Dennoch werden heute nach wie vor allerlei Kunstgriffe angewendet, um auch den letzten Rest an Performance aus bestehenden Kupferkabel-Installationen herauszuholen. Das mag sinnvoll sein, wenn es darum geht, bestehende Anlagen weiter nutzten zu können. Für neue Projekte taugt diese mittlerweile in die Jahre gekommene Technologie jedoch nicht. Denn sie ermöglicht keine zukunftsorientierte Flexibilität. Dagegen können mit LWL beispielsweise heute langsame RS232-Daten übertragen werden, morgen Profibus und übermorgen Fast- oder Gigabit-Ethernet.

Störfeste Datenautobahn

Die hohe Bandbreite ist jedoch nur ein Vorteil gegenüber Kupferkabeln. Denn mit LWL lassen sich auch extrem große Distanzen problemlos überbrücken. Zudem wird Licht nicht durch elektrische oder magnetische Störungen beeinflusst. Deshalb können LWL auch in unmittelbarer Nähe von Energieleitungen oder anderen elektromagnetischen Quellen verlegt werden, was die Kabelführung vereinfacht.

Da alle Arten von LWL aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen, werden die Daten stets über einen elektrischen Isolator übertagen. Somit treten über LWL keine Potenzialausgleichsströme auf, die gerade bei ausgedehnten Anlagen gefürchtet sind. Selbst bei Blitzeinschlägen besteht kein Zerstörungsrisiko für die angeschlossenen Geräte. Außerdem ist bei LWL – anders als bei Kupferkabeln – keine Erdung bzw. zusätz- liche Abschirmung erforderlich.

Deshalb ist eine durchgängige Verkabelung mit LWL sozusagen der Königsweg. Da jedoch stets die Wirtschaftlichkeit der Lösung im Vordergrund stehen sollte, können von Fall zu Fall oder anders ausgedrückt, je nach Anforderungen an die Applikation, auch gemischte Infrastrukturen angebracht sein. Allerdings sind die Kostenunterschiede zwischen LWL und hochwertigen Kupferkabeln nur minimal. Zudem spricht auch die Rohstoffbilanz eine deutliche Sprache. Denn Kupfer ist eigentlich ein zu seltener Werkstoff, um es als Kabel zu verlegen. LWL bestehen dagegen aus Silikat oder Kunststoff, also Ausgangsmaterialien, die in nahezu unbegrenzter Menge zur Verfügung stehen.

Vielfältige Alternativen

Für den Einsatz im industriellen Umfeld werden unterschiedliche LWL angeboten: Singlemode-Fasern (SM) ermöglichen Datenraten von bis zu 40 Gbit/s und Distanzen von maximal 100 km. Für Entfernungen von bis zu 5 km bieten Multimode-Fasern (MM), mit denen sich Datenraten von bis zu 1 Gbit/s übertragen lassen, eine kostengüns-tige Alternative. Für kürzere Entfernungen und geringere Datenraten können POF- (Polymere Optical Fiber) oder HCS-Fasern (Hard Clad Silica) eingesetzt werden.

Während SM- und MM-Fasern aus Silikat bestehen und einen Kerndurchmesser von 9 µm bzw. 50 oder 62,5 µm haben, ist POF eine reine Kunststofffaser mit einem Durchmesser von 980 µm, die sich ohne Spezialwerkzeug leicht anschließen lässt. Bei HCS handelt es sich um eine Hybridfaser, die aus einem Glaskern von 200 µm und einem Mantelglas mit einem Durchmesser von 230 µm besteht. Der Unterschied zu SM- und MM-Fasern liegt im Material des optischen Mantels, der aus einem wenige µm dünnen, äußerst harten Kunststoff besteht. Bei der Konfektionierung muss lediglich das am Stecker überstehende Faserende abgeschnitten werden, was mit einem sogenannten Cleave Tool problemlos funktioniert.

