Rundsteckverbinder
M12 – das Rückgrat der Automation
Gerade für Sensor- und Aktor-Applikationen ist der M12-Rundsteckverbinder mit A-Codierung die erste Wahl: Ob es um die Übertragung von Signalen, Daten oder um einfache elektrische Leitungen geht, M12-Steckverbinder sind als Schnittstelle zur Gerätevernetzung unabdingbar geworden.
Rundsteckverbinder der Bauform M12 haben sich zum gängigen Standard für industrielle Steckverbindungen etabliert. Dabei handelt es sich um eine kompakte standardisierte Schnittstelle, die herstellerübergreifend verfügbar ist. Das macht sie für viele Applikationen attraktiv: Sei es von der Übertragung von Signalen über Daten bis hin zur Leistungsübertragung – mittlerweile ist so ziemlich alles über diesen robusten, mechanisch und umgebungsbedingt widerstandsfähigen Klassiker möglich. Der Begriff M12 kennzeichnet hierbei das 12 mm große Verriegelungsgewinde. Die vielseitigen Einsatzgebiete der M12-Steckverbinder spiegeln sich auch in der Anzahl der mechanischen Codierungen wider, die den Normen (DIN EN 61076-2-xxx) der jeweiligen Einsatzgebiete entsprechen.
Die A-Codierung ist die Mutter aller M12-Codierungen; aus ihr haben sich alle weiteren mechanischen Sperrverriegelungen entwickelt, weshalb es verschiedene Codierungen mit unterschiedlicher Anzahl von Kontakten und Schutzarten gibt.
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Wenngleich M12-Schnittstellen von zwei bis hin zu 17 Pole aufweisen können, sind üblicherweise mit A-Codierung ausgezeichnete Rundstecker mit 3, 4, 5, 8 oder 12 Polen im Einsatz. Hierbei folgt die Polanzahl den vielseitigen Anforderungen: So benötigen etwa Sensoren und Stromversorgungsanwendungen 3 und 4 Stifte, hingegen beanspruchen Profinet- und Ethernet-Applikationen 4 und 8 Pole, Feldbus, Can-Bus und DeviceNet typischerweise 4 und 5 Pole. Für eine anspruchsvolle Signalübertragung sind 12 Stifte erforderlich. Die Tabelle zeigt eine Übersicht der physikalischen Ebenen.
Durchdachte Verbindungssysteme
Bei Würth Elektronik eiSos gibt es die M12-Rundsteckverbinder als Stecker und Buchse mit A-Codierung (DIN EN 61076-2-101). Die WR-CIRCM12 genannte Familie mit Schraubverriegelung für den Gehäuseeinbau und für die Kabelkonfektionierung sind mit 4, 5 oder 8 Polen erhältlich. M12-A steht für Datenleitungen mit der Option der DC-Stromversorgung, die insbesondere für Feldbusanwendungen in Industrie, Maschinenbau und Automatisierung geeignet sind.
Das aktuelle Portfolio von Würth Elektronik eiSos umfasst sowohl Produkte für die Schaltschrankmontage als auch fertige Kabellösungen oder feldkonfektionierbare Ausführungen sowie Stecker und Buchsen für den Gerätebau als THT- und Buchsenversionen für Platinen. Einsatzgebiete sind in industriellen Umgebungen und insbesondere in der Automatisierung und Robotertechnik zu finden, aber auch im Bereich der erneuerbaren Energien sowie in der Kommunikationstechnologie und im Maschinenbau finden sie Verwendung.Die Panel-Receptacles- und Field-Attachable-Versionen der M12-Rundsteckerfamilie sind cULus-zertifiziert (UL2238); zudem gewähren alle M12-Steckverbinder einen Mindestschutz gemäß IP67 oder IP68 gegen das Eindringen von Staub, Schmutz und Wasser.
