Stromversorgung: intelligent gelöst

Stromversorgung: intelligent gelöst
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JetNet 5310G Diese Switches sind robust, industrietauglich und verfügen über 10 Ports mit PoE-Funktionalität.
17.04.2013 | Das TCP/IP-Protokoll hat sich seit Langem in der Office-Welt durchgesetzt. Jetzt ist es auch in der industriellen Automation, Gebäudeautomation und Verkehrsleittechnik etabliert. Mit Power over Ethernet, kurz «PoE», lassen sich Endgeräte direkt über das Netzwerkkabel mit Strom versorgen. Ein Blick hinter die Kulissen zeigt diese Technik.

Der Kommunikationsspezialist Korenix widmet sich seit geraumer Zeit dem Thema industrielle Kommunikation. Es wurden gezielt leistungsfähige Produkte unter dem
Sammelbegriff «Industrial Ethernet» entwickelt und auf den Markt gebracht. Geräte im harten industriellen Umfeld müssen eine Reihe von Bedingungen erfüllen: Montage auf DIN-Hutschiene, erhöhte Schutzart, Vibrationsbeständigkeit, lüfterloses Design, redundante Spannungsversorgung 24 VAC/DC, erweiterten Temperaturbereich –20 °C bis +70 °C sowie besondere Vorkehrungen zur Ausfallsicherheit und Alarmierung. Im Bereich der industriellen Ethernet-Switches mit PoE-Funktion ist Korenix Marktleader.
Mit verschiedenen Ausführungen kann ein sehr breites Anwendungsgebiet abgedeckt werden. Für den Anwender einer PoE-Lösung im industriellen Umfeld stellen sich jedoch Fragen wie:

  • Wie funktioniert PoE?
  • Kann man Endgeräte mit und ohne PoE-Funktion gemeinsam betreiben?
  • Welche Vorteile bringt die PoE-Funktionalität?
  • Welche zusätzlichen Funktionen bieten PoE-Ethernet-Switches?
  • Welche Applikationen eignen sich für PoE?

Wie funktioniert PoE?

Wie funktioniert PoE?
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Das Power over Ethernet (PoE)-Prinzip: so funktioniert es.

Die wichtigste Botschaft vorweg: PoE-Funktionalität lässt sich über bestehende Kabelinfrastrukturen anwenden. Heute dominieren Cat-5-Installationen. Die erzielbare Bandbreite von 100 MBit bis 1 GBit für ein einzelnes Endgerät genügt auch noch in ferner Zukunft. Die Kabel verfügen über 4 verdrillte Aderpaare, davon werden allerdings nur zwei verwendet für die Kommunikation. Die restlichen zwei Aderpaare lassen sich frei nutzen, z. B. für eine PoE-Lösung.


PoE ist in der Norm IEEE 802.3af grundsätzlich spezifiziert. Dabei unterteilt die Norm PoE-Geräte in zwei Hauptkategorien. In die erste Kategorie fallen Energieversorgerprodukte (Power Sourcing Equipment PSE), in die zweite Kategorie fallen Verbraucherprodukte (Powered Devices PD). Das Produktsortiment reicht dabei von nicht administrierbaren Fast Ethernet PoE-Switches mit LWL-Anschluss bis hin zu administrierbaren Fast Ethernet PoE-Switches mit 28 Port im 19“-Rack. Einige Geräte verfügen über die patentierte «Rapid Super Ring»-Technologie. D.h. bei einem Kabelunterbruch wird die Verbindung in weniger als 5 ms über eine Backup-Leitung wiederhergestellt. Damit wird eine sehr hohe Verfügbarkeit erzielt. Die beiden nicht benutzten Aderpaare führen eine Spannung von nominal 48 VDC (44 . . . 57 V) und erlauben eine theoretische Leistung von 15,4 W. Der Standard IEEE 802.3af geht davon aus, dass nach Leitungsverlusten noch zirka 13 W beim Endgerät zur Verfügung stehen.


Beim neuen Standard IEEE 802.3at (PoE+ oder auch PoE plus) wird die Leistung am Endgerät von 15 Watt auf 30 Watt  (25.5 Watt) erhöht. Damit werden natürlich viele neue Einsatzvarianten erschlossen. Thema dieses Beitrags ist nicht nur die aktive Variante mit der PSE-Lösung, sondern auch verschiedene Endgeräte PD, die mit PoE betrieben werden können.

Endgeräte mit PoE

Endgeräte mit PoE
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PET-7019Z Löst Mess- und Prüfaufgaben mit PoE auch im rauhen Industrie-Umfeld.

