Bringt Licht ins Dunkel

LWL ermöglichen in zahlreichen Applikationen eine sichere Datenkommunikation über große Entfernungen. Mit Net-M hat das Wartungspersonal jederzeit den Zustand des Netzes im Blick. Mystock, G.Light – Fotolia.com, EKS

Bei LWL-Installationen war eine grafische Darstellung der Geräte an den Ein- und Ausgängen bisher nicht möglich. Denn die Konverter, die die elektrischen Signale der Sensoren und Aktoren in optische umwandeln, sind für den Profibus-Master unsichtbar – und ebenso die LWL-Strecken. Diesen Nachteil machen jedoch eine Reihe von Vorteilen, die LWL-Netze für die Automatisierung haben, wieder wett: Da alle LWL-Typen aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen, werden die Daten stets über einen elektrischen Isolator übertragen. Somit treten keine Potenzialausgleichsströme auf, die bei großen Anlagen gefährlich sein können. Selbst bei Blitzeinschlägen besteht kein Zerstörungsrisiko für die Geräte auf der anderen Seite der LWL-Strecke. Zudem ist – anders als bei Twisted-Pair-Kabeln – kein Erden und keine zusätzliche Abschirmung erforderlich. Außerdem beeinflussen elektrische oder magnetische Störungen Licht nicht, weshalb Lichtwellenleiter ohne Weiteres auch in unmittelbarer Nähe von Energieleitungen oder anderen elektromagnetischen Quellen verlegt werden können.

Mit Singlemode-Fasern, die nur ein Lichtsignal gleichzeitig transportieren, lassen sich Entfernungen von 30 km und mehr überbrücken. Für Distanzen von bis zu 2 km bieten Multimode-Fasern eine kostengünstige Alternative. Sie übertragen mehrere Lichtsignale gleichzeitig. Die Lichtsignale haben bei der Übertragung mit mehreren Lichtstrahlen (Moden) allerdings voneinander abweichende Laufzeiten, was bei größerer Länge die Signalaufbereitung erschwert. In Produktionsanlagen, die sich nur über wenige 100 m erstrecken, eignen sich anstelle von Glasfasern auch Kunststofffasern wie POF (Polymere Optical Fiber) und HCS (Hard Clad Silica).

Hinsichtlich des Preises besteht zu Twisted-Pair-Kabeln kein nennenswerter Unterschied. Aber die Rohstoffbilanz spricht eine deutliche Sprache: Kupfer ist eigentlich zu wertvoll, um es als Kabel zu ver­legen. Single- und Multimode-LWL bestehen dagegen aus Silikat, das in nahezu unbegrenzter Menge zur Verfügung steht. Das gilt ebenso für den Kunststoff der POF- und HCS-Fasern.

Die Profibus-Konverter der D-light-Familie wandeln elektrische in optische Signale um. EKS

Sich ankündigende Ausfälle frühzeitig entdecken

Für die Übertragung der Daten stellen die Konverter ein sogenanntes Budget zur Verfügung, die Differenz aus Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit, das die auf jeder LWL-Strecke vorhandene Signaldämpfung überbrückt. Die nimmt jedoch im Laufe der Zeit zu, etwa durch lockere Verbindungselemente, Staub und Schmutz, Lichteinfall, mechanische Beanspruchung oder Änderungen der Netz­topologie. Außerdem können auch Spannungsausfälle, Fehler bei den optischen Sendern und Empfängern oder durchtrennte Kabel dazu führen, dass die Daten nicht mehr übertragen werden. Mit der Lösung Net-M kann das Wartungspersonal solche Fehler in optischen Profibus-Netzwerken schnell lokalisieren und analysieren. Herzstück davon ist der Manager, der bis zu 254 Konverter der D-light-Familie überwachen kann und sich auch per Internet abfragen lässt. Die geeigneten Konverter verfügen über einen Controller, der mehr Speicherkapazität hat als die Standard-Ausführungen, sowie eine angepasste Firmware. Damit können die Konverter die Statusinformationen, die bisher lediglich die LEDs an den Geräten angezeigt haben, zusätzlich für die Ferndiagnose aufbereiten.

Bereits installierte Standard-Konverter lassen sich für das zentrale Monitoring nachrüsten. Dazu tauscht EKS die Con­troller aus und installiert die entsprechende Firmware. Das kann auch nach und nach geschehen. Denn die Diagnose mittels LEDs ist weiterhin möglich. Sobald sie jedoch an den Manager angeschlossen sind, müssen alle Konverter die neue Technik an Bord haben. Sonst wären sie unsichtbar – zumindest für das Monitoring-System.

Der Manager, dessen Controller über einen ähnlichen Funktionsblock verfügt wie das Pendant in den Konvertern, fragt diese Geräte ständig der Reihe nach ab. Die Resultate lassen sich über eine RJ45-Schnittstelle, die Fast Ethernet unterstützt, an ein browserfähiges Endgerät übertragen und darauf anzeigen.

