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Ethernet-Netzwerke

So lassen sich die Vorteile der LWL-Technologie nutzen

| Autor/ Redakteur: Tommy Göring * / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Die Ethernet-Technologie hat sich längst in allen Disziplinen der Datenkommunikation etabliert. Der Datenaustausch über elektrische Signale, die via Kupferkabel weitergeleitet werden, stößt allerdings schnell an seine Grenzen. Hier bieten sich optische Medien an, die mit handfesten Vorteilen punkten.

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Bei der Auswahl der Kommunikationstechnik werden die Vorteile von Lichtwellenleitern, die sich aus diesem Material ergeben, oft übersehen.
Bei der Auswahl der Kommunikationstechnik werden die Vorteile von Lichtwellenleitern, die sich aus diesem Material ergeben, oft übersehen.
(Bild: Phoenix Contact)

Aufgrund stetig steigender Datenraten ist die maximale Übertragungsreichweite von Ethernet-Systemen im Vergleich zur traditionellen Feldbus-Technologie deutlich gesunken. Gleichzeitig hat sich die Störempfindlichkeit der Kommunikation erhöht. Mit der optischen Datenübertragung steht jedoch eine leistungsfähige Alternative zu kupferbasierten Lösungen zur Verfügung, die viele Vorteile mit sich bringt. Als wohl bekanntester Nutzen der Lichtwellenleiter (LWL)-Technologie gilt die Steigerung der maximalen Reichweite. Hat der Anwender eine kupferbasierte Ethernet-Kommunikation umgesetzt, lassen sich lediglich Distanzen von 100 m zwischen zwei Teilnehmern überbrücken. Diese Entfernung mag für heimische Netzwerke ausreichen, erweist sich aber in industriellen Anlagen als zu kurz. Da die Netzausdehnung von der Applikation vorgegeben wird, könnte der Anwender eine entsprechende Anzahl von Signalverstärkern einplanen. Eine solche Lösung ist allerdings häufig zu kostspielig und unhandlich. Zudem kann sie das Zeitverhalten des Gesamtsystems negativ beeinflussen. Greift der Anwender hingegen auf einen Ansatz mit industriellen Medienkonvertern und optischen Leitungen zurück, lassen sich bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung problemlos Distanzen von mehreren Kilometern überwinden. Darüber hinaus entfallen elektrische Koppelstellen mit Switches sowie deren Energieversorgung (Tabelle).

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Schutz vor einkoppelnden Überspannungen

Zahlreichen Anwendern ist bekannt, dass LWL-Kabel aus Kunststoff oder Glas bestehen. Die Vorteile, die sich aus diesem Material ergeben, werden dagegen oftmals übersehen. Aus der physikalischen Eigenschaft eines elektrischen Isolators resultiert ein entscheidender Nutzen von optischen Leitungen, nämlich die hohe Festigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Sind elektrische Datenleitungen verlegt worden, müssen in der Nähe von Störquellen – beispielsweise großen Antrieben, Hochspannungs-Schaltanlagen oder Energieleitungen – meist kostspielige Vorkehrungen getroffen werden, um eine EMV-Belastung (elektromagnetische Verträglichkeit) zu vermeiden. Bei Verwendung eines optischen Übertragungsmediums ist dies nicht notwendig.

Viele Anwender legen ferner Wert auf eine vollständige Potentialtrennung zwischen den zu koppelnden Anlagenteilen. Auf diese Weise werden Potentialausgleichsströme verhindert und die angebundenen Netzwerkkomponenten somit vor einer möglichen Zerstörung geschützt. Die LWL-Technik eignet sich hier insbesondere für Anwendungen mit schwierigen Erdungsmöglichkeiten, denn die blitzstromgefährdeten Anlagen sind durch die Nutzung einer optischen Faser optimal vor einkoppelnden Überspannungen abgesichert.

Vorteile bei Gewicht und thermischen Eigenschaften

Bei dem Gedanken an optische Leiter und dünne Fasern aus Glas kommt schnell die Vermutung auf, dass die Kabel zerbrechlich sind und entsprechend vorsichtig behandelt werden müssen. Setzt der Anwender jedoch hochwertige Industrieleitungen ein, sind die optischen den elektrischen Kabeln in zahlreichen Bereichen überlegen. So zeigen sich die mechanischen Anforderungen optischer Leitungen – wie Mindestbiegeradien sowie Zug- und Druckbelastungen – denen elektrischer Medien als mindestens vergleichbar oder sogar besser. Deutliche Vorteile weisen die optischen Kabel in puncto Gewicht und thermische Eigenschaften auf. Dies, weil Kabel mit elektrischen Leitern die Umgebungswärme aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähigkeit aufnehmen, was in Applikationen mit hohen Umgebungstemperaturen zur Beschädigung oder gar Zerstörung des Kabels führen kann. Bei den aus Kunststoff oder Quarzglas gefertigten Leitungen treten hingegen keine Probleme auf.

Erkennung von Kommunikationsstörungen

Hat der Anwender das optische Kabel installiert, muss es noch an einen LWL-Port angeschlossen werden. Sofern die Ethernet-Endgeräte nicht über einen solchen Port verfügen, bietet sich die Verwendung von Medienkonvertern an. Diese Geräte setzen die elektrischen in optische Ethernet-Signale um. Dabei arbeiten sie protokolltransparent und stellen die jeweils erforderliche Datenrate zur Verfügung. Sie besitzen allerdings keine eigene IP-Adresse, weshalb sie im Ethernet-Netzwerk nicht als Teilnehmer erscheinen, der konfiguriert werden muss. Auf diese Weise vereinfacht sich ihre Handhabung sowohl bei der Installation als auch im Wartungsfall.

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