Innovative Installationstechnik im Bereich von Feldbusgeräten

Minimierung der Vor-Ort-Probleme

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Durch den konsequenten Einsatz von Feldbussen in den vergangenen Jahren konnten enorme Kosteneinsparungen in der Projektierung, Realisierung und im Betrieb von Anlagen erzielt werden. Die Wirtschaftlichkeit einer Anlage definiert sich aber nicht nur aus diesen Faktoren. Ein weiterer, zentraler Punkt ist die Betriebs-sicherheit und somit die eingesetzte Installationstechnologie in einer Anlage. 90 Prozent aller Vor-Ort-Probleme entstehen aus ungeeigneter oder mangelhafter Installation.

Der Autor Dipl.-Ing. (FH) Ralf Coors ist Abteilungsleiter im Bereich Neue Technologien bei der Harting KGaA, Espelkamp

Vorhandene Standards in Anschluß- und Gerätetechnologie
Als aktiver Teilnehmer konnte das Unternehmen Harting mit ihren innovativen Produkten Maßstäbe setzen, die heute mit den Anschlußsystemen Han-Brid, Han-Drive und Han Q8/0 den daraus resultierenden Standard präsentieren. Desweiteren wurde mit der Entwicklung des Harax-Systems eine innovative Schnell-anschlußtechnik für den Bereich Geräteanschluß und Sensorik-Aktorik geschaffen.
Im Zusammenspiel mit verschiedenen Bus-Interfaces bietet Harting auch die entsprechende Feldgerätetechnologie im Bereich von intelligenten Motorstartern und Sensor-Aktor-Boxen.
Harax-Schnellanschlußtechnologie halbiert Installationszeit
PG Verschraubungen sind heute an Schaltkästen, Geräten und Komponenten, die nicht sehr häufig von einer Anlage getrennt und wieder angeschlossen werden müssen, Stand der Technik.
Das erfordert aber einen immensen Verdrahtungsaufwand sowohl bei der Installation wie auch für den Servicefall.
Die für vorstehende Geräte getroffenen Aussagen gelten ebenso für die Bereiche der Sensorik und Aktorik.
Hier erfolgt heute ein Anschluß an Geräte mittels konfektioniertem Kabel und M12-Stecker. Vorkonfektionierte Kabel können aber nur dort eingesetzt werden, wo eine Unterbringung vorhandener „Restkabelschlaufen“ nicht stört bzw. keine Rohr- oder Kabelkanalmontage notwendig ist. Im anderen Fall ist eine Vor-Ort-Konfektionierung zwingend erforderlich.
Mit Harax-Produkten können all diese Komponenten anschlußfertig an den Endkunden geliefert werden, da die vollständige interne Installation bereits beim Gerätehersteller erfolgen kann.
Der Kabelanschluß von außen erfolgt dann denkbar einfach:
– Kabelummantelung entfernen
– Überwurfmutter und Dichtung über das Kabel schieben
– Adern in den Spleißring einführen
– Vormontierte Einheit in den Kontaktträger stecken und festdrehen
Nach Festziehen der Überwurfmutter ist das Kabel automatisch elektrisch angeschlossen, zugentlastet, arretiert und in Umgebungen, die IP67 erfordern, einsetzbar. Gegenüber der herkömmlichen Anschlußtechnik sind so 50 Prozent der Montagezeiten ein-sparbar.
Harax-Produkte gibt es heute als 3-polige Wanddurchführung für den Leistungseinsatz mit Anschlußquerschnitten von 0,75 bis 1,5 mm² (bis zu 250 V AC/16 A ) und den Sensor/Aktor-Einsatz im Querschnittsbereich 0,25 bis 0,5 mm² (24 V AC/DC, 3 A). Weiterhin gibt es Direktadaptionen in Feldbusgeräten oder Sensoren in 3- und 4-poliger M12-Ausführung.
Bild 1 zeigt eine Wanddurchführung für den Leistungsbereich ; Bild 2 zeigt eine Direktadaption in einer Sensor-Aktor-Box.
Busanschlußstecker Han-Brid
Höhere Übertragungsgeschwindigkeiten bei größeren Entfernungen und die dadurch verstärkte EMV-Problematik lassen für den Einsatz immer häufiger Feldbussysteme mit optischen Übertragungsmedien zum Einsatz kommen. Geräte und Baugruppen in diesem Einsatzbereich müssen aber nicht nur mit Daten, sondern auch mit einer Spannungsversorgung (hauptsächlich 24 V DC) versorgt werden.
Die PNO und Desina gleichermaßen nahmen dies zum Anlaß, unter Nutzung eines Hybridkabels, eine neue Steckergeneration zu definieren – den Busanschlußstecker Han-Brid (Bild 3) von Harting.
Angepaßt an die industrielle Umwelt IP67 besitzt das System folgende Funktionen:
– Schnittstelle zum Hybridfeldbuskabel elektrisch für Cu-Leiter (max. 0,5 bis zu 1,5 mm²) und optisch für POF/HCS mit integrierten, aktiven Komponenten
– Hybridsteckverbinder zur busneutralen Ankopplung von Modulen
– Protokollanpassung in den Modulen
– Strombelastbarkeit bis max. 10 A
Als Steckergehäuse werden die der Familie Han 3A verwendet. Die Systemlandschaft mit implementierter Hybrid-Schnittstelle ist bis auf das Fehlen des Busabschlußsteckverbinders mit der elektrischen Lösung identisch.
