Rundsteckverbinder von M5 bis M58

Als Spezialist für industrielle Steckverbinder und Geräteanschlusstechnik bietet Phoenix Contact eine große Zahl an Produkten zur Signal-, Daten- und Leistungsübertragung. Die Rundsteckerbinder – das Programm erstreckt sich von M5 bis M58 – sind in nahezu allen industriellen Bereichen seit Jahrzehnten im Einsatz. Ob Automatisierung, Infrastruktur-Projekte oder Gebäudetechnik – ihre Vielfalt und Flexibilität und nicht zuletzt ihre ständige Weiterentwicklung machen diese Steckverbinder unersetzlich. Wenn Kunden aus dem Standard-Programm nicht bedient werden können, müssen in kurzer Zeit maßgeschneiderte Lösungen her – wie etwa die geschirmte M12-Verkabelung für Iris. Das setzt beim Steckverbinder-Hersteller umfassendes Applikationswissen sowie eine hohe Lösungs­kompetenz voraus.

Die automatische Fahrgastzählung ermittelt den Auslastungsgrad von Fahrzeugen des öffentlichen Personenverkehrs – in Bussen, Straßenbahnen, U-Bahnen und Zügen. Die Informationen über die tatsächliche Nutzung verschiedener Strecken in Abhängigkeit von Tageszeit und Wochentag dient unterschiedlichen Zwecken: bedarfsgerechte Streckenplanung, optimale Auslastung von Kapazi­täten oder Abrechnung von Verkehrsleistungen in einem Verkehrsverbund.

Wie viele fahren mit? Fahrgastzählsysteme zählen die Fahrgäste und geben diese Informationen zur Planung und Abrechnung weiter.

Wie viele fahren mit? Fahrgastzählsysteme zählen die Fahrgäste und geben diese Informationen zur Planung und Abrechnung weiter.Phoenix Contact

System für intelligente Fahrgastzählung

Entwicklung, Produktion und Vertrieb von Sensor­komponenten und Lösungen für die automatische Personenzählung ist das Kerngeschäft von Iris Infrared & Intelligent Sensors, die ihren Sitz im einstigen Werk für Fernsehelektronik in Berlin-Schöneweide hat. Die optoelektro­nischen Personenzählsysteme für den mobilen und stationären Einsatz basieren auf Infrarot-Sensoren. Das Haupt­produkt Irma – das steht für Infrared Motion Analyzer – ist ein international führendes System für die intelligente Fahrgastzählung.

Seitdem Anfang der 90er Jahre die ersten elektro­nischen Zählsysteme auf den Markt kamen, hat das Unternehmen weltweit über 100.000 Sensoren verkauft. Über 17.000 Fahrzeuge sind damit unter­wegs in fast allen europäischen Ländern, aber auch in den USA, Südamerika, Afrika und Asien.

Basis der automatischen Fahrgastzählung ist die Infrarot-Technik. Infrarot-Sensoren über den Türen der Fahrzeuge erfassen bei geöffneter Tür die Bewegungen der Personen und erkennen, ob jemand ein- oder aussteigt. In der Anfangszeit wurde passives Infrarot genutzt, was aller­dings bei Temperaturen um 37 °C an seine Grenzen stößt. Heute verfügen die Infrarot-Sensoren über die viel präzisere Time-of-Flight-Technik, die wie eine Laufzeitmessung funktioniert.

Verkabelung vom Sensor zum Analysator

Die Sensoren registrieren während des Fahrgast­wechsels kontinuierlich Signale, die an einen Analysator weitergeleitet werden. Der Analysator generiert aus den Signalen Zählergebnisse, die vom Bordcomputer abgefragt und ergänzt werden: etwa um Haltestellenbezeichnung, Uhrzeit oder GPS-Koordinaten. Bei Systemen ohne Analysator werden die im Sensor erzeugten Ergebnisse direkt über CAN oder Ethernet an den Bordcomputer übergeben. Von dort gehen die Werte an bestimmten Verkehrspunkten über W-LAN oder auch permanent über GPS/GSM-Verbindungen an ein übergeordnetes System etwa an die Leitwarte in der Verkehrszentrale, wo Rentabilität und Auslastung der Fahrzeuge exakt ermittelt werden.

Geschirmte M12-Verkabelung mit Y- und H-Verteiler: von den Sensoren (S) über den Türen gehen die Daten zur Bearbeitung an den Analysator im Fahrzeug und dann kabellos weiter zur Zentrale.

Geschirmte M12-Verkabelung mit Y- und H-Verteiler: von den Sensoren (S) über den Türen gehen die Daten zur Bearbeitung an den Analysator im Fahrzeug und dann kabellos weiter zur Zentrale.Phoenix Contact

An das Verkabelungssystem werden hohe Anforde­rungen gestellt.  Temperaturschwan­kungen, Luftfeuchtigkeit und Vibrationen dürfen es nicht beeinträchtigen. Die Verkabelung wird hinter der Fahrzeugverkleidung installiert und durch Holme oder auch Gelenke geführt. Die ersten Systeme Anfang der 1990er Jahre wurden noch über die RS232-Schnittstelle verkabelt, später kam der CAN-Bus. Bei der Verkabelung kamen damals D-Sub- und M16-Steck­verbinder zum Einsatz, die aber aufwändig in der Herstellung waren. Sonder­wünsche wie spezielle Längen waren kaum möglich, und außerdem waren die Steckverbinder groß und umständlich im Feld zu montieren.

