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Industrieelektronik Signale - Daten - Leistung

| Redakteur: Kristin Rinortner

Der Geräteentwickler für die moderne Industrieelektronik steht heute vor der Herausforderung, dass seine Geräte nicht nur immer komplexere Funktionen, sondern auch mehr Schnittstellen besitzen müssen. Der Trend zu unterschiedlichen Schnittstellen für Signale, Daten und Leistung erschwert jedoch die Auswahl der richtigen Anschlusstechnik. Der Artikel gibt einen Überblick zum Stand der Technik.Matthias Tieben*

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Dezentralisierung in der Industrieautomation macht es erforderlich, neben Schnittstellen für die Signale der Sensorik auch solche für die Aktorik vorzusehen. Darüber hinaus sollte das Gerät in der Lage sein, Zustände der Maschine über standardisierte Datenschnittstellen zu melden – zum Beispiel an Leitzentralen. Auch zur Inbetriebnahme mit vorheriger Parametrierung sind Datenschnittstellen erforderlich.

Kommunikation mit SPS und Industrie-PC

Ein Antriebsumrichter benötigt heute neben den Anschlüssen für die Leistungsversorgung und den Antrieb auch solche für die Kommunikation mit der SPS oder dem Industrie-PC. Vereinfachend kann man sagen, das moderne Industriegerät benötigt Schnittstellen für Signale, Daten und Leistung.

Bildergalerie

Bei den Signalanschlüssen im Umfeld der Schutzart IP20 haben sich Leiterplatten-Steckverbindersysteme durchgesetzt. Für den Leistungsanschluss mit mehr als 20 A standen jedoch bis vor kurzem kaum Leiterplatten-Steckverbinder zur Verfügung. Hier musste auf andere Varianten zurückgegriffen werden. Da diese Lösungen oft nicht auf der Leiterplatte integriert werden konnten, erhöhte sich der Fertigungsaufwand für die Geräte nicht unerheblich.

Leistung auf die Leiterplatte

Die heute zur Verfügung stehenden Leiterplatten verkraften wesentlich höhere Ströme. Daher liegt es nahe, hierfür auch Leiterplatten-Steckverbinder zur Verfügung zu stellen. So bietet die Produktfamilie Combicon power Steckverbinder für Ströme bis zu 76 A und Printklemmen bis zu 125 A. Der große Umfang dieser Produktreihe bietet neben der klassischen Wire-to-board-Verbindung auch Lösungen für Board-to-board-, Wire-to-wire- sowie für kundenspezifische Sonderverdrahtungen.

Leistung im Feld

Außerhalb des Schaltschranks – im Umfeld der Schutzart IP 67 haben sich bei der Signalübertragung Rundsteckverbinder durchgesetzt. Weit verbreitet sind dabei die Rundsteckverbinder der Größen M12 und M8. Diese Steckverbinder sind standardisiert und an nahezu jedem Sensor zu finden. Üblicherweise bieten sie eine Polzahl von 3 bis 5. Sollen mehr Signale mit einem Steckverbinder übertragen werden, muss auf größere Rundsteckverbinder wie M16 oder M23 zurückgegriffen werden.

Auch hier gibt es Fortschritte: die Produktfamilie Pluscon circular beinhaltet höherpolige M12-Rundsteckverbinder mit 8 oder 17 Polen. Für die dezentrale Verdrahtung von Signalen stehen also geeignete Lösungen zur Verfügung. Eine Herausforderung ist die Leistungsverteilung in einer räumlich ausgedehnten Anlage.

Die Steckverbinderfamilie Duplicon erlaubt die Verteilung von Energie auf ähnliche Weise wie ein Feldbussystem. Die kaskadierbaren Stecker übertragen bis zu 70 A bei 400 V, entsprechen der Schutzart IP67 und verfügen über eine stabile Verriegelung. Es gibt sowohl Anbaugehäuse für Schaltschränke, als auch für Industriegeräte mit Kontakteinsätzen für die Leiterplatte. Besondere Flexibilität in der Verdrahtung wird durch den in drei Richtungen möglichen Kabelabgang erreicht (Bild 1).