Zur Realisierung von T-Funktionalitäten müssen grundsätzlich aktive T-Stücke integriert werden.
Han 10 E und Han Q8/0 für Motor-schnittstellen
Innerhalb des Konzeptes zur Standardisierung und Dezentralisierung an Werkzeugmaschinen (Desina) ist die Schnittstelle zum Motor von großer Bedeutung.
Die universelle Lösung: Han 10 E und Han Q8/0. Mit diesen Steckverbindern werden Elektromotoren für die sichere und schnelle Montage vorbereitet.
Durch ein speziell entwickeltes Motoranschlußgehäuse (Bild 4) kann der Motorklemmkasten ersetzt werden. Die Einbaumaße für den Steckverbindersatz sind so gewählt, daß Standard- und Modulareinsätze gleichermaßen verwendet werden können.
Je nach Bestückung sind Ströme bis zu 40 A übertragbar. Bei der Entwicklung der Han-Drive-Serie mit Kontakteinsätzen Han 10 E/10 ESS oder Han-Modular wurde in Zusammenarbeit mit verschiedenen Motorenherstellern und einer Reihe von Kunden eine standardisierte Anschlußbelegung festgelegt.
Als Kabelanschluß stehen Crimp- oder Cage Clamp-Anschlüsse zur Verfügung.
Stern- (Bild 5) Dreieck-Brücken (Bild 6) oder Dahlanderkonfiguration können durch das Einsetzen von simplen Drahtbrücken verdrahtet werden.
Bedingt durch den internen Aufbau kann die Parallelschaltung der Motorbremse direkt, ohne Lösen der Motoranschlußleitung, erfolgen.
Eine Vorprüfung der Motoren und die unproblematische Inbetriebnahme ohne Elektrofachkraft werden dadurch möglich.
Power Switch – der Power Manager
Die Produktgruppe Power Switch-Motorstarter ist das Ergebnis aus bewährter Feldbustechnik und innovativer Installationstechnik für den rauhen Feldeinsatz unter IP65. Durch die Einführung eines „Energiebusses“ mittels der Baureihen Han 10 und Han Q8/0 läßt sich neben der durchgängigen Steckbarkeit der Leistungsanschlüsse, analog zum Kommunikationsbereich, eine Minimierung der Leistungsverkabelung erzielen. Jedem Verbraucher wird ein Leistungsabzweig über eine T-Funktionalität zugeordnet. Die Zuführung und Weiterleitung erfolgt dabei im Gegenstecker der Leistungsversorgung.
Im Vergleich zu geräteinternen Verzweigungen bietet das den Vorteil, daß im Servicefall Geräte – ohne andere, eingebundene Geräte in deren Funktion zu beschränken – ausgetauscht werden können (Bild 7).
Über das standardmäßige AS-Interface oder auch über die lieferbaren Kommunikationsschnittstellen zu Profibus DP, Device-Net, Interbus oder Modbus können Dreh- und Wechselstromantriebe direkt angesteuert und überwacht werden.
Je nach Ausführung sind ein, zwei oder vier Motoren bis zu Leistungen von 5 kW über einen Power Switch-Motorstarter betreibbar.
Die in der Industrie üblichen 24 V DC- oder 400 V AC-Bremsen sind anschließbar und dann über den Bus ansprechbar. Der Schutz vor Überlast oder Kurzschluß erfolgt über Motorschutzschalter. Bei Geräten mit Fernreset erfolgt der Überlastschutz über Motorschutzrelais. Ist eine zusätzliche Temperaturüberwachung erfoderlich, können dementsprechend Thermistoren oder Bimetallschalter (Klixon) angeschlossen werden. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Geräten mit Feldbusanschluß ist die Diagnosefähigkeit. Daher sind die Power Switch-Geräte mit einer integrierten Fehlerauswertung ausgerüstet.
Alle relevanten Informationen sind über die Steuerung abrufbar. Parallel erfolgt eine Anzeige direkt am Gerät. Nach erfolgter Störungsbeseitigung kann die Quittierung wahlweise vor Ort (Reset-Taster) oder über die vorhandene Steuerung erfolgen.
Im Fall einer Unterbrechung des Datenaustausches werden der angeschlossene Motor abgeschaltet und eine eventuell angeschlossene Bremse spannungsfrei geschaltet.
Je nach eingesetztem Feldbussystem können optional zusätzliche Sensor-Aktor-Anschlüsse in die Geräte integriert werden.
Harax-Steckverbinder
KEM 456
Han-Drive-Steckverbinder
KEM 457
Han-Brid-Steckverbinder
KEM 458
Power Switch-Motorstarter
KEM 459
Installationsproblematik über Standards lösen
Heutige und zukünftige Feldbussysteme müssen mit einer standardisierten Installationstechnologie ausgerüstet werden, die den Kriterien Schnellanschlußtechnik, EMV-Festigkeit, Schutzerde, galvanische Trennung, größere Temperaturbereiche, Einsatzmöglichkeit in aggresiven Umgebungen und Vibrationsfestigkeit gerecht werden. Im Bereich der Feldbus-Nutzerorganisationen sowie über den VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken) wurde die Installationsproblematik erkannt und Arbeitskreise zur Spezifikation zukünftiger Standards gebildet.
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