Intelligente Verbindungssysteme in der Anwendung

Intelligente Verbindungssysteme in der Anwendung

Ist die konventionelle
Verdrahtung noch zeitgemäß?

Industrielle Feldbussysteme sind in allen modernen Automatisierungs-Anwendungen an die Stelle konventioneller Feldverdrahtung getreten, da sie enorme Vorteile bieten und dazu beitragen, Zeit und Geld zu sparen. Dieser Ansatz wurde jetzt auch auf einfachere Komponenten ausgeweitet, die bisher stets eine eigene Verdrahtung im Schaltschrank erforderten oder mit einer aufwendigen Installation in hoher Schutzart in der Peripherie verbunden waren. In diesem Beitrag geht Heribert Einwag, Produktmanager bei Eaton, der Frage nach, ob es heute noch Gründe gibt, an der konventionellen Verdrahtung festzuhalten.
Mit den ständig wachsenden ökonomischen Herausforderungen und dem globalen Wettbewerbsdruck geht es für den Maschinenbauer immer mehr darum, Ansätze zur Kostensenkung zu identifizieren. Da sich bei den Materialkosten kaum Einsparungen erzielen lassen, ist es sinnvoll, den Aufwand für Projektierung, Montage und Prüfung des Schaltschrankes zu reduzieren. Die Projektierungszeit lässt sich beispielsweise verringern, indem Schaltschranklayouts standardisiert und Befehls- und Meldegeräte durch einen Touchscreen ersetzt werden. Verdrahtungszeit lässt sich durch den Ersatz der Schraubklemmen auf schraubenlose Federzugklemmen reduzieren. Die Montagezeit kann der Maschinenbauer mithilfe eines Kabelbaums verkürzen, der nicht nur eine schnellere Verdrahtung erlaubt, sondern auch eine geringere Fehlerwahrscheinlichkeit mit sich bringt. Die Automatisierung wiederkehrender Aufgaben wie das Abisolieren und Markieren spart Zeit und kann sich ebenfalls vorteilhaft auf eine gleichbleibende Qualität und ein durchgängiges Erscheinungsbild auswirken. Beide Ansätze sind für Maschinenbauer attraktiv, die eine Maschinenserie mit standardisierten Schaltschränken anbieten. Durch die Einführung standardisierter Prozesse für die Elektroinstallateure ist es ebenfalls möglich, den Zeitaufwand für Prüfung und Fehlerbehebung zu verringern. Dies kann beispielsweise durch den Gebrauch eines Verdrahtungsplans anstelle eines Schaltplans erreicht werden. Die Prüfung der Verdrahtung über Einzeladerprüfung ist äußerst aufwendig und langwierig. Funktionstests erfordern zwar weniger Zeit, werden hierbei jedoch Fehler festgestellt, kann es lange dauern, bis der Fehler gefunden und behoben wird.

Die Herausforderungen herkömmlicher Verdrahtung

Selbst mit einem detaillierten Plan und nach sorgfältiger Verdrahtung muss der Installateur in der Regel immer noch die individuellen Kabel markieren, um den Überblick zu behalten. Diese Vorgehensweise ist mühselig und zeitraubend, aber dennoch unabdingbar, um Problemen in der Funktionstestphase vorzubeugen. Wird die Verdrahtung gebündelt, wie bei in der Tür installierten Befehls- und Meldegeräten, erfordert ein fachgerechtes Verlegen zusätzliche Zeit. Denn hier geht es darum, das Öffnen bzw. Schließen der Tür nicht zu behindern und gleichzeitig Beschädigungen der Kabel zu vermeiden. Nicht selten kommt es vor, dass sobald der Schaltschrank verkabelt ist, doch noch Last-Minute-Änderungen umzusetzen sind, wenn der Endkunde z.B. zusätzliche Funktionen wünscht. Solche Änderungen müssen in der Regel eingearbeitet werden, bevor die Schaltschränke das Werk des Maschinenbauers verlassen. Steht der Schaltschrank dann beim Endkunden, kommen gegebenenfalls weitere Herausforderungen auf den Lieferanten zu: Techniker nehmen nachträglich notwendig gewordene Änderungen am Steuerprogramm vor oder installieren weitere Schaltgeräte, die eventuell zusätzliche I/O-Module benötigen. Dies erfordert wiederum mehr Platz im Schaltschrank und geht mit Verdrahtungsaufwand einher. @Zwischenüberschrift neu:Intelligentes Verbindungssystem auf Geräteebene

