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antriebstechnik 10/2016

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MOTEK

MOTEK 2016 I SPECIAL Smart Wiring – was ist das? Steckverbinder und Verkabelung für die intelligente Produktion Hartmut Schwettmann Aufgrund der stärkeren Vernetzung intelligenter Fertigungsanlagen wird die Gesamtanzahl der Kabelverbindungen weiter zunehmen. Modulare und standardisierte Steckverbinder müssen ihren Teil dazu beitragen, Automatisierung und Motoranschluss flexibler und effizienter zu gestalten. Mit dem Konzept des „Smart Wiring“ weist Phoenix Contact seinen Industrie-Steckverbindern eine tragende Rolle zu. Bei der „Smart Factory“ verschmelzen Informationstechnik, Telekommunikation und Produktionstechnik zu einer digitalen Fabrik, die sich selbst steuert. Industrie 4.0 setzt voraus, dass Maschinen und Anlagen nicht nur untereinander kommunizieren, sondern mit vielen weiteren Instanzen innerhalb und außerhalb des Unternehmens. Die Werkstücke kommunizieren mit den Fertigungsanlagen – die Produkte sind identifizierbar und jederzeit lokalisierbar. Das Konzept Die erforderlichen Systeme werden als Cyber Physical Systems (CPS) bezeichnet. Diese Umgebung beinhaltet die Mechanik der Maschinen, die Bedienung über Human Machine Interfaces (HMI), die Automatisierungstechnik sowie die Verknüpfung der Prozesse innerhalb des Unternehmens und darüber hinaus. Dazu bedarf es einer durchgehend digital vernetzten Struktur über die komplette industrielle Produktionskette hinweg. Nur wenn die dabei anfallenden großen Datenmengen in Echtzeit verarbeitet werden, ist eine individualisierte Produktion bis zur Losgröße 1 wirtschaftlich. Ein Unternehmen, das diese Strukturen frühzeitig umsetzt, kann zahlreiche Wettbewerbsvorteile realisieren, wenn eine Differenzierung über die Produktqualität alleine nicht mehr ausreicht. Dipl.-Ing. (FH) Hartmut Schwettmann ist Leiter Marketing Industrial Field Connectivity bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg Einer der Schlüssel für eine durchgehende Digitalisierung und Vernetzung liegt in der fehlerfreien und einfachen Verbindung der Maschinen und Systeme. Die zuverlässige und wirtschaftliche Vernetzung unterschiedlichster Instanzen – vom „shop floor“ bis zum „top floor“ – spielt für die Prozess-, Signal- und Bedien-Peripherie eine wichtige Rolle. Dabei greift das Konzept des „Smart Wiring“. Drei Lebensadern in einem Steckverbinder Im Sinne einer hochintegrierten Modularisierung von Maschinen und Anlagen bietet es sich an, die Übertragung von Daten, Signalen und Energie in einem Steckverbinder zusammen zu fassen. Denn wenn nur ein Steckverbinder gesteckt oder getrennt werden muss, können Anlagen mit geringem Aufwand errichtet und umgerüstet werden. Mit Heavycon Modular bietet Phoenix Contact eine Lösung zur Übertragung von Leistung, Signalen und Daten über einen Steckverbinder. Der Steckverbinder wird aus einer Vielzahl von Modulen zusammengestellt, die in den neu entwickelten Snap- In-Rahmen mit Feder eingerastet werden. Je nach Größe des Steckverbinders können 2, 3, 4 oder 6 Module in einem Rahmen befestigt werden. Die Module sitzen in der vorgesehenen Position lagerichtig fest, ohne sich zu lösen – ein Verkanten oder Verschieben der Module im Rahmen ist ausgeschlossen. Durch die Vielzahl der einsetzbaren Module sind der Anwendung kaum Grenzen gesetzt. Die Datenübertragung erfolgt über geschirmte Kupfer- oder Lichtwellenleiter, dazu stehen Module zum Anschluss von RJ45-Steckverbindern zur Verfügung. Eingesetzt werden können fertig konfektionierte und geprüfte RJ45-Patch-Leitungen, und für die Konfektionierung vor Ort kann die IDC-Anschlusstechnik (Insulation Displacement Connection – isolationsverdrängende Schneidklemm-Anschlusstechnik) auf der Basis von RJ Industrial genutzt werden. Ein zusätzliches Modul kann einen RJ45-Steckverbinder mit Crimp-Anschluss aufnehmen. Bei einem Cat6-Modul zur Smart Wiring – kompakt n Wo es auf schnelles Umrüsten und eine hohe Verfügbarkeit ankommt, sind modulare Industrie-Steckverbinder die optimale Lösung n Mit den kompakten standardisierten M12-Schnittstellen lassen sich auch Komponenten unterschiedlicher Hersteller schnell und sicher verbinden n Mit optimal vernetzten Anlagen werden auch kleine Losgrößen wirtschaftlich n Die richtig gewählte Verkabelung schafft Zukunftssicherheit – auch für hohe Datenübertragungsraten in hochkomplexen Anlagen 92 antriebstechnik 10/2016

