Bei der Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken werden die Daten in unmittelbarer Nähe der Prozesse übertragen, dort, wo häufig mechanische, thermische und chemische Belastungen auftreten. Deshalb sind sowohl Leitungen erforderlich, die dem permanenten Einsatz von Hochdruckreinigern standhalten, als auch Steckverbinder, die in Flüssigkeiten eingetaucht werden können und dennoch Antriebe und andere kritische Komponenten weiterhin zuverlässig kontaktieren. Kabel und Steckverbinder von Lumberg Automation/Belden erfüllen die hohen Anforderungen der Industrie.
Der Autor: Toni Hauert, Business Development Manager, Lumberg Automation/Belden, Schalksmühle
Wenn in einer Produktionslinie ein Verkabelungssystem oder eine Ethernet-Komponente ausfällt, können die Reparaturkosten 15- bis 20-mal so hoch sein wie die Anschaffungskosten – wenn sich das überhaupt exakt berechnen lässt. Und ein Produktionsausfall kann leicht einen finanziellen Schaden von einigen Tausend Euro pro Stunde verursachen. Um die hohen Kosten zu vermeiden, die durch Ausfälle entstehen, sollten Automatisierungskomponenten verwendet werden, die auch bei extremen Temperaturen und hohen Drücken zuverlässig funktionieren. Maßgeschneiderte Verkabelungen sind eine optimale Lösung, da sie nicht nur die Anforderungen der jeweiligen Anwendung erfüllen, sondern das Netzwerk sichern und die Laufzeit der Anlagen erhöhen.
Trend zur aktiven Verkabelung
Die Produktionsprozesse werden im Zuge des Industrial Internet of Things (IIoT) immer intelligenter. Deshalb reicht eine passive Verdrahtung oft nicht mehr aus, um die vielfältigen Informationen, die dann verfügbar sind, zu übertragen und auszuwerten: etwa Statusmeldungen über den Verschmutzungsgrad von Sensoren und Aktoren oder Daten über Betriebstemperaturen bzw. die Anzahl von Schaltzyklen. Hierzu ist eine bidirektionale Datenkommunikation erforderlich, sprich eine aktive Verkabelung. Obwohl Ethernet vergleichsweise neu ist, ist dieses Protokoll auf dem besten Weg, dass bevorzugte Kommunikationsverfahren in der industriellen Automatisierung zu werden, da sich mit ihm das stetig wachsende Datenvolumen bewältigen lässt. Zwar werden in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie klassische aktive Feldbusse aus verschiedenen Gründen auch weiterhin in neuen Anlagen eingesetzt, aber eine Ethernet-basierte Kommunikation wird in künftigen Anwendungen immer häufiger zum Zuge kommen.
Lösungen für den Nahrungsmittelbereich
Bei Steckverbindern für den Einsatz in der Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken müssen mehrere Kriterien beachtet werden:
- Installation: Die Steckverbinder sollten sich einfach installieren lassen sowie dem Standard M8 oder M12 entsprechen.
- Zuverlässigkeit: Um eine zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten, sollten die Steckverbinder vergoldete Crimpkontakte haben.
- Flexibilität: Für einen flexiblen Einsatz sollten die Steckverbinder Optionen für unterschiedliche Polzahlen bieten sowie als konfektionierte Aktor-/Sensor-Anschluss- bzw. -Verbindungsleitungen verfügbar sein.
- Robustheit: Die Steckverbinder sollten vibrationsfest sein, einer Reinigung mit Hochdruckgeräten widerstehen sowie eine glatte Oberfläche besitzen, damit sich weder Bakterien noch Schmutz festsetzen können.
- Beständigkeit: Damit die Steckverbinder ihre Funktionssicherheit behalten, müssen sie gegenüber aggressiven Chemikalien und Reinigungsmitteln resistent sein.
- Industrielle Zertifizierungen: Die Steckverbinder sollten eine UL-Zulassung haben, denn mit der Zertifizierung ist garantiert, dass sie für den Einsatz in rauen und anspruchsvollen Industrieumgebungen geeignet sind.
- Schutzarten: Zusätzlich zu einer UL-Zertifizierung sollten die Steckverbinder ebenso wie die Kabel hohe Schutzarten wie IP67 und IP68 haben, wodurch sie einem zeitweiligen bzw. ständigem Eintauchen unter Wasser widerstehen, oder IP69K für die Reinigung mit Hochdruckgeräten.
- Temperaturbereich: Die Steckverbinder müssen Temperaturen von -40 bis +105 °C standhalten.
Diese Merkmale gewährleisten, dass die Anlagen sowohl den mit dem IIoT zunehmenden Anforderungen an die Datenübertragung als auch den rauen Umgebungsbedingungen im Produktionsbereich gewachsen sind.
Verschiedene Datenprotokolle mit E/A-Modulen
E/A-Module sollten alle gängigen Kommunikationsprotokolle unterstützen. Das können Industrial-Ethernet-Varianten wie Profinet und Ethernet/IP sein oder Feldbussysteme wie Profibus, Devicenet, Canopen und AS-Interface.
Eine optimale Verkabelung hängt wesentlich von der Widerstandsfähigkeit der Module ab. Denn im Produktionsbereich herrschen oft raue Umgebungsbedingungen. Deshalb müssen die E/A Module hohe Schutzarten bis hin zu IP69K haben, wodurch sie sich ebenso wie die Wash-down-Steckverbinder mit Hochdruckgeräten reinigen lassen. Dieses Verfahren sorgt dafür, dass die Komponenten hygienisch einwandfrei sind und Nahrungsmittel und Getränke bedenkenlos konsumiert werden können. Ebenso wie die Wash-down-Steckverbinder sollten E/A-Module beständig gegenüber Chemikalien und Reinigungsmitteln sein und Vibrationen wie auch Erschütterungen widerstehen.
Zukünftige Anforderungen im Nahrungsmittelbereich
Ausschlaggebend für den Erfolg sind robuste Verkabelungslösungen mit speziellen Steckverbindern und E/A-Modulen. Denn mit diesen Lösungen können Sensoren und Aktoren in Spritzzonen, wo raue und häufig anspruchsvolle hygienische Bedingungen herrschen, zuverlässig angeschlossen und geschützt werden, wodurch hochverfügbare Produktionsprozesse gewährleistet sind. Außerdem ermöglichen sie eine aktive Verkabelung, die angesichts der Einführung des IIoT und der damit verbundenen großen Datenmenge für eine reibungslose Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken erforderlich ist. Da das IIoT immer stärker in die Produktionsprozesse integriert wird, müssen alle Komponenten der Anlagen nahtlos miteinander verbunden sein. Denn der Ausfall einer Komponente kann eine gesamte Fertigungslinie lahmlegen. So werden Lösungen mit zuverlässigen und robusten Steckverbindern und E/A-Modulen künftig wichtiger werden, um Produktionsstillstände zu verringern und hohe Reparaturkosten zu vermeiden. I
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