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Videoüberwachung von Prozessanlagen Netzwerkintegration von Videoüberwachungsanlagen leicht gemacht

| Autor / Redakteur: (B. Eng.) Tommy Göring* / Dr. Jörg Kempf

Anwender von Videoüberwachungsanlagen haben hohe Ansprüche an die Qualität der Videobilder. Entsprechende Kameratechnik ist das eine. Die teilweise rauen Umgebungsbedingungen im Außenbereich prozesstechnischer Anlagen erfordern zudem robuste Netzwerkkomponenten, die einen zuverlässigen Betrieb sicherstellen und bestenfalls den Aufwand reduzieren.

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Zuverlässige Kommunikation in Kameranetzwerken sorgt dafür, dass kein Bild verloren geht.
Zuverlässige Kommunikation in Kameranetzwerken sorgt dafür, dass kein Bild verloren geht.
(Bild: Phoenix Contact)

Hochauflösende Bildsequenzen, bei denen selbst kleinste Details gut zu erkennen sind: Von Film und Fernsehen „verwöhnt“, ist die Erwartungshaltung an die Videoüberwachung in der Prozessindustrie hoch. Leider reicht es nicht aus, lediglich hochwertige Kameratechnik auszuwählen. Sollen die Kameras in ausgedehnten Anlagen installiert und in das bestehende Netzwerk eingebunden werden, kommt es auf die passende Technologie sowie leistungsfähige Komponenten an.

Im Außenbereich müssen die Geräte zudem rauen Umgebungseinflüssen trotzen. Neben Staub und Feuchtigkeit ist mit elektromagnetischen Störungen und Überspannungen zu rechnen. Ein störsicherer Datenaustausch lässt sich nur mit Komponenten umsetzen, die eine entsprechende elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen. Darüber hinaus sind ein weiter Temperaturbereich sowie eine mechanisch robuste Montage notwendig.

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Strukturierte Feldverkabelung mit Mini-Anschlussfeldern

In der Feldverkabelung von Schaltkästen zu Kameras sowie zwischen einzelnen Gebäuden erweist sich der Einsatz von Kupferkabeln für die feste und flexible Installation als sinnvoll. Phoenix Contact bietet Leitungen sowohl als Meterware wie auch mit vorkonfektioniertem Stecker an. Möchte der Anwender die Kabel selbst im Feld zusammenstellen, umfasst das Leistungsspektrum zahlreiche Steckverbinder und Werkzeuge in verschiedenen Ausführungen. Die konfektionierten Patchkabel können in Längen bis 20 Meter für Cat5 und Cat6 bezogen werden. Zur strukturierten Feldverkabelung empfehlen sich Mini-Anschlussfelder. Die passiven Patchpanels für die Tragschiene stellen eine komfortable Alternative zur Vor-Ort-Konfektionierung von RJ45-Steckern dar, denn deren aufwändige Montage mit speziellem Werkzeug entfällt.

Kombinierte Versorgung mit Daten und Energie

Bei der PoE-Technologie (Power over Ethernet) wird die Energie für das zu beliefernde Gerät über die Datenleitung transportiert. Die dazu erforderliche Leistung handeln der Abnehmer (das Powered Device: PD) und der Versorger (das Power Sourcing Equipment: PSE) elektrisch untereinander aus. Das PSE kann ein Mehrport-PoE-Switch oder ein PoE-Injektor als Stand-Alone-Lösung sein. Für die unterschiedlichen Leistungsklassen steht ein umfassendes Portfolio von PoE-Injektoren zur Verfügung. Mit bis zu 30 Watt Versorgung erfüllen die Geräte die Standards IEEE 802.3 af (15,4 Watt) und 802.3 at (30 Watt). Die 60-Watt-Komponenten können z.B. leistungsstarke PTZ-Kameras (Pan Tilt Zoom – Schwenken, Neigen, Zoomen) beliefern.

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Ethernet-Patchpanels
Schnelle Verbindung zwischen Feld und Schaltschrank

Patchpanels dienen der strukturierten Verkabelung und sparen viel Zeit bei der Installation.
Patchpanels dienen der strukturierten Verkabelung und sparen viel Zeit bei der Installation.
( Bild: Phoenix Contact )

Die Anschlusstechniken und Schutzmechanismen der PoE-Injektoren kommen auch in den acht neuen Ethernet-Patchpanels von Phoenix Contact zum Einsatz, die in zwei Funktionsgruppen zur Verfügung stehen. Die passiven Übergabemodule erlauben eine einfache und schnelle Verbindung zwischen der Feld- und Schaltschrankverkabelung. Neben den Standard-Modulen in kompakter Bauform umfassen die neuen Patchpanels einen integrierten Überspannungsschutz. Er sichert die angekoppelten Endgeräte ab und trägt damit zu einer hohen Anlagenverfügbarkeit bei. Das gilt ebenfalls für die zusätzliche Schirmstromüberwachung, denn eine LED zeigt Erdungsprobleme in der Anwendung an. Verschiedene Technologien wie IDC-, Schraub- und Push-in-Anschlusstechnik erleichtern die Anbindung des Feldkabels. Bei gleichzeitiger Zugentlastung wird der Kabelschirm werkzeuglos angeschlossen, was zu einer deutlichen Zeitersparnis führt.

