totalt 100 m. Fordi fleksible kabler ikke har like gode overføringsegenskaper som fast installerte kabler, må man være oppmerksom på kabellengdene. Kombinasjonen av pluggforbinder og bøssing betraktes alltid som en kopling. Teoretisk sett er det mulig å bruke komponenter i høyere kvalitet, som for eksempel komponenter i kategori 6, og å redusere segmentlengden for å kompensere for lengre, fleksible kabler. Men dette hadde vært vanskelig å beregne i praksis.
Enklere med Profinet
.png){kind=logo}
Hvis samme modellen skulle brukes på de komplekse betingelsene som rår innen industriell kommunikasjon, ville det ha ført til mye arbeid i forbindelse med planlegging - og den økte faren for feil som dette nødvendigvis medfører. Av denne grunn, har Profibus-brukerorganisasjon (PNO) utviklet en installasjonsmodell, der brukeren med enkle regler, og uten beregninger, kan sette opp nettverket med utvalgte komponenter (se også Guideline Profinet Cabling and Interconnection Technology, www.profibus.com).
Alle segmentlengder kan legges med fast installerte og fleksible ledninger i alle kombinasjoner og dellengder ved å ta i bruk definerte kabeltyper. Pluggforbindere i et segment kan ha forskjellig design i henhold til de industrielle bruksbetingelsene – så lenge grenseverdien på fire pluggforbindelser ikke overskrides (bilde 3).
Ved Profinet er den symmetriske dataoverføringen laget slik at man alltid kan etablere en segmentlengde på 100 m dersom man bruker en standard kabeltype. Alle kombinasjoner av stive (type A), fleksible (type B) og spesialkabler (type C) er mulig. I tillegg kan pluggforbindere, veggjennomføringer, koblinger og installasjonsbokser implementeres så lenge et totalt antall på fire pluggforbindelser ikke overskrides. Pluggforbinder-bøssingoverganger kan brukes enkeltvis slik vi finner dem i koblingsbokser i strukturert bygningskabling. Veggjennomføringer, som har to bøssinger kan også brukes – såkalte bulkheads. Disse betraktes som to pluggforbinder-bøssingoverganger dersom produsenten ikke uttrykkelig klassifiserer dem som en komponent.
Tykkere kabel
Denne forenklede planleggingsmodellen ble først mulig da man tok i bruk et ledertverrsnitt på AWG(amerikansk standard) 22. Ledertverrsnittet er større enn på AWG 26 eller AWG 24, som vanligvis brukes ved strukturert bygningskabling. I motsetning til generisk kabling, med åtte ledere i twisted–pair-utforming, bruker Profinet en stjernefirer-kabel som er optimalisert for 100Base-T, der alle fire lederne er tvunnet med hverandre. Alle kablene er skjermet mot støy, og designet på en slik måte at de er optimale for pluggforbinderne som er konstruert for Profinet.
Oppsettet, for optiske kanaler, er omtrent det samme. Fibertypene 1 mm polymer (POF), Polymer Cladded Silica (PCS, betegnes også som HCS), glassfiber-multimodus (GOF-MM) og glassfiber-singlemodus (GOF-SM) er alle egnet for Profinet. Mulige segmentlengder strekker seg fra 50 m (POF), 100 m (PCF) og 2 000 m (GOF-MM) og opp til 14 000 m (GOF-SM). Både optiske forbindelser, på tilkoblingspunktet til de aktive enhetene og passive forbindelser i segmentet, har alltid en optisk overgang, og skal derfor betraktes som ett innpluggingspunkt. På grunn av dempingen, krever POF-segment en lengdereduksjon på 7,5 m pr. pluggforbindelse i et segment. Gode erfaringer over mange år, med fiberoptiske løsninger innen automatiseringsteknikk, førte til at man videreutviklet den optiske overføringsteknikken i Profinet med en overføringshastighet på 100 Mbit/s. For å kjennetegne dataoverføringsretningen, er pluggene og lederne i kablene merket med piler – noe som helt utelukker en forveksling av overføringsretningen.
Industrielt Ethernet utsettes ofte for røffe driftsbetingelser. Komponentene, til den elektriske forbindelsesteknikken, må tåle disse utfordringene. Ved valg av komponenter må brukeren derfor ikke bare ta hensyn til de tekniske overføringsegenskapene, men også omgivelsesforholdene. For at planleggingen skal gi best mulig resultat, skiller Profinet her mellom komponenter i klassene Inside for bruk i skap og Outside for bruk i felten (tabell 1).
