Die Einführung der Dampfmaschine Ende des 18. Jahrhunderts, die elektrifizierte Massenproduktion 100 Jahre später, die computergestützte Automatisierung seit den 1970er-Jahren und jetzt Industrie 4.0: Alle industriellen Revolutionen haben die Art zu arbeiten und zu fertigen revolutioniert und die Produktivität vervielfacht. Zugleich haben sie neue ‚Rohstoffe‘ erschlossen – die Dampfkraft, die Elektrizität, die Rechenleistung von Computern und mit Industrie 4.0 die Daten als ‚Rohstoff‘ des 21. Jahrhunderts. Damit verschmilzt die physische Welt mit der digitalen, gleichzeitig nimmt die Vernetzung zu, indem jede Maschine und jedes ‚Ding‘ mit anderen Informationen austauscht. 

Diese Veränderung in den Fabrikhallen hat Auswirkungen auf die Verbindungstechnologien. Denn wenn jeder mit jedem kommuniziert, nimmt die Zahl der Verbindungen explosionsartig zu, und auch die Anforderungen an ihre Qualität und Verfügbarkeit steigen. Was aber nicht unbedingt heißen muss, dass auch die Datenübertragungsrate höher wird. Nach dem Motto „viel hilft viel“ kaufen Anwender oft Leitungen, die überdimensioniert sind. 

Downsizing bei den Leitungen

Ein Beispiel: Während Ethernet-Leitungen mit 10 Gbit/s für Hochgeschwindigkeitskameras zur Qualitätskontrolle sinnvoll sein können, ist diese maximale Datenübertragungsrate nicht für jeden Sensor nötig. Downsizing bei Ethernet-Datenleitungen ist daher ein Trend, der in den nächsten Jahren in die Fabriken einziehen dürfte.

Das Steckersystem 'Epic MH' von Lapp lässt sich flexibel für Leitungen unterschiedlichster Funktionen bestücken und nimmt beliebige Steckermodule für Energie, Signale und Daten auf.

© Lapp

Statt vier Aderpaaren haben so genannte Single-Pair-Ethernet-Leitungen nur noch ein Aderpaar. Für viele Anwendungen ist 1 Gbit/s schnell genug. Single-Pair-Datenleitungen benötigen weniger Platz und sind günstiger in der Anschaffung. Gerade in Maschinen mit vielen Sensoren, in denen es eng zugeht, können diese Leitungen eine spürbare Erleichterung sein. Ein weiterer positiver Effekt ist, dass solche abgespeckten Leitungen länger sein dürfen. Für Verbindungen mit Ethernet-Leitungen gilt eine Längenbeschränkung auf 100 m. Bei größeren Distanzen nehmen die Störungen zu, Datenfehler können die Folge sein. Doch durch aktuelle Entwicklungen bei Halbleiter-Chips aus der Automobilindustrie lassen sich nun viele dieser Störungen korrigieren – und so Reichweiten von bis zu 1 km erreichen. 

Die Zukunft spricht Ethernet

Industrial Ethernet wächst derzeit mit 22 % pro Jahr, Feldbus-Systeme legen nur noch mit 6 % zu. 2018 übertrifft die Zahl der installierten Industrial-Ethernet-Systeme in Fabriken erstmals die von Feldbussen. Davon profitieren auch Konzepte wie Single Pair Ethernet. Derzeit sind Leitungen für Single Pair Ethernet noch nicht verfügbar – zumindest nicht für den Einsatz in der Industrie. Die Automobilindustrie setzt ähnliche Leitungen bereits in Fahrzeugen ein, für industrielle Anwendungen fehlen aber noch Standards. Um die kümmern sich bereits Arbeitsgruppen innerhalb der bekannten Nutzerorganisationen, ODVA für Ethernet/IP oder PI für Profinet. Von Lapp beispielsweise soll es erste Serienprodukte für Single Pair Ethernet in zwei bis drei Jahren geben. Die notwendigen Hardware-Chips können aus der Automobilbranche adaptiert werden. Der Leitungsaufbau ist sehr einfach und bedarf nur der Anpassung an die Umgebungsbedingungen im industriellen Umfeld. Auch liegen erste Entwürfe für Steckverbinder vor, um den Anschluss der veränderten Leitung zu gewährleisten.

Der hybride Ansatz

Es gibt derzeit einen weiteren Trend, der bei flüchtiger Betrachtung scheinbar im Widerspruch zum Downsizing steht: die zunehmende Nachfrage nach Hybridkabeln. Dort geht es nicht darum, möglichst wenige Adern in einem Mantel unterzubringen, sondern im Gegenteil möglichst viele Leitungen in einen Mantel zu packen. Solche Hybridleitungen – auch Einkabel-Lösungen genannt – kombinieren unterschiedliche Funktionen in einem Kabel. In der Regel sind dies Anschlussleitungen für Servoantriebe plus Feedback-Leitungen zur Abfrage von Sensoren. Solche Hybridleitungen bietet Lapp beispielsweise für das Motor-Feedback-System ‚Hiperface DSL‘ von Sick oder für Acurolink von Hengstler an. Da Einkabel-Lösungen im Vergleich zu mehreren separaten Leitungen mit separaten Steckern viel Platz sparen, verdienen auch sie den Stempel ‚Downsizing‘. 

Von Downsizing zu Wireless?

Naheliegend, wenn es um Platzsparen bei der Verkabelung geht, ist das Thema Umstieg auf Funktechnologien. Der Markt für Drahtlos-Technologien in der Fabrikvernetzung wächst derzeit mit 32 % pro Jahr, allerdings noch auf niedrigem Niveau – derzeit haben Wireless-Technologien einen Marktanteil von 6 %. WLAN, Bluetooth oder Mobilfunk haben dort Vorteile, wo es auf Flexibilität ankommt – etwa beim Anschluss von Sensoren in großen Anlagen wie in der Chemie-Industrie oder bei mobilen Anwendungen. Hinsichtlich Reichweite, robuster Datenverbindung, Energie-Effizienz und insbesondere bei der Verzögerung der Informationsübertragung (Latenz) punkten aber nach wie vor die leitungsgebundenen Techniken. Zudem sind Kabel weniger anfällig für mutwillige Störungen oder Hacker-Angriffe. Es ist nicht zu erwarten, dass sich dies mit neuen Standards wie 5G ändern wird. Wireless ist keine Bedrohung für leitungsgebundene Systeme, sondern vielmehr eine Ergänzung bei speziellen Anforderungen.

Autor: 
Guido Ege ist Leiter Produktmanagement und Produktentwicklung bei U.I. Lapp in Stuttgart.