112 • ETHERNET
Netzwerkaufbau - Grundlagen und Richtlinien
Der WAGO ETHERNET TCP/IP Feldbus-Controller benötigt, außer einem PC mit Netzwerkkarte, keine zusätzlichen Master-Komponenten. Mittels RJ45-Anschluss ("Westernstecker") kann der Feldbus-Controller problemlos an lokale oder globale Netze angebunden werden. Weiterhin können die aus der Rechnervernetzung bekannten Komponenten wie Hubs, Switches oder Repeater eingesetzt werden.
Durch die Verwendung von ETHERNET als Feldbus wird eine durchgängige Datenübertragung zwischen Fertigung und Büro geschaffen. Bei Anschluss des ETHERNET TCP/IP Feldbus-Controllers an das Internet können sogar weltweit, bei Bedarf auch von mehreren Stationen gleichzeitig, industrielle Prozessdaten für alle Arten von Applikationen abgerufen werden. Somit wird eine standortunabhängige Überwachung, Visualisierung, Fernwartung und Steuerung von Prozessen ermöglicht.
Die WAGO Kontakttechnik GmbH ist Mitglied der IAONA Europe, einer Organisation, dessen Ziel es ist, ETHERNET in der Automatisierungstechnik zu etablieren.
5.2 Netzwerkaufbau - Grundlagen und Richtlinien
Für den Aufbau eines einfachen ETHERNET Netzwerk benötigen Sie einen PC mit Netzwerkkarte, ein Verbindungskabel, einen ETHERNET Feldbusknoten und ein DC 24 V Netzgerät für die Spannungsversorgung.
Jeder Feldbusknoten besteht aus einem ETHERNET TCP/IP FeldbusController, Busklemmen und einer Endklemme. Die einzelnen Busklemmen werden beim Anrasten auf die Tragschiene automatisch über einen internen Klemmenbus mit dem ETHERNET TCP/IP Feldbus-Controller verbunden.
Physikalisch ist der Anschluss von bis zu 64 Busklemmen an einem
ETHERNET TCP/IP Feldbus-Controller möglich.
Hinweis
Mit dem Einsatz der WAGO Klemmenbusverlängerungs-Kopplerklemme 750-628 und -Endklemme 750-627 ist es möglich, an dem Controller 750-841 bis zu 255 Klemmen zu betreiben.
An die digitalen oder analogen Busklemmen werden auf der Feldseite Sensoren und Aktoren angeschlossen. Über diese werden die Prozesssignale erfasst, bzw. können Signale an den Prozess ausgegeben werden.
Der Feldbus-Controller erkennt alle gesteckten I/O-Klemmen und erstellt daraus ein lokales Prozessabbild. Hierbei kann es sich um eine gemischte Anordnung von analogen (Datenaustausch wortweise) und digitalen (Datenaustausch bitweise) Busklemmen handeln.
WAGO-I/O-SYSTEM 750 ETHERNET TCP/IP
ETHERNET • 113
Netzwerkaufbau - Grundlagen und Richtlinien
Abb. 5-1. Anschlussprinzip eines Feldbusknoten für den Aufbau eines Netzwerks |
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Die Feldbus-Kommunikation zwischen Master-Anwendung und FeldbusController findet entweder über das MODBUS-Protokoll oder über Ethernet/IP statt.
5.2.1 Übertragungsmedien
Allgemeine ETHERNET Übertragungsstandards
Zur Übertragung von Daten unterstützt der ETHERNET-Standard zahlreiche Technologien, die sich in verschiedenen Kenngrößen wie z.B. Übertragungsgeschwindigkeit, Medium, Segmentlänge und Übertragungsart unterscheiden.