Endgeräte, welche PoE nicht unterstützen, lassen sich trotzdem ohne Probleme im selben Netzwerk mit den gleichen Komponenten betreiben. Damit keine Folgeschäden an den Verbrauchern entstehen können, wurde ein entsprechendes Verfahren, das sogenannte «Resistive Power Discovery» eingeführt. Hierbei legt der Energieversorger zunächst mehrfach eine nur minimale Spannung auf die Adern, mit der sich im Normalfall kein Gerät beschädigen lässt. Er erkennt dabei, ob der Energieverbraucher einen 25-kOhm-Abschlusswiderstand besitzt und damit PoE-fähig ist. Daraufhin wird der Verbraucher mit einer ganz geringen Leistung versorgt, und muss nun signalisieren, zu welcher der verschiedenen Leistungsklassen des PoE Standards er angehört. Erst nach dieser Rückmeldung erhält das Endgerät (PD) die volle Leistung und kann den Normalbetrieb aufnehmen.
 
Vorteile der PoE-Funktionalität
Nebst der Einsparung des Stromversorgungskabels oder eines abgesetzten Steckernetzteils bietet PoE eine zuverlässige und sichere Stromversorgung. Eine Garantie der Stromversorgung selbst bei Netzausfall ist ebenfalls einfacher realisierbar, weil nur der PoE-Switch über eine USV gestützt werden muss.
PoE-Switches können nicht nur Endgeräte mit Strom versorgen, sondern bieten weitere nützliche Funktionen und erhöhen so die Flexibilität für den Anwender. Bei der beschriebenen JetNet-Serie muss der Benützer keine Kompromisse eingehen. Alle gängigen und bekannten Standards sind implementiert. So muss man auf Funktionen wie der Rapid Super Ring-Technologie, redundante Stromversorgung, Alarm-Relaiskontakt und diverser Managementfunktionen wie SNMP, V1/V2/V3, IGMP snooping, RMON, LACP, VLAN und QoS nicht verzichten. Zusätzlich sind die PoE-Geräte aber für den industriellen Einsatz konzipiert und garantieren auch unter harten Bedingungen einen einwandfreien Betrieb. Durch das im Switch integrierte Web-Interface wird die Konfiguration noch einfacher. Dabei kann man mit einem Standard-Web-Browser wie z. B. dem MS Internet Explorer, ganz einfach auf das Gerät via IP-Adresse zugreifen und so die entsprechenden Konfigurationen vornehmen. Jeder Port lässt sich individuell anpassen. Mit der JetNet-Serie können PoE-Ports via Tages- und Wochenplanung eingerichtet werden. Dabei kann der Benutzer stündlich wie auch wöchentlich bestimmen, wann die entsprechenden Ethernet-Ports aktiv oder passiv sein sollen. Eine übergeordnete Steuerung erübrigt sich also. Mit der integrierten LPLD-Funktion wird das angeschlossene Gerät in Realtime auf Aktivität kontrolliert. Falls die entsprechende Rückmeldung fehlt, kann der JetNet-PoE-Switch selbstständig einen Restart des Endgerätes durchführen und somit den angeschlossenen Verbraucher automatisch wieder zum Leben erwecken.

Applikationen für PoE
Typische Geräte für PoE-Technik sind: IP-Kameras, WLAN AccessPoints, IP-Telefonie, Bluetooth-Access-Points, optische Richtfunkanlagen (FSO), Zutritts-Kontrollsysteme und viele weitere Anwendungen der industriellen Automation, Gebäudeautomation, Sicherheitstechnik, Verkehrsleit- und überwachungstechnik.

PET-7000 - Serie  -  Web-basierende I/O-Module 
Diese Web-basierenden PoE I/O-Module mit einer Leistungsaufnahme von 3-5 Watt verfügen über einen integrierten Web-Server, der Konfiguration, I/O-überwachung und –Kontrolle mit einem normalen Web-Browser ermöglicht. Durch die Web-HMI-Funktion sind keine Programmier- oder HTML-Kenntnisse erforderlich. Darüber hinaus unterstützen die PET-7000 das Modbus / TCP-Protokoll zur perfekten Anbindung der Module an zahlreiche marktübliche Scada-Programme.
Die PET-7000 sind ideal geeignet für Aufgaben in der Mess- und Steuerungstechnik in rauher, industrieller Umgebung. Die Module bieten eine 2-fache galvanische Trennung für den Ethernet-Anschluss und für die I/Os. Somit ist ein Schutz gegen Stör- und überspannungen gewährleistet. Die über 20 Module sind für die verschiedensten Funktionen, wie Thermoelement-, Analog-, Digital-, Relais-, etc. ausgestattet und können beliebig kombiniert werden.


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