V konektorech pro průmyslový Ethernet se vyjasňuje

O tom, že síť Ethernet proniká v podnikové hierarchii stále blíže technologickým provozům, již nikdo nepochybuje. Spolu s jinými jejími přednostmi k tomu přispívá trvale se prosazující trend decentralizace řídicích systémů. V jeho důsledku se na nejnižší hierarchické úrovni řízení v průmyslových provozech stále častěji používá strukturovaná kabeláž splňující přísné požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu i při stupni krytí IP67. Je pochopitelné, že jejím kritickým místem jsou při tom rozebíratelné spoje realizované konektorovými zásuvkami a zástrčkami na kabelech a připojovaných zařízeních [3]. Použitá spojovací technika, jmenovitě konektory, musí být i v krajně nepříznivých provozních průmyslových provozech velmi spolehlivá. Kvalitu komunikačního systému sice ovlivňují i kabely a způsob jejich položení, ale příčinou poruch však budou především rozebíratelné spoje, a to zejména po delší době provozu ve znečištěném prostředí. Protože obrazně řečeno, oddělit plevy od zrní zde obvykle dokážou až léta provozu, je pro uživatele o to důležitější znát zrno již při návrhu strukturované kabeláže.

Problematice volby konektoru pro průmyslový Ethernet byl v tomto časopise již věnován článek [1]. Přibližně po roce lze konstatovat, že se dřívější roztříštěná praxe přece jen sjednotila na dvou základních typech konektorů, které v několika variantách pokrývají potřeby průmyslu. Uživatel má nyní na výběr konektor typu RJ45 v několika navzájem nekompatibilních tzv. odolných provedeních určených pro průmyslové prostředí, nebo konektor s pouzdrem typu M12 (konektor M12) přizpůsobený pro síť Ethernet. Při hledání odpovědi na otázku, zda je lepší vytvořit strukturovanou kabeláž pro síť Ethernet s krytím IP67 s použitím odolných konektorů RJ45, nebo upravených konektorů M12, se spolu střetávají dva rozdílné názory. Technici zabývající se datovými sítěmi v kancelářském prostředí jsou pro odolný RJ45, tj. typ, na který jsou zvyklí. Vyzdvihují přitom především jeho kompatibilitu s jednodušší kancelářskou verzí a schopnost přenášet data i rychlostí větší než 100 Mb/s. Technici z průmyslové sféry naopak dávají přednost kabeláži s konektory M12. Zdůvodňují to jejich robustností, menšími rozměry, nižší cenou a tím, že jsou v průmyslovém prostředí již osvědčené. Každé z nabízených řešení má určitě své přednosti, protože však pro jejich hodnocení existují různé přístupy a narážejí na sebe dvě různé filozofie, je správně rozhodnout obtížnější, než se na první pohled zdá. Důležitou roli při výběru by přitom měla bezpochyby mít normalizace. Zde však také ještě není zcela jasno.

Současný stav normalizace

Provedení konektoru M12 pro Ethernet se stupněm krytí IP67 popisuje norma IEC 61076-2-101. Základem je dosavadní konektor M12, již prověřený dlouhodobým používáním v průmyslovém prostředí na úrovni snímačů a akčních členů, kde se dokonale osvědčil. V nedávno vydaném dodatku k uvedené normě je popsána jeho čtyřkolíková varianta s tzv. kódováním D, která umožňuje použít konektor M12 pro přenos dat rychlostí až 100 Mb/s (tzv. rychlý Ethernet) a současně nedovoluje záměnu s konektory M12 s kódováním A (používanými k připojení snímačů a akčních členů), popř. B (používají je některé průmyslové sběrnice). Při přenosové rychlosti do 100 Mb/s zaručuje toto provedení kompaktního konektoru M12 spolehlivé spojení i v průmyslovém prostředí. Proti použití konektoru M12 hovoří pouze to, že není kompatibilní s ethernetovými konektory pro kancelářské prostředí; to však lze snadno vyřešit vhodnými adaptéry. Pro přenos dat rychlostí nad 100 Mb/s však není konektor M12 zatím vhodný.

Pro rozebíratelné spoje v sítích Ethernet s přenosovou rychlostí větší než 100 Mb/s lze zatím použít jenom konektor typu RJ45. Zde to ale není s normalizací tak jednoduché. Pracovní skupina mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) s označením JTC1 SC25 WG3 se zabývá normalizací konektorů pro průmyslový Ethernet na bázi RJ45 od prosince 2002 (www.iec.ch). Návrh příslušné normy IEC 61076-3-106 Connectors for Electronic Equipment (Konektory pro elektronická zařízení), v němž jsou definována ochranná pouzdra osmikolíkového konektoru pro frekvenci až 600 MHz a provoz v průmyslovém prostředí, byl koncem roku 2004 rozeslán k připomínkovému řízení a v konečné verzi bude vydán do 31. prosince 2005. Z pohledu uživatelů by byl žádoucí standard nabízející výběr z nejvýše tří nebo čtyř standardizovaných typů. Skutečnost však je taková, že podle předběžných informací je na přání výrobců konektorů v návrhu zahrnuto deset různých variant odolných pouzder pro konektory RJ45. Potíže uživatelů s volbou vhodného konektoru tedy budou patrně pokračovat. Ve všech případech je nutné počítat s tím, že odolné konektory RJ45 jsou fyzicky větší než jejich standardní provedení, což může být někdy na závadu.