Kleiner und durchgängig geschirmt

Vor etwa zehn Jahren kam das Verkabelungskonzept auf den Prüfstand. Zum einen sollte der Steckver­binder kleiner sein und zwar möglichst nicht viel größer als die Leitung selbst, damit er gut durch die Fahrzeugholme gefädelt werden kann. Zum anderen wurde eine durchgängige Schirmung erforderlich, weil die EMV-Anforderungen der Iris-Kunden stetig stiegen.

Bei der Suche nach einer geeigneten Verkabelung arbeitet Iris eng mit seinem Lieferanten zusammen, der Arrow Central Europe GmbH. Arrow Electronics ist Anbieter von Produkten, Dienstleistungen und Lösungen für industrielle und kommerzielle Nutzer elektroni­scher Bauteile. Aus technischer und wirtschaft­licher Sicht sprach alles für eine Lösung mit M12-Steckverbindern. Auch als immer neue Anforderungen hinzukamen – erhöhte Daten­raten oder Zulassungen für den Bahnbetrieb – stellte M12 seine Stärken unter Beweis. Das änderte sich auch nicht als die Installa­tionen größer und komplexer wurden und Profinet ins Spiel kam.

Als Partner für die Umsetzung der M12-Verkabelung entschied sich Arrow für Phoenix Contact. Das Unternehmen entwickelte ein komplettes Verkabelungsprogramm für erhöhte Anforderungen, darunter auch geschirmte Y- und H-Verteiler in M12-Ausführung (Bild 2).

Der geschirmte H-Verteiler (oben) - hier bei einer Test-Installation - speist zwei dieser Infrarot-Sensoren (unten) in den CAN-Bus ein.

Der geschirmte H-Verteiler (oben) – hier bei einer Test-Installation – speist zwei dieser Infrarot-Sensoren (unten) in den CAN-Bus ein.Phoenix Contact

Bei der aufwändigen Entwicklung des H-Verteilers haben alle Beteiligten viel Grundlagenforschung betrieben. Die veranschlagte Entwicklungszeit betrug zunächst ein Jahr ab Auftragserteilung bis zum Freigabemuster. Als die ersten Prototypen den hohen Anforderungen noch nicht in allen Punkten entsprachen, wurde noch einmal nachgebessert. Diese Durststrecke konnte mit einer Zwischenlösung überbrückt werden, indem zwei Y-Verteiler zu einem H-Verteiler gemacht wurden.

Der H-Verteiler kommt dort zum Einsatz, wo über einer breiteren Tür zwei Sensoren rechts und links angebracht sind (siehe Bild 3). Über einer schmaleren Tür wird nur ein Sensor benötigt – hier verzweigt dann der Y-Verteiler. Die Fahrgastzählsysteme werden an System-Integratoren geliefert, die sie in die Busse und Bahnen einbauen, aber auch an Verkehrsunternehmen oder an die Fahrzeug­hersteller. Auch eigene Techniker sind in dieser Mission unterwegs.

Eine standardisierte Verkabelung, wie sie in der Industrieautomation verwendet wird, hat viele Vorteile. Mit M12 für CAN-open war eine Norm vorhanden auf deren Grundlage das Produktprogramm vereinheitlicht werden konnte. Da die Anforderungen an die Datenraten stetig steigen, werden jetzt Systeme mit Profinet-Schnittstelle entwickelt. Kabel mit M12 sind preiswerter, klein, robust und gut verfügbar. Außerdem werden häufig IP-Schutzklassen gefordert, die mit D-Sub-Lösungen niemals erreicht werden.

M12 zählt auch in Zukunft

Die Entscheidung für die M12-Verkablung war auch deswegen richtig, weil sich dieses System leich­ter für neue Einsatzfälle modifizieren lässt. Und die wird es auch künftig geben, denn der öffent­liche Personenverkehr hat fast überall auf der Welt starken Rückenwind. Mit den neuen M12-Hybrid-Steckern könnte die Stromversorgung noch kräftiger werden, so dass noch mehr Sensoren gleichzeitig an einem Strang betrieben werden könnten. Gigabit-Ethernet ist eine weitere Option. Die Zählsysteme sollen noch preiswerter, schneller und genauer werden. Für eine höhere Genauigkeit wird die Sensorik ständig verbessert, und damit steigen die Anforderungen an die Datenübertragung. Auch wenn die vieradrige Verkabelung dann wegfällt, M12 ist bei Iris gesetzt.

Irma Matrix zur Fahrgastzählung

Die ersten Irma-Systeme nutzten – wie Bewegungs­melder – einen pyroelektrischen Effekt. Gemessen wurde die von Lebewesen ausgehende langwellige Wärmestrahlung, auf die bestimmte Sensorkristalle reagieren. Allerdings sinkt die Zählgenauigkeit, wenn sich Fahrgäste dicht zusammengedrängt bewegen oder die Wärme­abstrahlung durch dicke Kleidung gehemmt wird. Bei einem weiteren Messverfahren wird Infrarot-Laserlicht abgestrahlt und von Personen zurückgeworfen – diese Reflexionen werden registriert. Die heutigen Iris-Systeme arbeiten auf der Basis von Lichtlaufzeit – dabei geht es um das Senden und Empfangen „nummerierter“ Lichtstrahlen. Diese werden von den einzelnen Körperteilen zu unterschiedlichen Zeitpunkten reflektiert, da sich der Kopf näher am Sensor über der Tür befindet als Schultern oder Füße. Das ermöglicht eine räumliche Darstellung, die als „Time-of-Flight“-Technik (TOF) bezeichnet wird. Dieses Prinzip wird im neuesten Iris-Produkt „Irma Matrix“ noch weiter verfeinert, die Zahl der Bildpunkte wurde auf 500 erhöht.