Daten im Feld

Bei der Anschlusstechnik für Signale und Leistung gibt es interessante Lösungen, die dem Hersteller von Industriegeräten viele Ansätze bieten. Wie sieht es aber mit den immer wichtiger werdenden Datenschnittstellen aus?

Ein Stichwort ist Industrial Ethernet. Was sich im Büro bewährt hat, hält seit einiger Zeit auch in der Industriehalle Einzug. Prozesse und Abläufe müssen visualisiert werden – und das möglichst weltweit. Hierzu müssen die Steckverbinder aus der Bürowelt industrietauglich gemacht werden. Niemand käme auf die Idee, den Standard-RJ45-Stecker aus dem Büro-PC unverändert in die Schweißroboter-Steuerung an einer Automobil-Fertigungsstraße zu integrieren.

Phoenix Contact bietet die Steckverbinder der Produktfamilie Pluscon data für die gängigen Datenschnittstellen in der industrietauglichen Schutzart IP67. Neben den Steckverbindern für Industrial Ethernet – RJ45 für drahtgebundenes und SCRJ für Lichtleiter-gebundendenes Industrial Ethernet – werden solche für USB, Firewire sowie gängige Feldbusse vorgestellt.

Besonderes Highlight sind dabei die ersten RJ45-Steckverbinder in der Schutzart IP67 mit Schnellanschlusstechnik, mit der der Steckverbinder ohne Crimpzange im Feld verdrahtet werden kann (Bild 2). Das Bestreben, die Steckverbinder für Profinet zu standardisieren, führte in Zusammenarbeit mit der Profibus-Nutzerorganisation (PNO) zu den neuen Profinet-Push-Pull-Steckverbindern, die in Ausführungen für LWL (SCRJ), Kupfer (RJ45) sowie Leistung vorgestellt werden.

Lösungen für die Gebäudeautomation und -kommunikation

Den Trend zu mehr Schnittstellen und insbesondere zum Anbinden von Geräten an Netzwerke wie Ethernet gibt es nicht nur in der Industrie. Auch im Bereich der Gebäudeinstallation und -kommunikation sind diese Bestrebungen zu beobachten.

Dem Geräteentwickler aus diesen Branchen stellt sich somit ebenfalls das Problem, wie er diese Vielzahl an Anschlusstechnik in sein Gerät integriert. Dabei ist er durch die Dimensions-Vorgaben eingeschränkt, die sich durch den Einsatz seiner Geräte im Installations-Unterverteiler ergeben.

Die Installationsgehäusefamilie BC Housing wurde für den Einsatz im Standard-Unterverteiler konzipiert. Es lassen sich unterschiedliche Anschlusstechniken integrieren – von der einfachen Printklemme über den Leiterplattensteckverbinder bis hin zum RJ45-Anschluss für die Ethernet-Anbindung.

Die Anordnung der Leiterplatten innerhalb des Gehäuses kann in allen drei Raumachsen erfolgen. Auch die Kommunikation der Geräte untereinander erfolgt über einen speziellen hochpoligen Tragschienen-Busverbinder ohne größeren Verdrahtungsaufwand (Bild 3).

Fazit

Der Trend, immer mehr Signale Platz sparend zu übertragen, führt zu kleineren und höherpoligen Steckverbindern, die die hohen Zuverlässigkeitsanforderungen der Industrie erfüllen müssen. Industrial Ethernet führt zur industriellen Adaption von Computer-Schnittstellen aus dem Büroumfeld. Um diese Adaptionen nicht nur herstellerspezifisch zu realisieren, sondern dem Anwender die Sicherheit standardisierter Schnittstellen zu geben, ist eine Zusammenarbeit von Steckverbinder-Herstellern und Nutzerorganisationen erforderlich.

Der Trend zu mehr und unterschiedlichen Schnittstellen für Signale, Daten und Leistung an den Industriegeräten macht es für den Gerätehersteller und –entwickler immer komplizierter, sich für die richtige Anschlusstechnik zu entscheiden. Hier kann ein – auf allen diesen Gebieten – kompetenter Partner von großem Nutzen sein.

*Dipl. Ing. Matthias Tieben ist Manager Sales Promotion Geräteanschlusstechnik bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg.

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