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I/O-Elemente

Mit I/O mehr Raum im Schaltschrank schaffen

| Autor/ Redakteur: Thorsten Matthies* / Ines Stotz

Voraussetzung für eine stetig kompaktere Bauweise bei Maschinen und Anlagen und der zugehörigen Schaltschränke sind auch verkleinerte Abmessungen bei den Komponenten.

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Durch Nutzung der Axioline Smart Elements kann der Maschinenbauer kompakte I/O-Stationen in Schutzart IP20 aufbauen –intuitiv und zeitsparend.
Durch Nutzung der Axioline Smart Elements kann der Maschinenbauer kompakte I/O-Stationen in Schutzart IP20 aufbauen –intuitiv und zeitsparend.
(Bild: Phoenix Contact)

Dem Platzbedarf, den die im Schaltschrank verbauten Komponenten erfordern, kommt eine immer größere Bedeutung zu. Maschinenbauer versuchen daher, die Schaltschrankgröße bei einer steigenden Gerätezahl konstant zu halten oder bei gleichbleibender Komponentenmenge zu reduzieren. Im Zuge der Modularisierung von Maschinen wird der klassische Schaltschrank zudem nicht mehr verwendet, sondern die Geräte stattdessen in kleinen, in die jeweiligen Maschinenmodule integrierten Schaltkästen installiert.

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Um die Anforderungen hinsichtlich eines geringen Platzbedarfs für eine I/O-Station in Schutzart IP20 zu erfüllen, weisen die neuen Axioline Smart Elements von Phoenix Contact eine hohe Packungsdichte auf. Dabei handelt es sich um ein kompaktes, steckbares I/O-Element mit einer Baubreite von 15 mm, einer Bauhöhe von 62 mm und einer Bautiefe von 60 mm. An ein Smart Element lassen sich bis zu 16 Leiter anschließen. Aufgrund der Push-in-Technologie erfolgt die Anbindung der Leiter dabei werkzeuglos und damit in kurzer Zeit, was den Verdrahtungsaufwand deutlich senkt.

Durch die alternierende Anordnung der Klemmpunkte und Betätigungsdrücker können auf dem begrenzten Rastermaß von 3,5 mm sogar flexible Leiter mit einem Querschnitt bis maximal 1,5 mm mittels Aderendhülse mit Kunststoffkragen angeschlossen werden. Auf diese Art erweist sich der Spannungsfall selbst auf längeren Leitungen oder bei höheren Strömen vernachlässigbar gering. Über einen Prüfspitzenabgriff, der an jedem Klemmpunkt existiert, kann das Wartungspersonal im Fall einer Störung deren Ursache schnell und zielgerichtet finden sowie beheben.

Smart Elements: einfach in Betrieb nehmen

Die Bauteile verfügen über keine oder nur über die für die entsprechende Funktion zwingend notwendigen Parameter. Dadurch entfällt eine aufwändige Parametrierung, sodass der Anwender die I/O-Elemente nach dem Plug-and-Play-Prinzip einfach und schnell in Betrieb nehmen kann. Die Default-Werte der eventuell bestehenden Parameter sind dabei so gewählt, dass sich die Verdrahtung und Grundfunktion des Smart Elements bereits direkt nach der Installation ohne Programmierung durch den Monteur testen lassen.

Trotz der hohen Packungsdichte erlauben die Geräte wegen der eingebauten Status-LEDs eine Vor-Ort-Diagnose. Zum einen wird der aktuelle Zustand des jeweiligen Kanals und – falls vorhanden – einer Sensorversorgung angezeigt. Auf der anderen Seite signalisieren zwei redundante rote LEDs einen aufgetretenen Peripheriefehler, zum Beispiel den Kurzschluss an einem digitalen Ausgang. Die einmal gesteckten und verriegelten Smart Elements lassen sich werkzeuglos mit Hilfe einer integrierten Ziehhilfe entriegeln sowie aus dem Steckplatz entfernen, in den sie eingeführt worden sind. Auf die Ziehhilfe kann der Anwender eine Betriebsmittelkennzeichnung in Form eines Etiketts aufkleben oder alternativ ein Markierungsschild aufrasten.

