LWL-Verbindungstechnik Ins richtige Licht gerückt

Kommunikationssysteme in rauen Umgebungen greifen verstärkt auf Lösungen mit „Fibre Optic“ zurück. Deren Vorteil - die EMV-Robustheit - steht oft im Widerspruch zum Präzisionsanspruch im rauen Umfeld. Die folgenden Ausführungen werden deshalb verdeutlichen, welche Voraussetzungen für den störungsfreien Betrieb einer optischen Übertragungsstrecke gegeben sein müssen.

Mit der Zunahme der Dezentralisierung und der Datenmengen in der Automatisierungstechnik steigt der Kommunikationsbedarf zwischen den Geräten - die sich sowohl in der geschützten Umgebung des Schaltschranks als auch zunehmend im rauen Feld finden lassen. Bei der Entscheidung für ein industrielles Kommunika-tionssystem stehen dabei Feldbusse sowie Indus-trial Ethernet im Fokus - als anwendungsspezifische Netzwerke innerhalb der so genannten „Automation Islands“ gemäß IEC 61918. Daneben finden sich anwendungsneutrale generische Netzwerke nach IEC 11801/24702 auch im Fertigungsbereich außerhalb der Automations-Inseln. Bei der Anlagenplanung sollte frühzeitig eine Grundsatzentscheidung über das Medium der Datenübertragung getroffen werden.

Alternative zu Draht und Funk

Die Übertragung mit Lichtwellenleitern (LWL) ist bei Netzwerkverkabelungen oft eine Alternative zu Draht oder Funk. Das gilt vor allem bei folgenden Faktoren:

  • hohe Datenraten
  • große Channel-Längen
  • geringes Leitungsgewicht
  • vorausschauende Diagnose des Channels
  • mögliche Potential-differenzen im Erdungssystem
  • Unempfindlichkeit gegenüber EMV-Einflüssen
  • Abhörsicherheit

Um eine wirtschaftliche und zuverlässige Verbindung herzustellen, werden im Industrieumfeld - anders als im Büroumfeld - verschiedene Fasertypen eingesetzt. Dabei spielen folgende Kriterien eine Rolle:

  • Streckenlänge
  • Umweltbedingungen
  • Einsatz vorkonfektionierter oder im Feld zu konfektionierender Komponenten

Aufgrund der Physik der Wellenausbreitung ermöglichen die verschiedenen Systeme je nach Fasertyp und Datenrate unterschiedliche Übertragungslängen (Bild 1).

Generell gilt: je länger die Übertragungsstrecke, desto geringer der Durchmesser des Faserkerns und desto höher der Installa-tionsaufwand. Leitungen für die Datenübertragung per LWL existieren in vielen unterschiedlichen Ausprägungen - je nach Anforderung der industriellen Kommunikation.

Unterschiedliche Fasertypen

Die Leitungen basieren auf nur wenigen Fasertypen, die in der IEC 60793-2 umfassend genormt sind. Unterschieden werden Glasfasern nach der Anzahl der Ausbreitungswellen (Moden):

  • Singlemode (GOF-SM - eine Ausbreitungswelle
  • Multimode (GOF-MM - mehrere Ausbreitungswellen)

Fasern aus Kunststoff - auch als Polymer-Optical-Fibre (POF) bezeichnet - werden grundsätzlich in Multimode betrieben. Eine Mischform ist die kunststoffumhüllte Glasfaser, die auch als Polymer-Cladded-Fibre (PCF) bezeichnet wird. Der für die Übertragung optischer Wellen genutzte Durchmesser des Faserkerns beträgt bei Singlemode-Glasfasern 9 µm, bei Multimode-Glasfasern 50 µm, bei PCF-Fasern 200 µm und bei POF-Fasern 980 µm.

Die Fasertypen unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich Präzisionsanspruch und Umweltbedingungen, -sondern auch beim Installationsaufwand und bei den Steckverbindern. Aufgrund ihres mechanischen und optischen Aufbaus haben alle Fasertypen ihre spezifischen Vor- und Nachteile, und so sind meist alle Fasertypen in den industriellen Kommunikations-systemen definiert. Im Maschinen- und Anlagenbau mit seinen oft kurzen Leitungen ist die POF-Faser meist die erste Wahl - sie ist preisgünstig, robust und einfach zu installieren.