Robuste Steckverbinder zur Daten- und Signalübertragung sind überall dort gefragt, wo Anwender hohe Ansprüche an die Verkabelungssicherheit stellen. Dazu zählen die rauen Umgebungsbedingungen der Fabrikautomation ebenso wie die kontinuierlichen Daten-, Signal- und Medienströme in der Prozessautomation. LWL-Rundsteckverbinder können die Datenübertragung von der Feld- bis zur Leitebene verbessern.

Der M12-Rundsteckverbinder hat sich im Industrieumfeld bewährt – bei Kodierungen, Anschluss- und Montageoptionen ist die Vielfalt daher groß. Da mit dem Automatisierungsgrad auch die erforderlichen Datenmengen und Übertragungsgeschwindigkeiten zunehmen, sind der kupferbasierenden Datenverkabelung jedoch Grenzen gesetzt. Speziell für die Anforderungen komplexer Automatisierungsprozesse hat Phoenix Contact daher den Steckverbinder „M12 Optic“ entwickelt. Auf der Basis von Lichtwellenleitern (LWL) soll der M12 Optic hohe Datenübertragungsraten mit einem zuverlässigen Schutz vor mechanischen, elektromagnetischen und umweltbedingten Einflüssen in Einklang bringen.

Das Industrieumfeld nutzt häufig drei unterschiedliche Fasertypen parallel in der sogenannten Multimode-Übertragung. Diese ist für Automatisierungsprozesse mit unterschiedlichen Datenmengen erforderlich. Seit Jahren sind in den LWL-Kabeln des rauen Industrieumfeldes neben der stark verbreiteten POF (Polymer Optical Fiber) auch PCF (Polymer Cladded Fiber) sowie die reine GOF (Glass Optical Fiber) zu finden.

LWL-basierende Datensteckverbinder für die intelligente Produktion: Der M12 Optic bietet dank unterschiedlicher Faserarten ein umfassendes Applikationsspektrum.

LWL-basierende Datensteckverbinder für die intelligente Produktion: Der M12 Optic bietet dank unterschiedlicher Faserarten ein umfassendes Applikationsspektrum.

Die Produktfamilie M12 Optic umfasst daher unterschiedliche Anschlusskabel mit diesen Faserarten. Den größten Faserdurchmesser im Industrieumfeld haben die POF-Lichtwellenleiter mit Fasern von 980/1.000 µm Durchmesser. Diese Lichtwellenleiter aus Kunststoff kommen für kurze Übertragungsstrecken bis 50 Meter sowie für geringe Datenraten bis zu 100 MBit/s zum Einsatz. In der Produktfamilie M12 Optic ist diese Faser im stark verbreiteten Rundkabel-Profinet-Typ-B verbaut. Dieses Kabel aus Polyurethan (PUR) ist halogenfrei sowie Ozon- und UV-beständig.

Für Datenraten bis zu 100 MBit/s und Übertragungsstrecken bis 300 Meter ist die PCF-GI-Faser – früher HCS-GI genannt – mit einem Gradientenindexprofil von 200/230 µm optimal geeignet. Die PCF-GI-Faser ist im Leitungstyp Profinet-Typ-C verbaut – einem hochflexiblen Rundkabel, das sich beispielsweise für den Einsatz in Schleppketten eignet.

Für höhere Datenraten ab 1 GBit/s kommen Patch-Kabel mit GOF-Faser in Multimode und einem Faserdurchmesser von G50/125 µm ins Spiel. Die OM2-Faser eignet sich für Übertragungsstrecken bis zu 550 Meter bei einer Wellenlänge von 1.300 Nanometer. Die Rundkabel können in Indoor- und Outdoor-Anwendungen arbeiten. Sie erlauben daher sichere Datenverkabelungslösungen in Industrieanlagen oder Infrastrukturanwendungen.

Die Patch-Kabel der Serie M12 Optic umfassen unterschiedliche Leitungslängen von M12 auf M12, von M12 auf den für Profinet typischen SC-RJ-Standard (für POF und PCF-GI) sowie für LC-Duplex (bei GOF). Die IP20-Steckverbindertypen SC-RJ und LC-Duplex ermöglichen den direkten Einsatz bei bereits vorhandenen Switches, Steuerungen oder Medienkonvertern. Als Aktivkomponenten sind spezielle M12-Transceiver für Datenraten von 125 MBit/s erhältlich. Die Transceiver sind für die Wellenlängen von 650 und 1.300 Nanometer auf dem Markt, verfügen jeweils über eine I²-Schnittstelle und können auch als IP-geschützte Wanddurchführungen realisiert sein. Zum Produktprogramm gehören auch Standardkupplungen für die Patch-Kabel, die ein Anwender ebenfalls als IP-geschützte Wanddurchführungen nutzen kann.

