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Dezentrale Automatisierung Bequem installieren und wirtschaftlich produzieren

| Autor / Redakteur: Christian Gemke, Jörg Hohmeier* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Zeitgemäße Anlagen- und Maschinenkonzepte setzen auf Baukastensysteme und Modularisierung sowie auf die Verkürzung der Zeiten für die Installation und Inbetriebnahme. Dabei ist die Steckbarkeit der elektrischen Anschlüsse und Netzwerke vor Ort ein wichtiger Faktor. Ethernet-fähige I/O-Module im Feld leisten der Modularisierung und Dezentralisierung Vorschub – standardisierte M12-Schnittstellen vereinfachen dabei Installation und Verkabelung.

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Dezentrale Automatisierung - mittels Ethernet-fähiger I/O-Module mit M12-Schnittstellen werden individuelle Maschinensysteme modular und dezentral errichtet.
Dezentrale Automatisierung - mittels Ethernet-fähiger I/O-Module mit M12-Schnittstellen werden individuelle Maschinensysteme modular und dezentral errichtet.
(Bild: Phoenix Contact)

Waren modulare Feldinstallations-Konzepte mit den Feldbus-Systemen weit verbreitet und die Auswahl an entsprechenden Produkten zur Feldinstallation reichhaltig, so schlug das Pendel mit der Einführung von Industrial-Ethernet wieder in Richtung Schaltschrank. Die Gründe dafür lagen auch in der Skepsis viele Anwender hinsichtlich der Stabilität der Technik sowie der Verfügbarkeit der Komponenten.

Nachdem diese Skepsis aber verschwunden ist, weil Ethernet-basierte Kommunikationslösungen ausgereift und umfassend zur Verfügung stehen, stellt sich nun die Frage: Wo liegen weitere Potentiale, um Anlagenkonzepte auf dieser Basis weiter zu rationalisieren? Wie können effiziente Anlagenkonzepte auch außerhalb des Schaltschranks gestaltet werden? Dabei fällt vor allem die Spannungsversorgung der Komponenten für die Feldinstallation ins Auge.

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Komponenten für die 24 V-Infrastruktur

Bei den Komponenten innerhalb des Schaltschranks handelt es sich um die Stromversorgung, den Sicherungsautomaten, die Übergabe-Elemente vom Schaltschrank in die Feldebene sowie um die Steckverbinder an der Schaltschrankwand. Bei den Komponenten im Feld geht es um solche für die Netzwerk-Infrastruktur, um Netzwerk-Endgeräte wie etwa I/O-Geräte, um Spannungsverteiler sowie um Leitungen und Steckverbinder.

Die heutigen Standards begrenzen die Spannungsversorgung im Feld. Je nach Struktur schränkt der geringe Leitungsquerschnitt bei Standard-Steckverbindern vom Typ M12 die Stromstärke und somit die Entfernung zum Verbraucher ein. Um den Spannungsabfall in der Leitung zu kompensieren, waren beispielsweise 7/8-Zoll-Steckverbinder notwendig, die durch ihre Bauweise einen erhöhten Platzbedarf haben. Andererseits wurden Leitungen mit großen Querschnitten im Feld verlegt und an Verteilerkästen angeschlossen, von denen dann über Standard-M12- und 7/8-Zoll-Steckverbinder die Verbraucher versorgt wurden. Die dabei im Feld entstehende Reduzierung des Leiterquerschnitts erfordert eine zusätzliche Absicherung im Verteilerkasten.

Gerade die geringe Stromtragfähigkeit von M12- und 7/8-Zoll-Steckverbindern lassen Anwender heute zu Schaltschränken mit ganzen Batterien von Sicherungsautomaten für den Leitungsschutz greifen - um bei der Spannungsversorgung eine Stern-ähnliche Topologie zum Endgerät aufzubauen. Die Verlagerung der Querschnittsänderung ins Feld durch Verteilboxen mit Sicherungen macht die Topologie unübersichtlich, und Fehler sind nicht oder nur schlecht zu diagnostizieren. Diese Topologie steht im Gegensatz zur Linien- oder Ring-Topologie der Ethernet-Netzwerke. Somit gestalten sich Kabelführungen in der Maschine uneinheitlich - was besonders bei Änderungen oder Fehlerbehebungen zu verlängerten Stillstandszeiten führt.

M12-Power als Lösung

Die Spannungsversorgung mit Leistungs-Steckverbindern vom Typ M12 Power von Phoenix Contact ermöglicht die Übertragung von hoher Leistung in die kleiner werdenden Geräte. Mit vergoldeten Kontakten, die stärker sind als bei gängigen M12-Steckverbindern, können zwei mal 12 A übertragen werden. Je nach Anwendungsfall werden zwei Kodierungen der 4-poligen Steckverbinder unterschieden. Für die Spannungsversorgung von I/O-Geräten wird die T-Kodierung angeboten, die bis maximal 60 V DC reicht. Die S-Kodierung ist für Spannungen bis 630 V AC vorgesehen - etwa in der Antriebstechnik.

Um 12 A sicher zu übertragen und den Spannungsabfall zu minimieren, werden geschirmte und ungeschirmte Leitungen mit einem Querschnitt von 1,5 mm2 verwendet. Ein Verteilerkasten mit interner Absicherung, wie er in der Vergangenheit zum Einsatz kam, ist in den meisten Fällen nicht mehr nötig. Außerdem ist ein M12-Power-Steckverbinder im Markt günstiger als ein vergleichbarer 7/8-Zoll Steckverbinder.

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