Jasné koncepty skupiny Lapp pro Industry 4.0

O Industry 4.0 se intenzivně diskutuje již déle než čtyři roky. Cílem je přitom dosažení výhod ve výrobě pomocí tzv. inteligentní továrny (Smart Factory). Jde o schopnost změn, efektivitu využití zdrojů, ergonomickou konfiguraci a integraci zákazníků a obchodních partnerů do obchodních a výrobních procesů. Tato změna, která se často označuje jako 4. průmyslová revoluce, má za úkol zajistit firmám technický náskok v mezinárodní konkurenci.

Po tak dlouhé diskuzi se stále častěji vyžaduje, aby se k této změně konečně přistoupilo. To znamená, že jsou vyžadovány jasné, realizovatelné koncepty. Stuttgartská skupina Lapp, jeden z předních dodavatelů integrovaných řešení a značkových výrobků v oblasti kabelových a spojovacích technologií, přijala tuto výzvu, tak jako mnoho jiných výrobců z oboru automatizace. 

Industry 4.0 vychází převážně ze síťového propojení firemních a obchodních procesů. Od úrovně ERP (Enterprise Ressource Planning) až po úroveň snímač/akční člen. Jen tak je možné přenášet data z výrobních linek přímo do řídicích systémů pro plánování nebo výrobu. 

Spolehlivé síťové propojení výroby na všech úrovních je možné pouze s integrovaným konceptem kabeláže a připojení, který dovoluje jednotnou instalaci. I když se jako jednotná technologie prosadil Ethernet, je třeba podle druhu aplikace zohlednit různé požadavky ohledně přenosové rychlosti, mechanické odolnosti nebo specifikací jednotlivých systémů. 

Zařízení musí mít modulární konstrukci

Tam, kde mezi sebou a na úrovni ERP komunikují celé stroje a součásti zařízení, musí být zaručena dostatečná přenosová rychlost v „Backbone″ - páteři zařízení. Tím se zabrání vzniku problémových míst a existuje možnost pozdější přestavby nebo rozšíření zařízení. Proto by zařízení měla být podle vize Industry 4.0 budována také mnohem důsledněji modulárně. U kabeláže podle standardu Cat.6_A je páteř zařízení v každém případě progresivně dimenzována až pro 10 Gbit/s. Toto síťové propojení poskytuje také dostatečné rezervy a zajišťuje možnost rozšíření. Páteřní rozvody jsou obvykle pevně vedeny přes kabelové lávky nebo kabelové žlaby. 

U větších pohyblivých částí zařízení musí však být tato páteř často uložena také v energetických řetězech. Pro toto použití vyvinula skupina Lapp kabely ETHERLINE^® Cat.6_A FD, které jsou pro energetické řetězy vhodné a které zajišťují spolehlivý přenos dat i po mnoha milionech ohybových cyklů. 

Cat.6_A však není vyhrazena pouze pro páteřní rozvody. Taková síťová připojení jsou zapotřebí i u komplexních snímačů, jako jsou průmyslové kamery, protože musí zajišťovat velkou přenosovou rychlost. Pro připojení je nezbytný také konektor RJ45 podle standardu Cat.6_A. Je-li dále vyžadována také vodotěsnost a odolnost proti znečištění podle IP67, jsou konektory M12 vhodným řešením. Pro splnění požadavků Cat.6_A, byl navíc konektor M12 s běžným kódováním D doplněn o variantu s kódováním X.

Čtyři žíly místo osmi

Uvnitř stroje nebo výrobní buňky se nejčastěji používají 4žilové kabely Cat.5. Disponují maximální přenosovou rychlostí 100 Mbit/s. To je zpravidla dostačující pro síťové propojení ovládání s decentralizovanými I/O systémy nebo strojově orientovaných vizualizací. Na této úrovni se pak často používají průmyslové ethernetové systémy jako PROFINET^®, Ethernet/IP nebo EtherCAT. Velkou výhodou přenosové rychlosti 100 Mbit/s je, že zde stačí použít čtyři žíly namísto osmi, které jsou zapotřebí pro přenosovou rychlost 1 Gbit/s. Tím se podstatně sníží náročnost připojení a kabely jsou kompaktnější.

Prostorově úsporná řešení tam, kde je to nezbytné

U běžných strojů je na úrovni senzor/aktor většinou k dispozici jen velmi málo místa. A běžné průmyslové ethernetové kabely Cat.5 často vyžadují kvůli velkému vnějšímu průměru a velkým poloměrům ohybu příliš mnoho místa. Pak je tedy nutno sestrojit větší stroj nebo nebudou kabely namontovány s požadovaným poloměrem ohybu podle instalačního předpisu.

Skupina Lapp vyvinula pro případ takové aplikace kabely ETHERLINE^® EC. 4žilové ethernetové kabely Cat.5e s vnějším průměrem jen 5 mm mají minimální poloměr ohybu pouze 16 mm. To umožňuje dimenzovat i energetické řetězy extrémně malé (s nejmenším poloměrem ohybu 40 mm). Malých průměrů kabelů se dosáhne uspořádáním žil do tzv. hvězdicové čtyřky a tenkým lankem o průřezu AWG26. U hvězdicové čtyřky se žíly nestáčí do párů, tak jak je to běžné u datových kabelů, ale všechny čtyři žíly jsou spleteny dohromady. Robustní vnější plášť z PUR umožňuje použití i při vysokém mechanickém zatížení nebo v prostředí s olejem. 

Další možností pro úsporu místa je konektor M8. Je podstatně menší než konektor M12 používaný u průmyslového Ethernetu. Kompaktní kabely ETHERLINE^® EC a konektory M8 jsou dostupné také jako konfekce, která mimo odolnosti splňuje také požadavky na těsnost podle IP67. 

Z příkladů vyplývá, že pomocí odstupňovaného Ethernetu je možné dosáhnout na míru šitých řešení síťového propojení. Stávající zařízení mohou být již dnes optimalizována pro nezbytnou přenosovou rychlost, mechanickou odolnost a okolní podmínky a připravena pro Smart Factory.

Datové kabely ETHERLINE^® Cat.6 FD a ETHERLINE^® EC FD CAT. 5E

Industrial Ethernet EC Patchkabel M8

Konektor M12 x-kódování Cat. 6A 10G a konektor RJ45 Cat. 6A

 

Konfekcionovatelný M12 Bus konektor