1Base5 |
benutzt ein 24 AWG UTP (Verdrilltes Adernpaar) für ein 1Mbit/s |
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Basisbandsignal für Entfernungen bis zu 500 m (250 m pro Segment) in einer |
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physischen Stern-Topologie. |
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10Base2 |
benutzt ein 5 mm 50 Ohm Koaxialkabel für ein 10 Mbit/s Basisbandsignal für |
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Entfernungen bis zu 185 m in einer physischen Bus-Topologie (oft als Thin |
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ETHERNET, ThinNet oder Cheapernet bezeichnet). |
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10Base5 |
benutzt ein 10 mm 50 Ohm Koaxialkabel für 10 Mbit/s ein Basisbandsignal für |
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Entfernungen bis zu 500 m in einer physischen Bus-Topologie (oft als Thick |
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ETHERNET bezeichnet). |
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10Base-F |
benutzt ein Glasfaserkabel für ein 10 Mbit/s Basisbandsignal für Entfernungen |
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bis zu 4 km in einer physischen Stern-Topologie. |
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(Es gibt drei Unterspezifikationen: 10Base-FL für Glasfaser-Link, 10Base-FB für |
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Glasfaser-Backbone und 10Base-FP für Glasfaser-passiv). |
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10Base-T |
benutzt ein 24 AWG UTP oder S-UTP (Verdrilltes Adernpaar) für ein 10 Mbit/s |
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Basisbandsignal für Entfernungen bis zu 100 m in einer physischen Stern- |
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Topologie. |
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10Broad36 |
benutzt ein 75-Ohm Koaxialkabel für 10 Mbit/s ein Breitbandsignal für |
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Entfernungen bis zu 1800 m (oder 3600 m mit Doppelkabeln) in einer |
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physischen Bus-Topologie. |
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100BaseTX |
spezifiziert die 100Mbit/s-Übertragung auf 2 Aderpaaren über eine mit |
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Komponenten der Kategorie 5 realisierte Verkabelung. Kabel, RJ45-Wanddosen, |
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Patchpanel usw. müssen gemäß dieser Kategorie für eine Übertragungsfrequenz |
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von mindestens 100MHz ausgelegt sein. |
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Tab. 5-1: ETHERNET Übertragungsstandards
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ETHERNET TCP/IP
114 • ETHERNET
Netzwerkaufbau - Grundlagen und Richtlinien
Darüber hinaus gibt es noch weitere Übertragungsstandards, wie z. B.: 100Base-T4 (Fast ETHERNET über verdrillte Adernpaare), 100Base-FX (Fast ETHERNET über Lichtwellenleiter) oder P802.11 (Wireless LAN) für eine drahtlose Übertragung.
10Base-T, 100BaseTX
Für den WAGO ETHERNET Feldbusknoten kann entweder der 10Base-T Standard oder 100BaseTX genutzt.
Der Netzwerkaufbau ist deshalb sehr einfach und günstig mit S-UTP Kabel als Übertragungsmedium oder mit Leitungen des Typs STP realisiert werden.
Beide Kabelarten sind in jedem Computerhandel erhältlich.
S-UTP Kabel (Screened-Unshielded Twisted Pair) sind einmalgeschirmte Kabel der Kategorie 5 mit einer Gesamtabschirmung um alle verdrillten ungeschirmten Adernpaare und einer Impedanz von 100 Ohm.
STP Kabel (Shielded Twisted Pair) sind symmetrische Kabel der Kategorie 5 mit verseilten und einzeln geschirmten Adernpaaren, ein Gesamtschirm ist nicht vorhanden.
Verkabelung der Feldbusknoten
Für den direkten Anschluss eines Feldbusknoten an die Netzwerkkarte des PCs benötigen Sie ein sogenanntes Cross Over Kabel.
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Abb. 5-2: Direkter Anschluss eines Knoten mit Cross Over Kabel |
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Wollen Sie mehrere Feldbusknoten mit einer Netzwerkkarte verbinden, kann der Anschluss der Feldbusknoten über ein sogenannten ETHERNET-Hub mit parallelen Kabeln erfolgen.
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Abb. 5-3: Anschluss eines Knoten über ein Hub mit parallelen Kabeln |
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ETHERNET TCP/IP
ETHERNET • 115
Netzwerkaufbau - Grundlagen und Richtlinien
Ein Hub ist ein Vermittlungssystem zwischen Netzwerksegmenten und Feldbusknoten. Vergleichbar mit einer Mehrfachsteckdose bildet der Hub den Konzentrationspunkt für eine sternförmige Verkabelung und ermöglicht die Bildung logischer Netzwerke.
Beachten
Die Kabellänge zwischen Feldbusteilnehmer und Hub darf ohne Zwischenschalten von Signalaufbereitungs-Systemen (z.B. Repeater) maximal 100 m betragen. Für größere Netzwerkausdehnungen sind in dem ETHERNET-Standard verschiedene Möglichkeiten beschrieben.
5.2.2 Netzwerk-Topologie
Mit 10Base-T, bzw. 100BaseTX werden laut ETHERNET-Standard mehrere Stationen (Knoten) sternförmig verkabelt.
Aus diesem Grund sollen hier nur die Stern-Topologie und für größere Netzwerke der Aufbau einer Baum-Topologie genauer betrachtet werden.
Stern-Topologie
Bei der Stern-Topologie handelt es sich um ein Netz, an dem alle Stationen mit einem zentralen Knoten verbunden sind. Dazu wird ein Hub wie ein normaler Rechner an eine Bus-Architektur angeschlossen, bzw. verläuft der Bus innerhalb des Hubs.
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Abb. 5-4: Stern-Topologie |
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Neben der einfachen Realisierung liegen die Vorteile einer solchen Anwendung in der Erweiterbarkeit eines vorhandenen Netzes. Es kann ohne einen Ausfall des Netzes eine Station zugefügt bzw. entnommen werden. Weiterhin wird bei einer defekten Leitung nur die Kommunikation zur betreffenden Station beeinträchtigt und somit die Ausfallsicherheit des gesamten Netzes deutlich erhöht.
Mit der Stern-Topologie können sehr leicht administrativ zusammengehörende Gruppen gebildet, in hierarchischen Ebenen zusammengefasst und baumartig vernetzt werden.
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