M12D-kodiert oder RJ45: industrielle Steckverbinder in Schutzart IP67 für die Ethernet-Kommunikation Vorzugskandidat gesucht - KEM

M12D-kodiert oder RJ45: industrielle Steckverbinder in Schutzart IP67 für die Ethernet-Kommunikation

Vorzugskandidat gesucht

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Die Vielfalt von Industrial-Ethernet-Steckverbindern in Schutzart IP67 ist groß, wenn es um industrielle RJ45-Steckverbinder geht. Bei M12-Steckverbindern gibt es derzeit nur einen Standard. Bei RJ45-Anschlüssen bevorzugen die wesentlichen IE-Gruppierungen allerdings unterschiedliche Varianten gemäß ISO IEC 61076-3-106 beziehungsweise -117.

Exklusiv in KEM Der Autor Klaus Leuchs ist Produktmanager im Bereich Industrial Ethernet bei der Weidmüller Interface GmbH & Co. KG, Detmold

M12 ist allgemein die am weitesten verbreitete Anschusstechnik in der Steuerungstechnik beziehungsweise auf der Feldebene. Anwender sind mit dieser Anschlusstechnik bestens vertraut, das gilt auch für den Industrial Ethernet-Bereich. In den Harmonisierungsbestrebungen bei der IP67-Anschlusstechnik für Industrial-Ethernet stimmen die wesentlichen IE-Organisationen und -Verbände überein, in der M12-Anschlusstechnik auf D-kodierte Steckgesichter zu setzen. Die Profibusnutzerorganisation (Profinet), Ethernet Powerlink Standardization Group (Ethernet Powerlink), Modbus IDA (Modbus) und ODVA (Ethernet/IP) haben einheitlich die M12-D-kodierte Verbindungstechnik in ihre Spezifikationen aufgenommen.
Konkurrierende Steck- verbinder: M12 versus RJ45
Die Anschlusstechnik M12 ist seit etwa 30 Jahren im Umfeld der Automatisierungstechnik erfolgreich im Einsatz. Sie ist kompakt gebaut, robust ausgelegt und in Schutzart IP67 nach EN 60529 (VDE 0470-1) erhältlich. In der IEC 61076-2-101 (VDE 0687-76-2-101) ist der M12 beschrieben. Steckverbinder M12 sind durch ihr D-kodiertes Steckgesicht für den Einsatz in Industrial-Ethernet-Netzwerken spezifiziert (kurz M12D).
RJ45 steht als Synonym für die Anschlusstechnik in der Informationstechnologie. Western Electric hat diesen Steckverbinder ursprünglich entwickelt. Daher leitet sich auch die alternative Bezeichnung „Western Plug“ ab. Nahezu jeder kennt diesen Steckverbinder, da jeder PC in der Office-Welt über RJ45 mit dem Unternehmensnetzwerk verbunden ist. Der Vorteil: Patch-Kabel mit RJ45-Steckern sind einfach zu stecken und zu lösen. Die IEC 60603-7 (VDE 0687-603-7) beschreibt den RJ45-Steckverbinder. Die Verkabelung ist in der ISO/IEC 11801 (für Office) oder in der ISO/IEC 24702 (für Industrie) beschrieben.
Für den Einsatz im rauen industriellen Umfeld liegen zwischenzeitlich Weiterentwicklungen von RJ45 in Schutzart IP67 vor. Diese Anschlüsse fassen IEC 61076-3-106 und -117 zusammen. Die Merkmale eines RJ45-Steckers in IP67 sind seine Durchgängigkeit vom Office bis in die Maschine, außerdem ist er geeignet für Übertragungseigenschaften der Kategorie Cat.5 bis Cat.6A nach IEC 11801. Er ist in der Schutzart IP67 nach EN 60529 (VDE 0470-1) ausgeführt, und es gibt ihn mittlerweile in 14 Varianten.
Die maßgeblichen Varianten des RJ45 in IP67 sind:
  • Variante V 01: ein Bajonett-Steckverbinder, wie ihn die ODVA vorschreibt
  • Variante V 04: ein Push-Pull-Steckverbinder für die Fabrikhallenverkabelung nach ISO/ IEC 24702
  • Variante V 05: ein Rechteck-Steckverbinder (schwerer Steckverbinder)
  • Variante V 06: ein Push-Pull-Steckverbinder mit Klammerverriegelung und
  • Variante V 14: ein Push-Pull-Steckverbinder, wie ihn unter anderem die PNO und die AIDA (Automatisierungsinitiative der deutschen Automobilindustrie) spezifizieren.
