Robuste M12 PoE Switches ermöglichen schaltschranklose Daten- und Energieversorgung

Intelligente Produktionsverfahren erfordern immer häufiger den Austausch von Informationen mit ihrer Umgebung. Kommunizierende Montageroboter, selbstfahrende Gabelstapler und vollautomatisierte Lagersysteme benötigen umfangreiche Sensorik. Eine zuverlässige Versorgung mit Energie und Daten ist unerlässlich bei Neuinstallationen und Nachrüstungen und der modulare Anlagenbau gewinnt immer mehr an Bedeutung in der Automatisierungstechnik. Eine flexible Anpassung an neue Anforderungen und eine schnelle Adaptierung und Nachrüstung bestehender Maschinen, ist heutzutage der Standard. Dies ist jedoch nicht der einzige Trend in der Industrie. Auch die Dezentralisierung von Komponenten in kleinere Schaltschränke bis hin zu einem völlig schaltschranklosen System wird immer stärker verfolgt.

In fahrerlosen Transportsystemen (FTS) ist es aufgrund der Gesamtgröße des Fahrzeugs schwierig, überhaupt alle erforderlichen Komponenten und Funktionen unterzubringen. Die stark wachsende Anzahl von komplexen Sensorsystemen und Kameras reduzieren den ohnehin schon begrenzten Platz noch weiter. Insbesondere moderne 3D-Kameras und Laserscanner benötigen eine sichere und zuverlässige Stromversorgung, ebenso wie eine stabile Anbindung an die Kommunikationsinfrastruktur. Wie lassen sich diese Herausforderungen unter dem Aspekt der immer weiter voranschreitenden Digitalisierung bewältigen?

Raus aus dem Schaltschrank dank IP65/67

Die Dezentralisierung der einzelnen Elektronikkomponenten hat sich als Alternative zur klassischen Schaltschrankvernetzung etabliert. Zunehmend gibt es Komponenten mit einer hohen Schutzart IP65/67 oder höher, die neue Anlagenkonzepte ermöglichen. Einen Dreh- und Angelpunkt nehmen dabei immer häufiger Industrial Ethernet Switches ein, die in modernen Anlagen das Rückgrat für die Datenkommunikation bilden: Kompakte Ethernet Switches mit kleiner Portzahl sammeln die Daten dezentral direkt an den Sensoren ein und versorgen diese über Power over Ethernet (PoE) auch mit Strom. Das nachzurüstende System lässt sich Dank der modularen Bauweise separat testen und kann später deutlich einfacher integriert und auf weitere Maschinen adaptiert werden.

Die Übertragung von Daten und die gleichzeitige Versorgung mit Energie über das Ethernet Kabel bietet viele Vorteile:

• Bei der Vernetzung von Kamerasystemen und diverser Sensoren, welche den PoE-Standard unterstützen, lassen sich Platz und Kosten für eine zusätzliche Verkabelung und Netzteile sparen.
• Durch die Dezentralisierung werden die benötigten Kabellängen optimiert und verkleinert, und so der Installationsaufwand reduziert.
• Aufgrund der kürzeren Kabel lassen sich Leitungsverluste reduzieren und somit die gesamte Effizienz der Anwendung steigern.
• Insgesamt können Schaltschränke auf das wesentliche reduziert werden oder sogar wegfallen.

Funktionssicherheit für die Anlage

Entscheidend für den Einsatz in industriellen Applikationen ist nicht nur die Widerstandsfähigkeit gegenüber Schock- und Vibrationen, sondern auch die elektrischen Eigenschaften, die unter allen auftretenden klimatischen Umweltbedingungen eingehalten werden müssen. Dies gilt umso mehr bei Verzicht auf einen schützenden Schaltschrank.

Der neue Spark-XS PoE Switch mit vibrationssicherer M12 Anschlusstechnik auf 5 Ports, wurde speziell für den Einsatz in rauen industriellen Umgebungen außerhalb des Schaltschranks mit einem erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +70°C designt und entwickelt. Der Spark versorgt bis zu vier Teilnehmer mit Energie und Daten über D-kodierte M12 Steckverbinder. Die Daten werden über einen X-kodierten M12 Uplink-Anschluss mit Gigabitgeschwindigkeit weitergeleitet. Durch die hohe Bandbreite von 1000 Mbit/s auf dem Uplink-Port besteht ausreichend Reserve für moderne Kameras und Sensoren. Das robuste IP65/67 Metallgehäuse des Switches ist staubdicht, gegen das Eindringen von Wasser und schützt sogar gegen kurzzeitiges Untertauchen.

In vielen Applikationen ist das Hochfahren ein kritischer Moment. Durch die unter Umständen auftretenden hohen Stromimpulse während des Einschaltvorgangs der angeschlossenen Komponenten, kann die Belastung der Energieversorgung zu Fehlerfällen führen. Alle Terz Switches verfügen über eine Einschaltstrombegrenzung und reduzieren somit die Last auf die Versorgungsspannung, um ein sicheres Hochfahren der Anlage zu gewährleisten. Die vier PSE (Power Sourcing Equipment) Ports arbeiten nach dem IEEE Standard 802.3at Typ 1. Ein integrierter DC/DC Wandler erzeugt die für PoE nötige 48 V Spannung aus den in der Industrie üblichen 24 V DC. Somit lassen sich bereits vorhandene Netzteile für die Versorgung des Switches einsetzen.

Doppelte Absicherung der Switch-Ports

Terz setzt bei seinen PoE Switches auf eine doppelte Absicherung der Ports, um auch im Fehlerfall die Anlagensicherheit zu ermöglichen. Neben der üblichen internen Schmelzsicherung pro Port wird bei den PoE Switches, im Gegensatz zu marktüblichen Lösungen, der spannungsführende Pfad der PoE Ports geschaltet und überwacht. Im Fehlerfall fließt maximal der durch die Einzelsicherungen limitierte Strom. Das Risiko eines Kabelbrands für den Fall, dass es zu einer Abscherung oder einer anderen Beschädigung des Kabels kommt, wird so reduziert.

Die Lebensdauer der Maschinen und Anlagen in der Industrie erstreckt sich über mehrere Jahre, diese gilt demzufolge auch für alle Komponenten, die außerhalb des Schaltschranks installiert werden. Um auch bei Vibrationen zuverlässig zu funktionieren, erfolgt die Befestigung der Switches direkt auf der Montagewand mittels M6 Schrauben. Falls diese nicht elektrisch leitfähig und nicht geerdet ist, wird die Funktionserde über einen separaten Kabelschuh angeschlossen. Der mechanische und elektrische Anschluss kann so unabhängig voneinander durchgeführt werden.

Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, sind bereits weitere PoE Switches als Portfolioergänzung in Planung. Neben weiteren Varianten mit größeren Portzahlen in hoher Schutzart, wird es auch hochoptimierte kompakte RJ45 Varianten für kleine Schaltschränke geben.

(ml)