Neben den verschiedenen Leistungsklassen bis 60 Watt zeichnen sich die PoE-Injektoren durch einen weiten Betriebstemperaturbereich von -40 bis 75 °C aus, weshalb sie vielseitig nutzbar sind. Die Geräte werden flexibel über einen redundanten Eingangsspannungsbereich von 18…57 V DC versorgt und erlauben somit die Verwendung von 24-VDC- und 48-VDC-Netzteilen. Zur Absicherung von Kurzschlüssen auf der PoE-Versorgungsleitung beinhaltet das interne Netzteil eine galvanische Trennung. Diese schützt den PoE-Injektor ebenso wie vorgeschaltete Netzteile und andere Komponenten im Versorgungssegment vor der Zerstörung durch einen Kurzschluss zwischen den PoE-führenden Datenleitungen und gegen den Kabelschirm. So lassen sich erhebliche Kosten vermeiden.

Außerdem umfassen die PoE-Injektoren erstmals eine integrierte Patchpanel-Funktion. Die bisher übliche RJ45-Buchse für beide Ethernet-Ports wird jetzt durch Klemmtechnologien zum Anschluss der PoE-führenden Feldleitung ergänzt. Durch die einfache Anbindung der Leitung an den Injektor entfällt folglich die aufwändige Montage eines RJ45-Steckverbinders mit speziellem Werkzeug. Das Platzieren eines separaten Patchpanels mit einem Verbindungs-Patchkabel erübrigt sich ebenfalls. Das spart Kosten und Platz auf der Tragschiene ein.

Eingebauter Schutz vor Überspannungen

Ethernet-Schnittstellen arbeiten mit niedrigen Signalpegeln bei hohen Frequenzen. Das macht sie besonders empfindlich in Bezug auf Überspannungen, die zur Zerstörung der teuren Netzwerkkameras und anderer Komponenten führen können. Gerade bei Videoanlagen im Außenbereich sind die Geräte bei einkoppelnden Spannungen gefährdet. Aus diesem Grund verfügen die PoE-Injektoren wahlweise über einen eingebauten Überspannungsschutz und schützen somit die angeschlossenen Endgeräte.

Die neuen PoE-Injektoren überzeugen zudem durch eine patentierte Schirmstromüberwachung. Ist die Installation durch verschiedene Potentialbezüge gekennzeichnet, können Ausgleichsströme über den Kabelschirm fließen. Daraus resultieren unter Umständen eine Beschädigung kostspieliger Betriebsmittel und damit der Ausfall der kompletten Videoanlage. Daher beinhalten die PoE-Injektoren INJ 2000 eine einfache Diagnose. Vorhandene Ausgleichsströme oder eingekoppelte Ströme auf der PoE-führenden Leitung werden messtechnisch ermittelt und über eine LED angezeigt. Dem Anwender wird also visualisiert, dass in seiner gesamten Installation ein generelles Erdungsproblem vorliegt. Einzelne Anlagenteile sind folglich möglicherweise nicht sachgerecht untereinander potentialverbunden oder bei der Kabelverlegung gibt es zu viele Einkopplungsmöglichkeiten für elektromagnetische Einflüsse.

Transparente Umsetzung von Kupfer auf LWL

In der Ethernet-Welt sind die maximalen Reichweiten einer kupferbasierenden Übertragung schnell erreicht. Die physikalischen Grenzen lassen sich durch Nutzung der Lichtwellenleiter (LWL)-Technologie allerdings problemlos ausdehnen. Die optische Kommunikation bietet zudem eine vollständige galvanische Trennung und somit hohe Störsicherheit im Außenbereich. Medienkonverter setzen hier die Ethernet-Daten transparent auf das optische Medium um. Die Geräte, die sich einfach in das Netzwerk integrieren, stellen für jede Anwendung die passende Technologie zur Verfügung: Während sich Medienkonverter mit 1300 Nanometer Lichtwellenlänge für besonders große Distanzen eignen, unterstützen die Geräte mit 660 Nanometer Lichtwellenlänge die einfach handhabbare POF-/HCS-Technik.

Für rotierende Anwendungen sowie zum Einsparen von Kabelfasern hat Phoenix Contact die Medienkonverter FL MC WDM… entwickelt, die auf der WDM-Technologie (Wavelength Division Multiplexing) basieren. Die Komponenten ermöglichen eine bidirektionale Verbindung auf einer einzelnen optischen Faser. Der neue, robuste Medienkonverter FL MC 2000E wurde für den Einsatz in stark EMV-belasteten Umgebungen wie Schaltanlagen konzipiert. Das Gerät, das selbst extremen Umgebungsbedingungen standhält, entspricht dem Energie-Standard der IEC 61850-3 und IEEE 1613.

Fazit: In professionellen Videoanlagen nimmt die Planung und Installation der Infrastruktur einen großen Teil des Projekts ein. Dafür sind zuverlässige Komponenten unabdingbar, denn Videoüberwachungssysteme werden rund um die Uhr betrieben. Deshalb betrachtet Phoenix Contact das Netzwerk der jeweiligen Videoüberwachung ganzheitlich. Als Spezialist für alle Produkte und Dienstleistungen zwischen Kamera und Video-Server bietet der Automatisierungsspezialist industrietaugliche Lösungen, mit denen kein Bild verloren geht.

* Der Autor arbeitet im Strategischen Produktmarketing im Bereich Communication Interfaces bei der Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont.

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