M12-Cat. 6A-Steckverbinder für raue Umgebung
Neben RJ45-Steckverbindern zur Übertragung von Datenmengen von 10 Gbit/s offeriert Weidmüller auch M12-X-Type-Steckverbinder, die die Cat.-6A-Anforderungen erfüllen. Die PNO hat sich bei der achtpoligen M12-Verkabelung für das Steckgesicht „X-coded“ entschieden. Die Bezeichnung „X-coded“ entstand aufgrund des Kreuzaufbaus der paarigen Kammern. Die M12- X-Typen zeichnen sich durch eine hohe Verschmutzungs- und Feuchtigkeitsresistenz aus. Die Steckverbinder sind in Schutzart IP67 ausgeführt und verfügen über einen 360°-Schirmanschluss. Weiterhin überzeugen sie durch eine einfache und sichere Anschlusstechnik, deshalb ist eine Konfektionierung ohne Spezialwerkzeug direkt im Feld möglich. Eine innovative Umspritz-Technologie macht Patchkabel, die mit M12-X-Type-Steckverbindern versehen sind, manipulationssicher und leistungsfähig.
Weidmüller hat die Trends, die zur Realisierung der M12-X-Type-Steckverbinder geführt haben, begleitet und maßgeblich mitgeprägt. Auf diese Weise bietet Weidmüller schon heute eine Bandbreite an Lösungen für die Profinet-konforme Verkabelung von morgen.
Seit Ende 2009 existiert ein weiterer technologischer Ansatz, welcher als „H-Coding“ in die Normierung Eingang gefunden hat. Entgegen der Abschirmung der paarigen Kontakte durch ein Vier-Kammersystem beim X-co-ding werden die Kontakte bei H-Coding orthogonal angeordnet, um das Nahnebensprechen zu minimieren.
Industrial-Ethernet-Leitung mit Push-Pull-Steckverbindern
Weidmüller bietet für Profinet- und Sercos-III-Netzwerke eine umspritzte IE-Leitung mit Push-Pull-Steckverbindern als sichere Anschlusslösung für industrielle Einsätze. Gemäß Profinet-Spezifikation sind in IP67-Netzwerkinstallationen Push-Pull-Steckverbinder der Variante 14 vorgesehen. Basierend auf Komponenten mit Steadytec-Technologie, gestatten auch die neuen umspritzten IP67-Patchkabel Applikationen bis 10-Gigabit-Ethernet. Die innovative Umspritzungstechnologie sorgt für Manipulationssicherheit, effektiven Knickschutz und hohe Zug-/Querentlastung. Ausgeführt in Schutzart IP67, zeichnet sich die Schnittstelle durch eine robuste Mechanik aus. Jede Komponente entspricht der Profinet-Spezifikation, konform zu IEC 61076- 3-117, Variante 14. Dank „Steadytec“-Technologie bieten die kompakten Push-Pull-Steckverbinder zudem eine sichere Schirmung. Die konfektionierten und umspritzten Patchkabel Profinet sind schleppkettentauglich (Typ.C) und entsprechen der Kategorie Cat.5 (ISO/IEC 11801) / Cat.5e (TIA 568-B).
Bandbreite und Übertragungsgeschwindigkeit
Die Übertragungsgeschwindigkeit auf einem symmetrischen Übertragungssystem stellt genau definierte Anforderungen an die Bandbreite der Kabel und Steckverbinder. Ist die Ethernet-Übertragung mit 100 Mbit/s auf einer Systembandbreite von 100 MHz (Kategorie 5, Cat.5) realisierbar, stellt das Übertragungssystem eine vieradrige Verbindung zur Verfügung.
Der Schritt zur nächsten Geschwindigkeitsstufe von 1000 Mbit/s, also 1Gbit/s, erfordert ebenfalls Kategorie 5, (Cat.5), allerdings mit einem achtadrigen Übertragungssystem bei gleichbleibenden äußeren Bedingungen, wie Interferenzen, Systemlängen oder Dämpfungen. Damit wären die physikalischen Kapazitäten des M12 D-Steckverbinders, der zurzeit genormt für die Kategorie 6 nicht vorliegt, begrenzt. Der bekannte achtpolige M12-Steckverbinder erfüllt aufgrund der Lage seiner Kontakte nicht die Anforderungen für eine Ethernet-Übertragung. Dies gilt für Fast-Ethernet (100 Mbit/s) sowie für Gigabit-Ethernet und auch 10-Gigabit-Ethernet. Der achte Kontakt in der Mitte des M12-Steckverbinders wirkt wie eine zusätzliche Antenne, die ein zu großes Nahnebensprechen (NEXT) verursacht. Der neue achtpolige M12-Cat.6A ist ein Steckverbinder, der weder auf einen bestehenden achtpoligen M12, noch auf den 4-poligen M12-D coded aufgesteckt werden kann. Der Wechsel von vier auf achtadrig sowie auf höhere Übertragungsgeschwindigkeiten bedeutet daher eine Inkompatibilität zu bestehenden M12-Systemen. Der neue achtpolige M12-X-Type-Steckverbinder erfüllt aber die Cat.