Bild 1: LWL-basierte Datensteckverbinder  – der M12 Optic hat unterschiedliche Faserarten und somit ein großes Applikationsspektrum.

Bild 1: LWL-basierte Datensteckverbinder – der M12 Optic hat unterschiedliche Faserarten und somit ein großes Applikationsspektrum. Phoenix Contact

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 kupfer­basierten 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) vereint der M12 Optic hohe Datenübertragungsraten mit einem zuverlässigen Schutz vor mechanischen, elektromagnetischen und umweltbedingten Einflüssen.

Im Industrieumfeld werden häufig drei unter­schiedliche Fasertypen parallel in der sogenannten Multimode-Übertragung eingesetzt. 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.

eCKDATEN

Der neue M12 Optic von Phoenix Contact ist ein IP65/67-geschützter Rundsteckverbinder mit einem Einsatz zur Aufnahme von zwei Lichtwellenleitern. Die Ausführung erfolgt als Duplex-Steckverbinder mit zwei gefederten 2,5 mm-Ferrulen. Die neue Serie ist nach IEC 61754-27 normiert und umfasst Steckverbinder, Kupplungen und Transceiver. In der aktuellen Profinet-Guideline ist sie alternativ zum „SC-RJ Push Pull OF Connector“ aufgeführt. Die Serie ist Profinet-konform für die Bereiche POF mit 980/1000µm-Faser und PCF mit 200/230µm-Faser.

Fasertypen für unterschiedliche Anwendungen

Die Produktfamilie M12 Optic umfasst daher unterschiedliche Anschlusskabel mit diesen Faserarten. Den größten Faserdurchmesser im Industrie-Umfeld besitzen die POF-Lichtwellen­leiter mit Fasern von 980/1000 µm Durchmesser. Diese Lichtwellenleiter aus Kunststoff werden für kurze Übertragungsstrecken bis 50 m sowie für geringe Datenraten bis zu 100 Mbit/s eingesetzt. In der Produktfamilie M12 Optic wird 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 m ist die PCF-GI-Faser – früher HCS-GI genannt – mit einem Gradientenindex-Profil von 200/230 µm geeignet. Die PCF-GI-Faser wird im Leitungstyp Profinet Typ C verwendet – einem flexiblen Rundkabel, das sich beispielsweise für den Einsatz in Schleppketten eignet.

Für höhere Datenraten ab 1 Gbit/s kommen Patchkabel mit GOF-Faser 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 1300 Nanometer. Die Rundkabel können in Indoor- und Outdoor-Anwendungen eingesetzt werden, sie erlauben daher sichere Datenverkabelungslösungen in Industrie-Anlagen oder Infrastruktur-Anwendungen.

Bild 2: Im Elektronikgehäuse montiert - M12 Optic-Transceiver für Multimode-Applikationen können als IP-geschützte Wanddurchführung genutzt werden.

Bild 2: Im Elektronikgehäuse montiert – M12 Optic-Transceiver für Multimode-Applikationen können als IP-geschützte Wanddurchführung genutzt werden. Phoenix Contact

Die Patchkabel 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 Switchen, 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 1300 nm erhältlich, verfügen jeweils über eine I²-Schnittstelle und können auch als IP-geschützte Wanddurchführungen eingesetzt werden. Zum Produktprogramm gehören auch Standardkupplungen für die Patchkabel, die ebenfalls als IP-geschützte Wanddurchführungen genutzt werden können (Bild 2).

Sichere Übertragungslösung unter erschwerten Bedingungen

Dank seiner kleineren Design-in-Kontur eignet sich die M12-Bauform auch für Geräte mit kompakten Abmessungen. Die weltweit etablierte Schraubverbindung ermöglicht auch unter mechanischer Belastung eine stabile Verbindung zwischen Gerät und Feldver­kabelung. Mit seiner 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 vor dem Eindringen von Staub und Wasser geschützt.

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

Das individuelle Messprotokoll für alle Patchkabel mit den drei wählbaren Faserarten dokumentiert die Qualität der Produkte – nur Artikel mit guten Dämpfungswerten verlassen die LWL-Fertigung. Die hohe Rückflussdämpfung der GOF-Patchkabel von ≥ 45 dB spricht für eine hohe Qualität der Datenübertragung mit geringen Reflexionen.

Das Prüfprogramm

Bild 3: Temperaturwechselprüfung - konfektionierte M12 Optic-Prüfkabel stellen während der Kältephase ihre Industrietauglichkeit unter Beweis.

Bild 3: Temperaturwechselprüfung – konfektionierte M12 Optic-Prüfkabel stellen während der Kältephase ihre Industrietauglichkeit unter Beweis. Phoenix Contact

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. Im Freigabelabor werden sämtliche Steckverbinder und Verkabelungslösungen aus dem Programm M12 Optic darauf hin geprüft, ob sie den Anforderungen der übertragungstechnischen, klimatischen, mechanischen und umweltbeein­flussenden Faktoren in Anlehnung an IEC 61753-1 Kategorie U (uncontrolled environment) stand­halten (Bild 3).

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. Hierzu wird die Dämpfung vor, während und nach der Prüfung gemessen.

Bild 4: Alle Komponenten des Produktprogramms M12 Optic werden für den Einsatz im rauen industriellen Anwendungsumfeld auf Herz und Nieren geprüft.

Bild 4: Alle Komponenten des Produktprogramms M12 Optic werden für den Einsatz im rauen industriellen Anwendungsumfeld auf Herz und Nieren geprüft. Phoenix Contact

Neben den Umweltprüfungen durchlaufen die Komponenten auch mechanische Prüfungen – wie die Vibrationsprüfung. Mit dieser Prüfung wird nachgewiesen, dass Schwingungen und Vibrationen die Funktion der Steckverbindung nicht einschränken. Alle Komponenten der Serie M12 Optic haben diese Prüfungen in Anlehnung an die Norm IEC 61753-1 Kategorie U erfolgreich bestanden – dem Einsatz im rauen industriellen Anwendungsumfeld steht somit nichts mehr entgegen (Bild 4).

Fazit

Ein standardisiertes, weltweit etabliertes Steckgesicht, Fasertypen für hohe Datenraten und lange Übertragungsstrecken, hoher Schutz gegen EMV- und ESD-Einflüsse – der M12 Optic löst viele Probleme bei der Datenübertragung in komplexen Automatisierungsprozessen. So können Anlagen­planer und Anwender 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 wird vereinfacht.