Die Kommunikation zwischen einzelnen Geräten ist die Grundlage der Automatisierung, sowohl in Privathaushalten als auch in der Industrie. Drahtlose Verbindungen werden derzeit entwickelt. Diese sind jedoch störungsanfällig und weisen eine gewisse Signalübertragungsverzögerung auf, weshalb sie hauptsächlich in Smart-Home-Systemen und deutlich seltener in der Industrie eingesetzt werden. Die Kommunikationsanforderungen für industrielle Anlagen haben sich im Laufe der Jahre verändert, und damit einhergehend sind neue Technologien entstanden. Aktuell werden Ethernet-Kabel häufig für die Kommunikation zwischen einzelnen Netzwerkkomponenten verwendet. Sie ermöglichen sehr schnelle Datenübertragung (bis zu 40 Gigabit pro Sekunde) und können daher komplexe Anweisungen zwischen Computern oder Steuerungen und Bedienfeldern oder Steuereinheiten übertragen. Bevor jedoch verdrillte Adernpaare in Industrieanlagen zum Standard wurden, waren Verbindungen auf Basis von D-Sub-Steckverbindern üblich.
D-Sub (D-Subminiatur) ist eine Familie von Steckverbindern zur Kommunikation zwischen elektronischen Geräten. Das „D“ im Namen leitet sich von der charakteristischen Form des Steckers bzw. der Buchse ab, die diesem Buchstaben ähnelt. Es gibt viele verschiedene Arten von D-Sub-Steckverbindern. Die kleinste Standardausführung hat 9 Pins, die größte 104.
Die Geschichte der D-Sub-Steckverbinder reicht bis in die 1950er-Jahre zurück, dennoch sind sie auch heute noch weit verbreitet. Dies liegt unter anderem daran, dass in vielen Bereichen noch immer Geräte aus dem letzten Jahrhundert verwendet werden, als diese Steckverbinder noch gängiger waren. Die häufigste Anwendung von D-Sub-Steckverbindern ist die Kommunikation über RS-232- und RS-485-Schnittstellen. Sie ermöglichen den Aufbau relativ großer Verbindungsnetzwerke zwischen Geräten in industriellen Umgebungen.
Die erste dieser Schnittstellen – RS-232 – wurde früher hauptsächlich verwendet, um Endgeräte und verschiedene Peripheriegeräte wie Drucker oder Tastaturen mit dem Computer zu verbinden. Sie diente auch zur Verbindung des Computers mit dem Modem. Im alltäglichen Gebrauch wurde sie weitgehend durch die heute weit verbreiteten USB- und Ethernet-Anschlüsse ersetzt.
D-Sub-Steckverbinder sowie RS-232- und RS-485-Schnittstellen.
In der Industrie wird RS-232 jedoch weiterhin eingesetzt. Wo es nicht durch verdrillte Adernpaare ersetzt wurde, dient es nach wie vor der Kommunikation zwischen Computern und SPS-Modulen oder HMI-Panels. Es hat jedoch einen Nachteil: Da die übertragenen Spannungssignale – von -3 bis -15 V als Logikpegel „1“, von +3 bis +15 V als Logikpegel „“ und die Spannungen von -3 bis 3 V ungenutzt sind – nur bis zu einer maximalen Kabellänge von 15 Metern und einer Übertragungsgeschwindigkeit von 20 kbit/s möglich sind, kann die RS-232-Schnittstelle nur bis zu einer maximalen Kabellänge von 15 Metern und einer Geschwindigkeit von 20 kbit/s genutzt werden. Bei längeren Kabeln können die Spannungsabfälle zu groß werden, um das Signal effektiv an das angeschlossene Gerät zu übertragen. Ursprünglich wurde RS-232 für das Modbus-Protokoll verwendet, diese Funktion wurde jedoch im Laufe der Zeit von RS-485 übernommen.
RS-485 ist gewissermaßen eine Erweiterung der RS-232-Schnittstelle. Sie ermöglicht die busähnliche Datenübertragung zwischen mehreren Geräten. Sie ist schneller als die zuvor genannte Schnittstelle und weniger störanfällig. RS-485 erreicht Übertragungsraten von 35 Mbit/s über eine Kabellänge von bis zu 10 Metern. Je nach Anforderung kann ein einzelnes Kabel jedoch bis zu 1200 Meter lang sein. Darüber hinaus sinkt die Übertragungsgeschwindigkeit auf 100 kbit/s, was immer noch um ein Vielfaches schneller ist als bei RS-232. Bis zu 32 Geräte können über das RS-485-Protokoll verbunden werden. Diese Werte (sowohl hinsichtlich der Kabellänge als auch der Anzahl der angeschlossenen Geräte) lassen sich erhöhen.
