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

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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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.

Direkter Anschluss zusätzlicher digitaler I/O-Signale im Feld möglich

In Verbindung mit dem IO-Link/Analog-Konvertern ermöglicht der IO-Link-Master eine flexible Verarbeitung des Signalaufkommens in der Feldinstallation. Die Wandlung der analogen Signale direkt am Messort und die digitale Übertragung über ungeschirmte Leitungen vereinfachen die Montage und führen zu einer störsicheren Messwertübertragung. Dies hat den Vorteil, dass je nach Bedarf verschiedene Funktionskombinationen zusammengestellt werden können. Auf diese Weise lassen sich auf dem IO-Link-Master beispielsweise vier analoge Eingänge, zwei analoge Ausgänge und ein Temperatureingang nutzen. Die verbleibenden Kanäle dienen entweder als Reserve respektive zur Erweiterung von „analogen“ Ports.

Der IO-Link-Master der Produktfamilie Axioline E zeichnet sich zudem durch weitere vielseitige Funktionen aus. Die Varianz an IO-Link-fähigen Sensoren ist in den letzten Jahren beachtlich gewachsen. Mittlerweile können zahlreiche intelligente Sensoren direkt mit einem IO-Link-Port gekoppelt werden. Möchte der Anwender zusätzliche digitale Ein- oder Ausgangssignale direkt im Feld anschließen, kann der IO-Link-Master diese Aufgabe ebenfalls übernehmen.

Der Clou dabei ist, dass sich ein IO-Link-Port in unterschiedliche Betriebsmodi versetzen lässt. So können neben der Kommunikation auch binäre Signale über das IO-Link-Protokoll empfangen oder ausgegeben werden. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten machen den IO-Link-Master der Produktfamilie Axioline E zu einem multifunktionalen I/O-Gerät. Die universelle Komponente ist flexibel verwendbar und eröffnet Reserven für zukünftige Erweiterungen.

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Axioline E

Robustes I/O-System für die Ethernet-basierte Feldinstallation

Mit Axioline E stellt Phoenix Contact ein leistungsfähiges I/O-System in Blockbauweise für die Feldinstallation zur Verfügung. Da sie alle Ethernet-basierten Kommunikationsprotokolle unterstützt sowie in zwei Gehäusevarianten erhältlich ist, lassen sich mit der Produktfamilie individuelle Lösungen flexibel umsetzen. Die durchgängig integrierten M12-Steckverbinder mit Speedcon-Schnellverriegelung erlauben eine schnelle Installation.

Die Geräte der Axioline-E-Serie in Schutzart IP 65/67 zeichnen sich zudem durch große Robustheit aus. Eine hohe EMV-Störunempfindlichkeit und die widerstandsfähige Mechanik reduzieren Stillstandzeiten erheblich. Aufgrund des weiten Temperaturbereichs von -25 bis 60°C sowie der Beständigkeit gegen zahlreiche Umwelteinflüsse lassen sich die Module in vielen unterschiedlichen Applikationen verwenden. Besonders einfach gestaltet sich die Installation der Versorgungszuführung. Denn die hohe Stromtragfähigkeit von 2 x 12 A des M12-Power-Steckverbinders erfordert lediglich eine Power-Zuführung zum Gerät. Die Rangierung zu nachfolgenden Axioline-E-Modulen ist ebenfalls problemlos möglich.

Intuitive Integration der Geräte in das Engineering-System

Sowohl der IO-Link-Master als auch die Konverter werden über eine Gerätebeschreibungsdatei in nahezu alle unterstützten Engineering-Systeme eingebunden.

Besonders einfach gestaltet sich die Integration der Komponenten in die IEC-61131-basierte Programmier-Umgebung PC Worx von Phoenix Contact. Neben den IO-Link-Mastern für Profinet und Modbus TCP werden auch die IO-Link/Analog-Konverter in den Busaufbau eingefügt. Zu diesem Zweck lassen sich die Konverter als verschiedene Module – je nach Typ – im Modulkatalog abbilden. Der entsprechende Typ wird dann per Drag & Drop am ausgewählten Port des IO-Link-Masters platziert. Sollen die Parameter eines Konverters geändert werden, stellt der Anwender sie einfach per Mausklick in der Programmier-Oberfläche von PC Worx ein.

Möchte der Anwender einen Port des IO-Link-Masters als digitalen Ein- oder Ausgang parametrieren, sind dazu ebenfalls Einträge im Modulkatalog gelistet. Die Funktionalität wird also auch hier per Drag & Drop an den jeweiligen Port des IO-Link-Masters gesetzt. Wie bei PC Worx üblich, stehen die entsprechenden Verknüpfungspunkte in der Prozessdatenzuordnung zur Verfügung. Die in der Programmierung verwendeten Variablen können über diesen Weg einfach mit der Hardware verknüpft werden. Hierbei ist es unerheblich, ob es sich um digitale Ein- oder Ausgänge, analoge Ein- oder Ausgänge (über einen Konverter) oder um Prozessdaten eines angeschlossenen IO-Link-Devices handelt. Die Handhabung erweist sich in jedem Fall als intuitiv.

Hannover Messe: Halle 9, Stand F40

* Stefan Kuhnert, Market Management I/O Systems, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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