Frei wählbare Anordnung

Zur Einbindung der Axioline Smart Elements in eine I/O-Station der Produktfamilie Axioline F werden diese in eine Axioline F-Backplane gesteckt. Dazu stehen Backplanes mit vier oder sechs Steckplätzen zur Verfügung. Aufgrund der zweireihigen Anordnung der Steckplätze reduziert sich die Baubreite der I/O-Station um bis zu 25 %, wenn sie einer Station mit gleicher Funktionalität gegenübergestellt wird, die jedoch auf Basis von klassischen I/O-Klemmen realisiert ist. So lassen sich beispielsweise auf einer Breite von 55 mm bis zu 96 digitale Signale erfassen und ausgeben.

Der Anwender kann die Anordnung der Smart Elements frei wählen und den Aufbau der I/O-Station somit an der entsprechenden Applikation ausrichten. Außerdem besteht die Möglichkeit, einen oder mehrere beliebige Steckplätze bewusst freizulassen, da die bei der Maschinenausprägung A gesteckte I/O-Funktion bei der Maschinenausprägung B nicht erforderlich ist. Das erleichtert die Projektierung der I/O-Station, weil die Steckplatznummer der jeweiligen Smart Elements und die Länge der an die Smart Elements angeschlossenen Leitungen unabhängig von der Ausführung der Maschine sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Maschinenbauer die I/O-Funktionen im Fall einer Änderung bei der Maschinenbestellung einfach und schnell nachrüsten kann. Er muss lediglich das zu ergänzende Smart Element in den freien Steckplatz einfügen. Zwei Smart Elements, die auf einer Breite von 15 mm gesteckt sind, können unterschiedliche Funktionen aufweisen. Auf diese Weise müssen keine I/O-Mischmodule genutzt werden, um die Baubreite der Station zu senken. Darüber hinaus verringert der Wegfall der Mischmodule die Variantenvielfalt und damit letztendlich die Lagerhaltungskosten.

Flexibel kombinieren mit Axioline F-Modulen

Da die Axioline F-Backplanes Bestandteil des Produktportfolios der Baureihe Axioline F sind, kann der Maschinenbauer innerhalb der I/O-Station Axioline F-Backplanes und Axioline F-Module frei und flexibel miteinander kombinieren. Eine Station umfasst dabei in Summe bis zu 63 Axioline Smart Elements und Axioline F-Module. Als Stationskopf kommt entweder ein Axioline F-Buskoppler, der für verschiedene Industrial Ethernet-Netzwerke erhältlich ist, oder eine Axioline-Steuerung – zum Beispiel die PLC Next Control AXC F 2152 – zum Einsatz.

Während die Einspeisung der 24 V-Logikspannung am Stationskopf erfolgt und innerhalb der I/O-Station rangiert wird, findet die 24 V-Peripherieversorgung an den Backplanes statt. Eine oberhalb der Klemmpunkte befindliche Diagnose-LED zeigt den aktuellen Status der angeschlossenen Peripheriespannung an. Aufgrund der beiden jeweils intern gebrückten Twin-Klemmen mit Push-in-Technologie lässt sich die Peripherieversorgung werkzeuglos anbinden und auf kürzestem Weg über eine Leitung an die benachbarte Backplane oder das nebenliegende Axioline F-Modul weiterleiten. Durch die Einzelversorgung von Backplanes kann alternativ eine Segmentierung der I/O-Station ohne zusätzliche Module vorgenommen werden, um beispielsweise die Versorgung von digitalen Ausgängen gezielt abzuschalten.

Störungen schnell auffinden

Der Status eines Axioline Smart Elements innerhalb des Axioline F-Lokalbusses der I/O-Station wird pro Steckplatz jeweils über eine dreifarbige Status-LED (D-LED) auf der Axioline F-Backplane visualisiert. So lässt sich die Ursache für eine Störung der Datenkommunikation innerhalb der Station einfach und schnell auffinden und beheben. Die Betriebsmittelkennzeichnung der Backplanes geschieht durch Aufkleben eines Etiketts oder durch Aufrasten eines Markierungsschilds. Als Markierungsschild wird das gleiche Schild verwendet, das sich auf der Ziehhilfe der Smart Elements anbringen lässt.

Durch Nutzung der Axioline Smart Elements kann der Maschinenbauer also kompakte I/O-Stationen in Schutzart IP20 aufbauen, deren Inbetriebnahme sich intuitiv und zeitsparend gestaltet – und das auf smarte Weise ohne Kompromisse hinsichtlich Flexibilität, Anschlusskomfort, Leitungsquerschnitt, Diagnose oder Markierung.

SPS: Halle 9, Stand 310

* Dipl.-Ing. (FH) Thorsten Matthies; Produktmanager I/O Systems, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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