Der Repeater ermöglicht den Anschluss weiterer Geräte an eine Leitung oder die Reichweitenverlängerung um bis zu 1200 Meter, wobei gegebenenfalls einzelne Geräte getrennt werden können.
Im Gegensatz zu RS-232 verwendet RS-485 eine Differenzspannung und ermöglicht so größere Reichweiten als die einfachere RS-232-Schnittstelle. Unterhalb von -200 mV liegt bei RS-485 eine logische „1“ vor, oberhalb von +200 mV ein logisches „“.
Anwendung von D-Sub-Steckverbindern in der Industrie:
Da RS-232- oder RS-485-basierte Netzwerke in vielen Fällen noch funktionsfähig sind, werden D-Sub-Steckverbinder weiterhin eingesetzt. Viele ältere Maschinen und Geräte sind nicht mit Ethernet-Steuerung kompatibel, funktionieren aber dennoch einwandfrei. Daher besteht kein Grund, etwas zu verändern, was gut funktioniert.
Neben Modbus-RTU-Netzwerken werden RS-232- und RS-485-Steckverbinder, also D-Sub-Steckverbinder, auch in Profibus-DP-Netzwerken verwendet. Die Bedienung über die RS-485-Schnittstelle ist in beiden Fällen ähnlich.
D-Sub-Steckverbinder werden mitunter für Steuerungen eingesetzt, bei denen keine komplexen Befehle übertragen werden müssen. Ein gutes Beispiel hierfür ist die Ansteuerung von Ventilanschlüssen. Hierbei aktiviert ein High-Pegel am Steckerstift eine der Spulen.
Charakteristisch für den D-Sub-Steckverbinder sind die Schrauben an beiden Seiten des Steckers. Diese sorgen für eine sichere Befestigung des Steckers in der Buchse und verhindern ein versehentliches Herausziehen. Dies ist einer der Gründe, warum D-Sub-Steckverbinder in der Eisenbahnindustrie immer noch weit verbreitet sind.
Die verschraubte Verbindung verringert das Risiko, dass sich das Kabel durch Vibrationen löst. Gerade bei einem fahrenden Zug sind Vibrationen unvermeidlich und können im Extremfall die Steckverbinder lockern, was unbedingt unerwünscht ist. Dies gilt insbesondere für Branchen, in denen Steuerungsfehler zu Katastrophen im Straßenverkehr führen können.
Die bekannteste, aber mittlerweile veraltete Anwendung von D-Sub-Anschlüssen ist der klassische VGA-Anschluss für Monitore. Dieser Standard wurde zunächst durch den DVI-Anschluss ersetzt, doch mit der Zeit hat sich HDMI als gängigster Anschluss für die Verbindung von Monitoren mit Computern etabliert.
Die Zukunft von D-Sub-Steckverbindern in der Industrie:
Fortschritt ist unerlässlich, und Innovationen in der Industrie sind von großer Bedeutung. Es ist schwer zu argumentieren, dass die Kommunikation über verdrillte Adernpaare schlechter wäre als jahrzehntealte Protokolle mit D-Sub-Steckverbindern. Allerdings vollziehen sich Revolutionen im Industriesektor deutlich langsamer als es den Anschein hat. Innovationen sind oft mit hohen Kosten und einem gewissen Risiko verbunden, das sich nicht alle Unternehmen leisten können. Technologische Veränderungen können zudem Anpassungen der Arbeitsorganisation und der Gebäudeinfrastruktur erforderlich machen. Daher nutzen trotz des Zeitablaufs viele Geräte weiterhin Technologien, die veraltet erscheinen mögen. Darüber hinaus werden auch weiterhin neue Geräte entwickelt, die über D-Sub-Steckverbinder kommunizieren können. Dies ermöglicht den einfachen Austausch von Netzwerkkomponenten, die vor Jahren eingebaut wurden, durch neue, ohne dass die Kommunikationsmethode, beispielsweise auf verdrillte Adernpaare, geändert werden muss.
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