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Ethernet Switches für raue Bedingungen

Bild 1. Die Industrial-Ethernet-Kommunikationsnetze erschließen sich heute neue Bereiche, welche Geräte mit verbesserten Umweltanforderungen, wie die Netzwerkkomponenten und Steuerungsbaugruppen auch aus dem Siplus-Produktspektrum erfordern

Bild 2. Für die erhöhten Anforderungen in Energieschalt- und verteilanlagen bieten sich die Switches Scalance X-300EEC als 19 Zoll- und als Kompaktgeräte an

Der Austausch von Daten mittels Industrial Ethernet ist in industriellen Anlagen so selbstverständlich geworden wie die Verfügbarkeit von elektrischer Energie. Entsprechende Datennetzwerke werden zum Austausch von Fertigungs- und Prozessdaten zwischen Robotern, aber auch zur Weiterleitung der Prozesswerte an übergeordnete Qualitäts- und Logistik-systeme genutzt. Zunehmend dringt das Industrial Ethernet auch in Bereiche mit rauen Umgebungsbedingungen vor die erhöhte Anforderungen an die eingesetzten Komponenten stellen. Um eine sichere und zuverlässige Datenkommunikation zu gewährleisten sind somit robuste Geräte gefragt.

Neben der Fertigungs- und Prozessindustrie erschließen Kommunikationsnetze heute Bereiche wie Energieschalt- und -verteilanlagen, Verkehrssteuerungssysteme und Bergbauapplikationen. Die Gemeinsamkeit all dieser Applikationen ist die hohe Anforderung an die verwendeten Komponenten.
Schutz gegen Schmutz & Co
Die Einsatzumgebungen geben die erweiterten Produkteigenschaften, wie ein Temperaturbereich von -40 °C bis 70 °C vor. Allerdings können die Betreiber selbst die im Handbuch angegebenen Grenzwerte aufgrund ungünstiger bzw. fehlerhafter Einsatzumgebungen nicht sicher einhalten. Deswegen müssen diese Baugruppen auch für eine festgelegte Zeit eine höhere Temperatur problemlos überstehen. Diese zusätzliche Anforderung einzuhalten ist zum Beispiel wichtig, wenn die Geräte in Schaltschränken im Außenbereich installiert sind und die Innentemperatur durch Sonneneinstrahlung oder ein fehlerhaftes Kühlsystem den Standardbereich unterschreitet oder überschreitet.
Nicht nur defekte Kühlsysteme, auch defekte Filtersysteme können dazu führen, dass Geräte durch aggressive Gase, Stäube oder Feuchtigkeit/Betauung beschädigt oder zerstört werden. Dafür gibt es Geräte, die durch einen zusätzlichen Schutzlack (Conformal Coating) die Platine und die darauf befindlichen Bauelemente zuverlässig schützen. Feuchtigkeit oder andere mediale Belastungen der umgebenden Luft haben so keine Möglichkeit, die elektronischen Schaltkreise zu zerstören und eine sichere Datenkommunikation zu unterbinden.
Energie schalten ohne Telegrammverlust
Aber auch saubere Umgebungen können die Geräte für das menschliche Empfinden unsichtbar belasten. Beispielsweise verursachen Energieverteil- und -schaltanlagen hohe elektromagnetische Belastungen, da bei Schaltvorgängen oder Entladungen Spannungswerte im kV-Bereich entstehen können. Für eine zuverlässige Datenkommunikation ohne Telegrammverlust in solchen Umgebungen sind entsprechend EMV-robuste Komponenten erforderlich.
Zusätzlich hat der Anwender auch erhöhte Anforderungen in Bezug auf die Spannungsversorgung dieser Geräte. Üblicherweise werden die Geräte in der Industrie mit DC 24 V versorgt. Die Installation der Netzkomponenten in den oben beschriebenen Umgebungen erfordern meistens die aus der Hausinstallation üblichen AC 230 V. In Industrial-Ethernet-Netzwerkkomponenten integrierte Weitbereichsnetzteile, auch in redundanter Ausführung, helfen zusätzliche Standardnetzteile und somit eventuelle Fehlerquellen zu vermeiden.
Zudem erwarten Anwender einen robusten Schutz der Elektronik und der Schnittstellen für Daten und Energie. Geräte, die vor der Inbetriebnahme erst mühsam zusammengesetzt werden müssen, sind hier fehl am Platz. Leichte Montage und einfaches Handling sind für diese Einsatzbereiche „erste Wahl“.
Breites Anwendungsspektrum erschlossen
Für diese und viele weitere Einsatzgebiete im Bereich der industriellen Kommunikation hat Siemens die Netzkomponenten Scalance X-300EEC entwickelt. Die Geräte aus der Produktlinie für switched Industrial-Ethernet-Netzwerke haben erweiterte Umwelteigenschaften und eine hardwareunterstützte Zeitsynchronisation nach IEEE 1588 (Precision Time Protocol). Sollte es für den erweiterten Temperaturbereich notwendig sein, dass die Geräte zusätzlich vor medialen Belastungen geschützt werden müssen, so sind auch entsprechende Varianten mit Conformal Coating verfügbar.
Auch bei den Netzteilvarianten erfüllen die als Kompaktgeräte oder als 19 Zoll-Geräte erhältlichen Netzwerkkomponenten die hohen Anforderungen widriger Umgebungsbedingungen. Neben einem DC 24-V-Netzteil steht auch ein Weitbereichsnetzteil mit DC 60 V bis DC 250 V bzw. AV 100 V bis AC 240 V zur Auswahl. Je nach Anwendung gibt es die Geräte mit einem oder für erhöhte Verfügbarkeit mit zwei Netzteilen. Ein ausgeklügeltes Elektronik- und Platinendesign hilft, dass alle EMV-Anforderungen nach DIN EN 61850-3 und IEEE 1613 aus dem Energieschalt- und -verteilanlagenbau ohne Telegrammverlust erfüllt werden.
Das robuste Metallgehäuse schütz Elektronik, Daten- und Energieschnittstellen vor mechanischen Beeinflussungen und gewährleistet so die Einsatzfähigkeit der Geräte in den unterschiedlichen Anwendungsbereichen. Trotz der hohen Anforderungen bezüglich Temperatur, Netzteilausprägung und EMV-Beständigkeit sind die Switches lüfterlos ausgeführt. Sollte dennoch ein Gerät ausfallen, so ermöglicht der integrierte C-Plug (Speichermedium für Konfigurationsdaten) einen, ohne spezielles Konfigurations-Tool vor Ort von einem Servicemitarbeiter durchführbaren, Austausch.

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Autor: Dipl.-Ing. (FH) Michael Kasper ist Produktmanager in der Businett Unit Sensors and Communication der Division Industry Automation der Siemens AG in Nürnberg.