Welche Möglichkeiten gibt es nun, die Profitabilität weiter zu steigern und diese Herausforderungen zu meistern? Außerhalb des Schaltschranks haben industrielle Feldbussysteme zu einer enormen Effizienzsteigerung bei Verkabelungsarbeiten sowie der Inbetriebnahme geführt. Denn sie ersetzen die langen Kabelstränge, die früher für die Verbindung der Steuerung mit den Sensoren und Aktoren notwendig waren. Innerhalb der Schaltschränke wird hingegen nach wie vor konventionell verdrahtet. Aber warum? Es könnte ein naheliegender Gedanke sein, Feldbussysteme auch innerhalb des Schaltschrankes zu verwenden. In der Praxis wird dies für komplexe Geräte wie Softstarter, Frequenzumrichter und Touchpanels bereits umgesetzt. Für die Vernetzung einfacher Schaltgeräte kommt diese Technik jedoch bisher nicht zum Einsatz. Gründe hierfür sind die hohen Kosten einer Feldbusanschaltung sowie der oftmals nicht benötigte Funktionsumfang. Um die mit konventioneller Verdrahtung einhergehenden Herausforderungen wirkungsvoll und kosteneffizient zu meistern, wird jedoch ein intelligentes Verdrahtungs- und Kommunikationssystem benötigt, das in der Automatisierungspyramide unterhalb des Feldbusses angesiedelt, speziell für den Einsatz im Schaltschrank konzipiert und gleichzeitig in der Lage ist, Sensoren und Aktoren außerhalb des Schaltschranks mit einzubinden. Man stelle sich eine Schaltschrankverdrahtungsmethode vor, bei der alle wesentlichen Komponenten und Schaltgeräte direkt miteinander verbunden werden, wodurch der Großteil der Verkabelung entfällt und die Platzanforderungen des Steuerschrankes verringert werden. Projektierung, Montage, Test- und Inbetriebnahme werden somit erheblich beschleunigt. Zudem können die Daten über alle in der Industrie üblichen Feldbussysteme übertragen werden. Ein solches Verbindungssystem auf Geräteebene steht dem Markt heute bereits zur Verfügung. Einfache Standardkomponenten wie Taster, Schütze, Motorstarter oder Softstarter werden dabei mit Hilfe von Gerätesteckern zu intelligenten, kommunikationsfähigen Geräten. Im Schaltschrank sind die Komponenten über eine mehrpolige Flachleitung miteinander verbunden, die sowohl die Stromversorgung als auch den Datentransfer übernimmt. Für die Anbindung der Geräte an eine handelsübliche Steuerung kommen Gateway-Module zum Einsatz, die über Standard-Feldbussysteme mit der SPS kommunizieren. Ein so gestaltetes Verbindungs- und Kommunikationssystem bringt den Vorteil, dass es den Großteil der Steuerungsverdrahtung zwischen den I/O-Modulen und Komponenten wie Motorstartern oder Befehls- und Meldegeräten ersetzt. Gleichzeitig entfallen die für die Komponenten vorgehaltenen I/O-Module an der SPS. Auf diese Weise ist es möglich, die Montagezeiten für elektrische Einrichtungen stark zu verkürzen. Der Aufwand für Tests reduziert sich erheblich, da nur eine einzige Leitung zu prüfen ist. In die Kommunikationsmodule integrierte Diagnoseelemente zeigen den Status der angeschlossenen Komponenten sowie der Verbindung an und beschleunigen den Prüfungsvorgang sowie die Inbetriebnahme weiter. Diese Funktionalität ermöglicht auch effizientere Wartungs- oder Reparaturarbeiten, da sich der Prüfer aufgrund der optischen Statusanzeigen des Verkabelungssystems schnell einen Überblick verschaffen kann und Störungen oft sofort erkennt, ohne messen zu müssen. Die intelligenten Geräte können nicht nur digitale Informationen bereitstellen, sondern auch analoge oder prozessspezifische Daten, die den Anwender zudem bei Diagnose und Fehlerbehebung unterstützen. Unzulässige Manipulationen an solch einem intelligenten Verbindungssystem im Schaltschrank sind nicht möglich, was bei traditionellen Systemarchitekturen der Fall ist, und wären sofort ersichtlich. Erweiterungen lassen sich dagegen einfach realisieren, indem an geeigneter Stelle neue Schaltgeräte direkt an das intelligente Verdrahtungssystem angeschlossen werden. Somit nimmt die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Maschinen deutlich zu.

Die intelligent verdrahtete Maschine

Ein intelligentes Verbindungssystem auf Geräteebene verringert Zeitaufwand und Kosten im Projekt insgesamt – von der Planung und Projektierung über die Installation bis hin zur Inbetriebnahme und Wartung. Es ersetzt die fehleranfällige Punkt-zu-Punkt-Steuerverdrahtung, bietet erweiterte Diagnosefunktionen bis zur Geräteebene und trägt zur erhöhten Zuverlässigkeit und Flexibilität eines Steuerungssystems bei. Darüber hinaus bietet dieses Konzept den Vorteil, dass es weniger Platz im Schaltschrank einnimmt, da Kabelkanäle und I/O-Module deutlich reduziert werden können. Alle beschriebenen Funktionen und noch mehr Features finden sich im intelligenten Verbindungs- und Kommunikationssystem SmartWire-DT von Eaton. Es stellt eine bequeme und kostengünstige Alternative zur konventionellen Schaltschrankverdrahtung dar – so lassen sich die Kosten für die Verdrahtung um bis zu 85 Prozent reduzieren und dabei 40 Prozent Platz im Schaltschrank einsparen.

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