Sichere Übertragung unter erschwerten Bedingungen

Gegenüber herkömmlichen optischen Rechtecksteckverbindern hat der M12 Optic einige Vorteile: Dank ihrer kleineren Kontur eignet sich die M12-Bauform auch für Geräte mit kompakten Abmessungen. Die weltweit etablierte Schraubverbindung ermöglicht zudem auch unter mechanischer Belastung eine stabile Verbindung zwischen Gerät und Feldverkabelung. Dank der zurückstehenden Ferrulen sind die Faserendflächen des M12 Optic auch bei der Handhabung vor Beschädigungen geschützt. Vorteilhaft ist zudem, dass die optischen M12-Steckverbinder den Anforderungen der Schutzklasse IP65/67 genügen – somit sind sie zuverlässig vor dem Eindringen von Staub und Wasser geschützt.

Bei der Auslieferung der Patch-Kabel sind die Steckverbinder mit Verschlusskappen abgedichtet, die die Sauberkeit des Steckgesichts sicherstellen sollen. Die gefederten 2,5-mm-Ferrulen der PCF- und GOF-Varianten sind für eine hohe Stirnflächenqualität aus Keramik gefertigt.

Im Elektronikgehäuse montiert: M12-Optic-Transceiver für Multimode-Applikationen sind als IP-geschützte Wanddurchführung nutzbar.

Im Elektronikgehäuse montiert: M12-Optic-Transceiver für Multimode-Applikationen sind als IP-geschützte Wanddurchführung nutzbar.

Ein individuelles Messprotokoll für alle Patch-Kabel mit den drei wählbaren Faserarten dokumentiert die Qualität – nur Produkte mit guten Dämpfungswerten verlassen die LWL-Fertigung. Die hohe Rückflussdämpfung der GOF-Patch-Kabel von mehr als 45 dB spricht in diesem Fall für eine hohe Qualität der Datenübertragung mit geringen Reflexionen.

Aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen – Temperaturschwankungen, Staub, Feuchtigkeit, Schwingungen, Chemikalien – müssen die Komponenten in der Industrie-Umgebung robuster sein als im Büro- oder Wohngebäude oder auch im Rechenzentrum.

Umfangreiches Prüfprogramm

Das Freigabelabor prüft sämtliche Steckverbinder und Verkabelungslösungen aus dem Programm M12 Optic darauf hin, ob sie den Anforderungen der übertragungstechnischen, klimatischen, mechanischen und umweltbeeinflussenden Faktoren in Anlehnung an die IEC 61753-1 Kategorie U (Uncontrolled Environment) standhalten.

Ein Beispiel dafür ist die Temperaturwechselprüfung. Sie gilt als besonders kritische Prüfung für die LWL-Anschlusstechnik-Qualifizierung und zugleich als wichtigste Umweltprüfung. Die Prüfung liefert Erkenntnisse darüber, inwieweit verschiedene Temperaturen über mehrere Zyklen die Funktionalität der LWL-Steckverbindung beeinflussen. Dazu messen Techniker die Dämpfung vor, während und nach der Prüfung.

Temperaturwechselprüfung: Konfektionierte M12-Optic-Prüfkabel stellen während der Kältephase ihre Industrietauglichkeit unter Beweis.

Temperaturwechselprüfung: Konfektionierte M12-Optic-Prüfkabel stellen während der Kältephase ihre Industrietauglichkeit unter Beweis.

Neben den Umweltprüfungen durchlaufen die Komponenten auch mechanische Prüfungen – wie beispielsweise die Vibrationsprüfung. Mit dieser Prüfung lässt sich nachweisen, ob Schwingungen und Vibrationen die Funktion der Steckverbindung einschränken. Alle Komponenten der Serie M12 Optic haben diese Prüfungen in Anlehnung an die Norm IEC 61753-1 Kategorie U erfolgreich bestanden.

Fazit

Ein standardisiertes, weltweit etabliertes Steckgesicht, Fasertypen für hohe Datenraten und lange Übertragungsstrecken, hoher Schutz gegen EMV- und ESD-Einflüsse – ein optischer Rundstecker kann viele Probleme bei der Datenübertragung in komplexen Automatisierungsprozessen lösen. Anlagenplaner und Anwender können durchgängige Verkabelungskonzepte von der Feld- bis zur Leitebene mit nur einem Steckgesicht realisieren. Dies vereinfacht nicht nur Installation und Wartung, sondern auch den Einkaufsvorgang und die Lagerhaltung. Auch die Integration zusätzlicher Automatisierungskomponenten in die bestehende Verkabelungsinfrastruktur vereinfacht sich.

Sebastian Güse, B.A. ist Produkt-Manager Field Device Connectors bei Phoenix Contact in Blomberg () und Dipl.-Ing. (FH) Frank Kölske ist Entwicklungsingenieur Field Device Connectors bei Phoenix Contact in Blomberg ().