Pluggforbinder for Profinet
Valg av korrekt plugg, for alle anvendelser fra et begrenset antall typer –er mottoet for effektiv Profinet-kabling (bilde 4). Den velkjente RJ45-pluggen, som vi vanligvis finner i kontormiljøer, brukes i forbindelse med elektrisk dataoverføring med symmetriske kabler i, og rundt, skap i beskyttelsesgrad IP20. Tilkoblinger, på stedet, for alle viktige industrielle komponenter som kreves av PNO, går enklere hvis man tar i bruk pluggforbinderen av type Variosub RJ45-Quickon.
Komponenter i klassen Outside kreves for desentralisert automatisering i felten. Ved siden av de ofte brukte M12-pluggene, som har liten byggform og som derfor ofte foretrekkes ved I/O-moduler, støttes push pull-pluggforbinderkonseptet for elektrisk og optisk dataoverføring og energiforsyning av PNO.
Dataoverføringen foretas via de samme RJ 45- eller SCRJ-systemene som brukes ved installasjoner med IP20-beskyttelse. Et ekstra beskyttelseshus sikrer beskyttelsesgrad IP67, men konfeksjoneringen for brukeren er alltid den samme og like ”komfortabel” som ved hurtigkoblingsteknikker. Dette er grunnen til at de nye push pull-pluggforbinderne er kompatible med løsningen i beskyttelsesgrad IP20, og derfor muliggjør et komplett installasjonssystem.
Systemet har dessuten en pluggforbinder for tilkobling til energiforsyningen. Ved siden av PNO har også Automatisierungsinitiative Deutscher Automobilhersteller (AIDA) (automatiseringsinitiativ for tyske kjøretøyprodusenter) implementert push pull-pluggforbinderen i sine direktiver. Dette gjør det mulig å etablere enhetlige og komplette Profinet-styrte bilproduksjonanlegg i fremtiden. I dette tilfellet vil linjestrukturen være den foretrukne metoden for å overføre data og energi.
Optiske signaler
SCRJ-pluggforbinderen overfører optiske signaler via GOF-MM, GOF-SM, PCF eller POF. Den har en kompakt byggform som gjør at den er lett å integrere i utstyret. Hylsediameterne på 2,5 mm tar opp fibrene på en bekvem måte – og gir en robust, optisk pluggforbinder. Muligheten til å foreta en rask og behagelig konfeksjonering i felten, er her ofte en stor fordel. Ved POF-fibrene trenger man som eksempel bare å kutte av fiberen og feste den i en hurtigspennhylse. Kompatibilitet, med den mye brukte SC-pluggen, er en ytterligere fordel.
Utover dette, er push pull-pluggforbindersystemet definert for overføring av optiske signaler i forbindelse med IP67-beskyttelse for røffe, industrielle omgivelser. På samme måte som ved beskyttelsesgrad IP20, brukes SCRJ-pluggen som optisk grensesnitt. Push pull-konseptet er derfor kompatibelt med løsningen i beskyttelsesgrad IP20, noe som sikrer kontinuitet i hele systemet. Samme pluggdimensjoner, husutsnitt og plugg- og påbyggingssystemer brukes innenfor rammen av Profinet-installasjonssystemet, både for symmetrisk kabling og kabling av optiske fibre i beskyttelsesgrad IP67. Som en følge av dette, støttes også alle fiberoptiske typer.
For å forsyne utstyret som er koblet til Profinet med 24 V, er to klasser fastlagt (tabell 2). For linjetopologien er T-stykker definert for forbindelser utenfor utstyret. Dette gjør at man kan skifte ut modulene under drift, uten at strømforsyningen blir brutt (hot-swapping). Ettersom begge sider er berøringssikre, spiller det ingen rolle hvilken side spenningskilden er koblet til, da dette ikke på noen måte påvirker push pull-pluggforbinderen. Ved 7/8“ og M12-pluggforbinderen har spenningsmottaket pin-siden, og spenningskilden bøssingsiden. Ved M12-pluggen må man i tillegg være oppmerksom på at den bare er godkjent for SELV-spenningskilder (Safety Extra Low Voltage) og at T-stykker bortfaller som følge av den utelukkende stjernetopologien.
Installasjonsprogrammet og alle nødvendige produkter tilbys blant annet av Phoenix Contact.