Zuverlässige Kommunikation sicherstellen
Sensor- und Aktor-Applikationen leben davon, digitale Signale zügig und fehlerfrei per Kabel zu übertragen. Basis hierfür ist Ethernet over Twisted Pair (EOTP), eine der wichtigsten physikalischen Ebenen für Ethernet. Sie dient als Basis für die Protokolle EtherCAT, EtherNet/IP, Profinet, CC-Link IE, Powerlink, Sercos III und Modbus TCP.
Wenngleich M12A nicht der ursprüngliche Steckverbinder ist, auf dem die EOTP-Schnittstelle entwickelt wurde, ist es dennoch möglich, ihn in verschiedenen Anpassungen zu verwenden. So kann der achtpolige M12-Rundsteckverbinder beispielsweise als Ersatz für den RJ45 in einem ANSI/TIA-568- Kategorie-3-Verkabelungssystem dienen, das für die 10BASE-T-Ethernet-Schnittstelle mit 10 Mbit/s zum Einsatz kommt.
Das Cat-3-Kabel besteht aus vier verdrillten Paaren mit einer typischen Differenzimpedanz von 100 Ohm. Bild 1 zeigt die empfohlene Zuordnung bei der Verdrahtung eines RJ45 (8P8C Modular Plug) mit einem M12-A-codierten Rundsteckverbinder. Hingegen wird bei der Verdrahtung eines M12-A-codierten Rundsteckverbinders mit einem M12-A-codierten Rundsteckverbinder eine Pinbelegung, wie sie in Bild 2 dargestellt ist, empfohlen.
Diese Pinbelegung minimiert den Verzögerungsversatz zwischen Kontakten desselben Paares. Diese Verdrahtung ist eine weit verbreitete Konfiguration für A-codierte M12-EOTP-Verkabelung. Obwohl 10BASE-T nur zwei Paare für die Signalübertragung verwendet, ist es nicht ratsam, nur zwei Paare im Kabel zu haben oder einen vierpoligen A-codierten Rundsteckverbinder zu verwenden, da dies zu Verwechslungen mit anderen weit verbreiteten Anwendungen führen kann. Hingegen ist für die zweipaarige EOTP-Verkabelung mit M12 ein D-codierter Stecker empfehlenswert.
Überdies sind weitere Fast-Ethernet-Varianten möglich, konkret: 100Base-T für Applikation bis 100 Mbit/s, die D-codierte Rundsteckverbinder mit zweipaarigen Kabeln benötigen, beziehungsweise höher ausgelegte Base-T für Datenraten von bis zu 10 Gbit/s. Für letztere sind jedoch X-codierte Rundsteckverbinder mit vierpaarigen Kabeln erforderlich.
Lassen sich höher getaktete EOTP-Standards alternativ mit einer M12-A-Codierung umsetzen, ohne dabei Abstriche hinsichtlich Geschwindigkeit und Signalintegrität hinnehmen zu müssen? Für 100-Mbit/s-EOTP-Standards ist es möglich, eine Schnittstelle mit einem A-codierten Rundsteckverbinder herzustellen, indem die gleiche Pinbelegung wie für 10-BASE-T befolgt wird. Bei der Entwicklung einer solchen Schnittstelle gilt es die Signalintegrität zu berücksichtigen. Die gesamte Kabelbaugruppe einschließlich der Stecker muss gemäß ANSI/TIA-568 passen.
Jedes der Stecker-/Buchsenpaare und das Kabel selbst haben ein Budget für Verluste und Nebensprechen, das nicht überschritten werden darf. Es wird empfohlen, die S-Parameter einer solchen Schnittstelle zu testen, was hauptsächlich von der Kabelkategorie und der Kabellänge abhängt. Auch bei deutlich höheren Datenraten von bis zu 10 Gbit/s ist es möglich, eine Schnittstelle mit einem M12-Rundsteckverbinder mit A-Codierung herzustellen, indem die gleiche Pin-Belegung wie bei 10-BASE-T und 100-BASE-T realisiert wird und hierbei die gleichen Überlegungen zur Signalintegrität erfolgen. Eine solche Schnittstelle muss im Allgemeinen eine viel kürzere Kabellänge haben.
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