Das LWL-Netz immer im Blick

Der Manager erkennt neu angeschlossene Konverter automatisch. Anhand der grafischen Übersicht kann der Anwender dann überprüfen, ob alle Geräte im Netz funktionieren. Bei Einsatz eines Routers könnte dieser Zugriff auf den Manager nahezu von überall auf der Welt erfolgen. Dazu müssen die Netzwerkschnittstelle des Managers konfiguriert und in der Ring- oder Linientopologie vorhandene Konverter gespeichert sein. Außerdem kann der Benutzer für jeden Konverter einen Namen vergeben oder Kommentare hinzufügen, die Aufschluss über den jeweiligen Standort geben, und so die Diagnose weiter vereinfachen. Nachdem die Alarmeinstellungen für den Fehlerfall vorgenommen wurden, ist die Grundkonfiguration beendet.

Der Manager visualisiert sowohl die Konverter als auch die einzelnen LWL-Strecken des Netzes: Eine grün unterlegte Gerätebezeichnung beispielsweise signalisiert, dass die Datenübertragung reibungslos funktioniert. Alle Konverter sind zudem in einer Tabelle aufgelistet, die Nummer und Status des Geräts enthält. Bei einer Störung markiert das System die betroffene LWL-Strecke oder den defekten Konverter rot. Der Anwender kann per Mausklick detaillierte Informationen abrufen. Bei Problemen, die nur kurzzeitig aufgetreten sind und keine permanenten Auswirkungen hatten, werden die betroffenen Komponenten gelb markiert und die entsprechenden Informationen hinterlegt.

Der Benutzer kann im Manager für jeden Konverter einen Namen vergeben, der Aufschluss über den jeweiligen Standort gibt, um die Fehlersuche zu vereinfachen. EKS

Agieren statt reagieren

Auch das Budget der LWL-Strecken, das sich sonst nur durch aufwendige Messungen ermitteln lässt, wird nach dem Ampel-Prinzip überwacht. So kann der Techniker am Monitor erkennen, ob es im grünen, gelben oder roten Bereich liegt. Bei Gelb bewegt es sich gerade noch innerhalb der definierten Systemreserve von 3 dB.

Im Unterschied zu Statusmeldungen, die häufig interpretiert werden müssen, gibt das Ampel-Prinzip eindeutige und allgemein verständliche Zeichen. Zudem ermöglicht die Gelbphase vorausschauendes Handeln. Denn die Dämpfung ist in der Gelbphase noch nicht zu hoch, das heißt, die LWL-Strecke funktioniert weiterhin. Jedoch sollte der Anwender jetzt Wartungs- beziehungsweise Instandsetzungsmaßnahmen einleiten, um einem Ausfall vorzubeugen. Darüber hinaus lassen sich alle Ereignisse auf ein internes Fehlerrelais im Manager schalten, in einer Logdatei erfassen oder via SMTP-Server als E-Mail verschicken. Außerdem kann ein Zeitserver die Arbeit des Managers ergänzen, indem er die Uhrzeit der Ereig­nisse exakt anzeigt. Dazu ist lediglich die IP-Adresse des Servers nötig. Ferner können sämtliche Einstellungen per TFTP (Trivial File Transfer Protocol) auf einen Computer heruntergeladen und gesichert werden.

Da Profibus-Netze mit Net-M eine Schnittstelle zu Ethernet-Netzwerken erhalten, kommt – anders als bei herkömmlichen Installationen – auch das Thema Datensicherheit, also Security, aufs Tapet. Ein Vorteil der beschriebenen Lösung ist, dass über den Manager keine Daten in das Profibus-Netz geschickt, sondern nur Diagnoseinformationen bei den Konvertern abgefragt werden können. Die Kommunikation läuft also anders als bei Gateways nur in eine Richtung. Um auf Nummer sicher zu gehen, sollten Anwender jedoch beim Zugriff aus externen Netzen zusätzlich zum vorhandenen Passwortschutz eine Firewall einsetzen, was in den meisten Unternehmen ohnehin zum Standard gehört.

Je komplexer die Anwendung, desto höher der Gewinn

Ein webbasiertes, zentrales Monitoring von Profibus-Netzen spielt seine Vorteile vor allem in ausgedehnten Installationen aus. Denn die sonst erforderliche Überwachung der LWL-Konverter vor Ort kostet Zeit und Geld. Aber auch überall dort, wo der Zugang zu diesen Geräten beschwerlich ist, etwa durch schmale Versorgungsgänge, wird die Diagnose erleichtert, was wiederum zu einer höheren Verfügbarkeit des Netzes beiträgt. Typische Anwendungen sind Windenergie­anlagen oder Tunnel. Auch für den Bergbau oder den Öl- und Gas­bereich eignet sich die Lösung, da die D-light-Konverter auch in einer eigen­sicheren Ausführung erhältlich sind.

(dl)