Industriegerechte Komponenten

Dagegen ist der Anschluss von SM- und MM-Fasern aufwändiger. Zwar sind Kabel erhältlich, die bereits mit Steckern versehen sind und inklusive Dämpfungsprotokoll ausgeliefert werden. Aber dies empfiehlt sich nur, wenn die Kabeltrassen gut zugänglich und nicht länger als 300 m sind, denn das Kabel muss sich schließlich noch abrollen lassen. Ansonsten sollte ein Fachbetrieb die Stecker vor Ort anschließen und danach die Dämpfungswerte der Kabel messen. Dadurch wird – anders als bei vorkonfektionierten Leitern – die Gefahr ausgeschlossen, dass die Kabel bei der Montage beschädigt werden und die Infrastruktur mithin nicht einwandfrei funktioniert.

Für den Anschluss der unterschiedlichen LWL-Fasern werden verschiedene Steckverbindersysteme angeboten, die sich entweder verschrauben lassen, einen Push-pull-Mechanismus haben oder selbstverriegelnd sind (FC, LC, SC, SC-RJ, SMA, ST, E2000). In der Regel werden die Stecker mit der Faser verklebt, mitunter auch vercrimpt. Detaillierte Installationsrichtlinien für die Verkabelung in der Automatisierung sind mittlerweile in den Normen EN 50173 und ISO/IEC 24702 festgelegt worden.

Um die Endgeräte mit den aktiven Netzwerkkomponenten zu verbinden, spielen industriegerechte Spleißboxen eine wich- tige Rolle. Dabei lassen sich auch bewährte Technologien aus der IT-Welt nutzen. Ein Beispiel dafür ist die kompakte Spleißbox FIMP XL. Denn diese für bis zu 24 LWL-Fasern ausgelegte Box hat ein optionales MPO-Set (Multipath Push-On), das wegen seiner hohen Packungsdichte bisher vor allem in Rechenzentren verwendet wird. Aufgrund der hohen Flexibilität bei der Kabelzuführung lässt sich diese Spleißbox beispielsweise auch als Durchgangsverteiler nutzen. Um die Kupplungen und Patchkabel vor mechanischen Einflüssen zu schützen, können sie mit einer Schutzhaube abgedeckt werden.

Mit LWL lassen sich sowohl einfache Netzwerke in Linien- und Sterntopologie aufbauen als auch redundante, hochverfügbare Ringstrukturen realisieren, bei denen jeder Teilnehmer auf zwei physikalischen Wegen erreichbar ist. Vor allem bei der Nachrüstung bestehender Anlagen sind dazu jedoch oft nicht genügend freie Fasern vorhanden. Deshalb unterstützen die Feldbuskonverter und Industrial Ethernet-Switches von eks Engel die BiDi-Technologie (Bidirektionelle Kommunikation), mit der über lediglich eine Faser in zwei Richtungen kommuniziert werden kann. Dadurch müssen in aller Regel keine zusätzlichen LWL-Kabel verlegt werden.

Hochverfügbare Verbindungen

Darüber hinaus hat eks Engel mit FiberView ein Monitoring-System entwickelt, mit dem das Budget (Differenz aus Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit) einer LWL-Strecke permanent überwacht werden kann. Das ließ sich bisher nur durch aufwändige Messungen – etwa mittels optischer Reflektometrie (OTDR) – herausfinden. FiberView besteht aus einer Hardware/Software-Kombination, die in die aktiven Netzwerkkomponenten integriert ist. Mit drei LEDs oder – bei Switches – einer zusätz- lichen Bedienoberfläche, auf die via Web-Interface zugegriffen werden kann, wird wie bei einer Ampel angezeigt, ob das Budget im grünen, gelben oder roten Bereich liegt. Bei Gelb bewegt es sich gerade noch oberhalb der definierten Systemreserve von 3 dB. Da diese Frühwarnstufe, die ein vorausschauendes Handeln ermöglicht, zudem über einen potentialfreien Kontakt signalisiert wird, kann sie in Scada-Systemen auch zentral ausgewertet werden.

Dipl.-Inform. Ralph Engel ist Geschäftsführer eks Engel GmbH & Co KG in Wenden ( www.eks-engel.de )