Stanovisko uživatelských organizací

Kdo chce mít větší jistotu, že zvolí správný – tedy perspektivní – typ konektoru, měl by se asi řídit doporučeními hlavních uživatelských organizací, kterými jsou v dané oblasti Industrial Automation Open Networking Aliance (IAONA), Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) a Profibus Nutzerorganisation (PNO). Ty totiž již vybraly své favority. Vedle konektoru M12 s kódováním D (obr. 1), který podporují všechny tři uživatelské organizace, dává IAONA u odolného konektoru RJ45 přednost variantám 1 a 6 podle návrhu normy IEC 61076-3-106 od firmy Siemon, popř. Phoenix Contact (obr. 2). Odolný konektor RJ-45 v provedení firmy Siemon preferuje také ODVA pro jí podporovanou síť Ethernet/IP, zatímco PNO se rozhodla používat pro síť Profinet variantu 4 podle návrhu normy IEC 61076-3-106, kterou nabízí firma Harting (obr. 3).

Rozhraní v síti Ethernet v průmyslovém prostředí musí především spolehlivě fungovat. To je z hlediska praxe prvořadý požadavek, ze kterého nelze slevit ve snaze za každou cenu prosadit ten či onen typ konektoru. Z hlediska použití budou mít na trhu své stálé místo konektory na bázi RJ45 i M12. V oblastech, které jsou v rámci vertikální integrace přímo navázány na kancelářskou síť, nelze konektory RJ45 ničím nahradit. Naproti tomu v oblastech klasické senzoriky na nejnižší úrovni řízení existují úlohy, pro které je nejvhodnější konektor M12 s různými způsoby upevnění, např. na panel, na zadní stěnu, na desku s plošnými spoji, a co nejmenších rozměrů. Řešení nabízená v současné době vybranými předními výrobci konektorů (Amphenol-Tuchel, Harting Deutschland, Phoenix Contact, Siemon, Franz Binder, Hirschmann Electronics a Woodhead Connectivity) jsou stručně představena ve [2] spolu s citací názorů německých odborníků ze tří naposledy uvedených firem. Ti se v podstatě shodují v tom, že dvojkolejnost danou souběžným používáním konektorů typu M12 a RJ45 nelze v současnosti odstranit, protože oba typy konektorů se používají v mnoha aktivních komponentách. Obě varianty budou existovat vedle sebe zřejmě tak dlouho, dokud do průmyslového prostředí nepronikne gigabitový Ethernet. Ten bude znamenat „červenou„ pro konektor M12, který je jenom čtyřpólový, a tudíž přenos gigabitového Ethernetu podle současných standardů neumožní. V případě odolných konektorů RJ45 obhajují výrobci svá konstrukční řešení především z obchodních důvodů, protože žádné z nich nemá oproti ostatním výraznější technické přednosti.

Ve snaze prosadit se na lukrativním trhu s konektory pro ty nejnáročnější průmyslové provozní podmínky však výrobci často zapomínají řešit problémy úloh vyžadujících odolnost na úrovni sice ještě také tzv. průmyslové, ale přece jen o něco nižší. Ačkoliv i v této „všeobecné“ oblasti je třeba z hlediska závislosti mezi provozními podmínkami a spolehlivostí používat konektory určité specifikované kvality, zatím se zde, z neznalosti či v nechvalné snaze za každou cenu ušetřit, dosud ještě často používají běžné výrobky určené výhradně pro kancelářské prostředí. V orgánech ISO/IEC byla proto ke standardizaci požadavků z hlediska provozních podmínek sestavena tabulka označovaná jako MICE (Mechanical, Ingress, Chemical, Electromagnetic), ve které jsou požadavky v každé ze čtyř kategorií stanovujících vlivy prostředí (mechanické, vnik předmětů a látek, chemické, elektromagnetické) vždy definovány ve třech třídách. Koncepci MICE, odvozenou z jednoduššího přístupu organizace IAONA, mezitím akceptovaly také asociace elektronického a telekomunikačního průmyslu EIA/TIA v USA a pracovní výbor IEC SC65C. Její předností je dostatečná pružnost, umožňující klasifikovat i velmi rozdílné průmyslové provozní podmínky, v nichž se musí kabeláž instalovat, aniž by zbytečně rostla její složitost. Nejpozději v prvním čtvrtletí letošního roku má příslušná pracovní skupina ISO/IEC návrh normy (11801) dokončit. Krátce nato má Evropský výbor pro normalizaci v elektrotechnice CENELEC předložit k připomínkám dalekosáhle harmonizovanou normu EN 50173-3 Generic cabling systems – Part 3: Industrial premise, specifikující požadavky na instalaci strukturované kabeláže s horním mezním kmitočtem až 600 MHz pro počítačová a telekomunikačních zařízení v průmyslovém prostředí (viz http://www.cenelec.org).

Literatura:
[1] SUCHÝ, K.: Konektory pro průmyslový Ethernet. Automa, 2003, roč. 9, č. 11, s. 40–41.
[2] IP67 – geschützte Ethernet-Steckverbinder: Philosophiefrage. IEE 49, 2004, č. 6, s. 50–53.
[3] POLLEY, F. – HOFFMANN, A: Für IP67 spricht die Flexibilität im Prozess. ElektroAutomation, 2004, č. 10, s. 78–80.

Ing. Karel Kabeš