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Dezentrale Automatisierung: Standardisierte M12-Schnittstellen vereinfachen Anlagenrealisierung
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Nachdem Ethernet-basierte Kommunikationslösungen umfassend zur Verfügung stehen, stellt sich die Frage nach weiteren Potenzialen bei der Realisierung von Anlagenkonzepten. Ethernet-fähige I/O-Module im Feld leisten der Modularisierung und Dezentralisierung Vorschub – standardisierte M12-Schnittstellen vereinfachen dabei Installation und Verkabelung.

Exklusiv in KEM Die Autoren: Christian Gemke, Market Management I/O Systems, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont, und Jörg Hohmeier, Product Marketing Pluscon Field & Installation, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

Bei der Frage, wie Anlagenkonzepte auch außerhalb des Schaltschranks effizienter werden, fällt vor allem die Spannungsversorgung der Komponenten für die Feldinstallation ins Auge. Bei den Komponenten innerhalb des Schaltschranks geht es dabei 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 sternähnliche 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.
M12-Power als Lösung
Die Spannungsversorgung mit Leistungs-Steckverbindern vom Typ M12 Power von Phoenix Contact ermöglicht die Übertragung 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 ist in den meisten Fällen nicht mehr nötig. Außerdem ist ein M12-Power-Steckverbinder im Markt günstiger als ein vergleichbarer 7/8-Zoll Steckverbinder.
Eines der ersten Geräte im Markt mit dieser zukunftsweisenden Anschlusstechnik ist die E-Serie des I/O-Systems Axioline von Phoenix Contact. Das Gerät wurde durchgängig für M12-Steckverbinder konzipiert, die I/O-Anschlusstechnik wurde als A-kodierter M12 mit grünem Isolierkörper ausgeführt. Alle M12-Anschlüsse besitzen die Schnellanschlusstechnik Speedcon, und auch IO-Link-taugliche Geräte lassen sich über diese Anschlusstechnik verbinden.
Umsetzung im Gerät
Verfügbar ist die Technik für den Feldbus Profibus sowie für die Ethernet-basierten Netzwerke Profinet,
Ethernet IP, Modbus TCP, Sercos und Ethercat. Alle Netze können mit einem D-kodierten M12-Steckverbinder angeschlossen werden. Die Isolierkörper der Steckverbinder sind zur einfacheren Koordination in grau ausgeführt. Alle Netzwerke besitzen eine interne Switch-Struktur, um Linien- oder Ring-Strukturen auszuführen. Als Spannungsversorgung kommt hier der oben erwähnte M12-Power in schwarz zum Einsatz.
Das durchgängige M12-Design unterstützt auch die Platzierung von Markierungsschildern und Signalisierungs-LEDs. Die gute Sichtbarkeit der Elemente als auch die hohe Kompatibilität zwischen Steckverbinder, Markierer und Signalisierer sind weitere Vorteile. Die einheitliche Ausführung in M12-Technik ermöglicht einen kleinen Footprint der Module bei optimaler Bedienbarkeit. Damit lösen sich viele Probleme bei der Platzierung des Moduls – so kann zum Beispiel auf den filigranen M8 ganz verzichtet werden. Geringer Platzbedarf, hohe Installationsfähigkeit, optimale Bedienbarkeit und kraftvolle Energieversorgung – all das wurde bei der Konzeptionierung von Axioline E berücksichtigt. I

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Berni Lörwald, Public Relations Department Tel.: 05235 3-41157 bloerwald@phoenixcontact.com www.phoenixcontact.de
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