-6A-Anforderungen und ist damit der einzige für Gigabit und mehr einsetzbare M12-Steckverbinder .
Das Hauptargument der M12- Steckverbinder ist die Robustheit im Vergleich zum industriellen RJ45-Steckverbinder sowie seine Bekanntheit im Industrieumfeld. Die Normvorschläge zeigen aber auch, dass die Prüfspezifikationen des achtpoligen M12- Cat-6A-Steckverbinders hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegenüber Temperatur, Schock und Vibrationen die gleichen Anforderungen erfüllen wie die bekannten RJ45-Steckverbinder. Im Vergleich sind die geprüften Anforderungen, die ein achtpoliger M12-Steckverbinder erfüllen muss, die gleichen wie die eines RJ 45 mit Schutzgehäuse.
Testnorm für das Übertragungsverhalten
Für den symmetrisch aufgebauten achtpoligen M12-Steckverbinder gibt es aktuell, hinsichtlich der Datenübertragung, keine Cat-6A-Testnorm. Es wird mit einem Abschluss des Normungsprojektes nicht vor dem Jahr 2012 gerechnet. Im Gegensatz dazu sind die Messverfahren der Übertragungseigenschaften bei nicht symmetrischen RJ45-Steckverbindern international standardisiert und auch breit im Markt akzeptiert.
Beide Steckverbinderkonzepte wurden jeweils als PAS (Public Available Specification) auf den Weg gebracht. Eine PAS ist ein Normentwurf, auf den referenziert wird, solange eine Norm noch nicht international akzeptiert ist. Beide PAS wurden im September 2010 zu einem Normungsprojekt zusammengefasst, in dem beide zueinander inkompatiblen Systeme eingebracht wurden. Hiermit ergibt sich eine ähnliche Situation wie im Jahr 2001, als die Normierung 14 zueinander inkompatible Steckverbindervarianten für die industriellen RJ45-Steckverbinder in einer Norm zusammengefasst hat. Am Ende haben sich die zwei Steckverbinder durchgesetzt, die von den Nutzergruppen wie PNO und ODVA für Industrial Ethernet ausgewählt wurden. Dies sind die Varianten 1 und 14 der Normreihe EN 61076-3. Der Auswahlprozess hat damals mehrere Jahre in Anspruch genommen.
Blick in die Zukunft
Obwohl sich Steckverbinder-Lösungen in RJ45-Anschlusstechnik weiterhin durchsetzen werden, kann von einer Ablösung von den M12D-Steckverbindern noch keine Rede sein. Andererseits hat der RJ45 aufgrund seiner hohen Übertragungsgeschwindigkeit Vorteile, wenn Applikationen den Transfer von großen Datenmengen verlangen, wie es bei hochkomplexen Bilddaten der Fall ist. Hohe Übertragungsraten benötigen beispielsweise Hersteller von Kameras, die diese zur optischen Überwachung und Qualitätskontrolle von Fertigungsprozessen einsetzen. Mit der „herkömmlichen“ M12-Anschlusstechnik lässt sich das nicht mehr darstellen. Und bei der Beobachtung der industriellen Megatrends liegt die Vermutung nahe, dass sich die aus dem IT-Umfeld bekannte schnelle Entwicklung der Übertragungsinfrastruktur auch im industriellen Umfeld weiter fortsetzten wird. Weidmüller überlässt seinen Kunden die Wahl zwischen RJ45 und M12 (D-coded und X-Type) und hat in seinem IE-Produktportfolio beide Anschlusstechniken im Programm.
Weidmüller;
Telefon: 05231 1429-1190,
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