Ethernet-basierte Automatisierung So sorgen ein I/O-System und IO-Link für eine bedarfsgerechte Feldinstallation

Autor / Redakteur: Stefan Kuhnert* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Eine neue I/O-Produktfamilie, die Phoenix Contact in Schutzart IP 65/67 entwickelt hat, unterstützt insbesondere Ethernet-basierte Automatisierungskonzepte im Feld. Das Leistungsspektrum umfasst auch IO-Link-Master und -Analog-Konverter, über die sich verschiedene Analogfunktionen bedarfsgerecht umsetzen lassen.

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Mit dem Einsatz des neuen I/O-Systems Axioline und IO-Link gelingt eine bedarfsgerechte Feldinstallation.
Mit dem Einsatz des neuen I/O-Systems Axioline und IO-Link gelingt eine bedarfsgerechte Feldinstallation.
(Bild: Phoenix Contact)

Moderne Automatisierungskonzepte verlagern die Erfassung und Ausgabe von I/O-Signalen in die Nähe der Prozesse. Ethernet-basierte Kommunikationsprotokolle wie Profinet übernehmen dabei die Vernetzung der einzelnen, außerhalb des Schaltschranks direkt in der Feldebene installierten I/O-Geräte mit den überlagerten Komponenten. Dies hat den Vorteil, dass sich die Verbindungslänge zwischen den erfassenden oder ausgebenden I/O-Geräten und der angeschlossenen Peripherie – beispielsweise den Sensoren – erheblich reduziert. Somit lassen sich mögliche Verdrahtungsfehler schneller lokalisieren und beheben.

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Überdimensionierte Analogmodule erhöhen die Kosten

Als Herausforderung bei solch dezentralen Automatisierungskonzepten ergibt sich jedoch, eine möglichst effiziente Funktionsauswahl der Feldgeräte zu treffen. In zentralen Automationsansätzen, die komplexe I/O-Stationen zur Aufnahme und Ausgabe der angekoppelten Peripherie verwenden, können die benötigten Funktionen einfach und schnell an die modularen Stationen angereiht werden. Zudem bieten die flexibel erweiterbaren IP20-Stationen eine hohe Granularität, also eine niedrige Kanalzahl der Funktionen, die ihre passgenaue Zusammenstellung ermöglicht. So lässt sich die Erfassung und Ausgabe von digitalen Standardsignalen optimal lösen.

Mit dem Produkt-Portfolio von Axioline E für die Feldinstallation können digitale Signale durch Nutzung eines konfigurierbaren digitalen Ein-/Ausgabegeräts besonders effizient verarbeitet werden.

Einer hohen Anzahl von digitalen Signalen steht im Feld allerdings eine relativ geringe Menge an Sonderfunktionen gegenüber. Zur Aufnahme von analogen Signalen wie Temperaturen oder den Druckverhältnissen verschiedener Medien direkt im Feld werden typischerweise dezentrale I/O-Komponenten in Schutzart IP 65/67 eingesetzt. In der Regel handelt es sich hier um I/O-Geräte mit mindestens vier analogen Kanälen für die Erfassung und Ausgabe von Analogsignalen oder die Aufnahme von Temperaturen. Bei einem eher geringen analogen Signalaufkommen erweisen sich vier gleichartige Kanäle je Gerät jedoch oft als überdimensioniert. In Summe werden folglich mehr analoge Kanäle respektive Geräte in das Kommunikationsnetzwerk eingebunden als eigentlich notwendig ist. Hierdurch erhöhen sich die Installationskosten unnötig.

IO-Link-Master und –Analog-Konverter ersetzen die klassischen Analoggeräte

Vor diesem Hintergrund umfasst das Portfolio der Produktfamilie Axioline E in Schutzart IP 65/67 keine klassischen Analoggeräte. Diese Aufgabe übernehmen andere Module. Dazu gehört ein IO-Link-Master gemäß IO-Link-Spezifikation 1.1, der acht IO-Link-Ports mit M12-Anschlusstechnik beinhaltet. Vier der Ports sind nach Port-Typ A spezifiziert, wobei der für IO-Link nicht erforderliche Pin 2 durch das Gerät als weiterer digitaler Eingang verwendet wird. Die übrigen vier Ports entsprechen den IO-Link-Ports gemäß Typ B, bieten also neben der IO-Link-Datenübertragung eine zusätzliche, unabhängige 24-VDC-Versorgung. Über die Pins 2 und 5 des M12-Steckverbinders am IO-Link-Port können einem angeschlossenen IO-Link-Device bis zu 2 A zur Verfügung gestellt werden. Der kompakte Axioline E IO-Link-Master, der in den Gehäusevarianten Metall und Kunststoff erhältlich ist, unterstützt die Netzwerke Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, Ethercat, Sercos sowie Profibus DP.

Als weitere Komponente enthält das Axioline-E-Portfolio einen Analog-Konverter für IO-Link. Das Gerät bietet zwei Gehäusetypen und fünf unterschiedliche Funktionen, somit eine Varianz von zehn verschiedenen Modulen. Sein Funktionsumfang schließt analoge Eingabe 0…10 V und 4…20 mA, analoge Ausgabe 0…10 V und 4…20 mA sowie analoge Temperatureingänge (RTD) in gerader und gewinkelter Gehäuseform ein. Generell wandeln alle Konverter unterschiedliche analoge Signale in das IO-Link-Protokoll um. Beide Anschlüsse der Konverter sind als M12-Steckverbinder mit Speedcon-Schnellverriegelung ausgeführt.

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