SPECIAL I MOTEK 2016 Gigabit-Übertragung sind die Aderpaare auch im Steckverbinder geschirmt, und durch den Gesamtschirm im Modul ist eine störungsfreie Datenübertragung sichergestellt, selbst wenn gleichzeitig Energie übertragen wird. Bei extrem hoher EMV-Belastung können auch Lichtwellenleiter verwendet werden – etwa die SC- und LC-Kontakte von Phoenix Contact. Dabei kann auf unterschiedliche konfektionierte Lichtwellenleiter zurückgegriffen werden – das Anwendungsfeld erstreckt sich durchgängig von der Anlagenbis zur Netzwerktechnik. Auch Signale von Sensoren und Aktoren werden über Heavycon angebunden, zur Verfügung stehen Einzelmodule mit bis zu 25 Kontakten. Da ein reiner Signal-Steckverbinder bis zu sechs Module hat, ergibt sich bei 25 Kontakten pro Modul eine Packungsdichte von 150 Kontakten pro Steckverbinder. Zum Zuge kommt hier auch die inzwischen im Markt etablierte Push-in-Technik – um Leistung einfach anschließen zu können. So steht auch den Industrie-Steckverbindern der Serie Heavycon Modular ein Modul mit Push-in-Anschluss zur Verfügung. Die Einzellitzen werden mit einer Aderendhülse versehen, die vorbereitete Litze wird in die Kontaktkammer eingeschoben und schon ist der Kontakt hergestellt. Der Anschluss ist vibrationssicher und langlebig und für bis zu 400 V und 16 A einsetzbar. Zusätzlich steht eine große Anzahl an Leistungsmodulen für Spannungen bis 5 000 V und Ströme bis 200 A zur Verfügung. Universal-Genie M12 Wenn es darum geht, Leistung, Daten und Signale zuverlässig und bequem zu verkabeln, hat sich eine Bauform etabliert, die auch beim Konzept des Smart Wiring eine dominante Rolle spielt: der M12-Steckverbinder. Ursprünglich für die Verkabelung von Sensoren, Näherungsschaltern und Lichtschranken konzipiert, hat sich M12 inzwischen zum führenden Anschlusssystem für Sensoren und Aktoren entwickelt. Die Komponenten sind robust und anwenderfreundlich, die Polbilder sind international standardisiert, und spezielle international einheitliche Kodierungen verhindern ein Fehlstecken. Zeitsparende Anschlusskonzepte beschleunigen die Inbetriebnahme, und übersichtliche Installationen vereinfachen die Diagnose im Fehlerfall. Experten gehen von einem jährlich wachsenden Datenvolumen im zweistelligen Prozentbereich aus – hier bietet der M12- Steckverbinder mit X-Codierung auf der Basis des Cat6A-Standards ausreichende Reserven. Hierfür – sowie für die häufig verwendeten Cat5-Verkabelungen auf Basis 02 Modulares Steckverbindersystem für Daten, Signale und Leistung der 4-poligen D-Codierung – bietet Phoenix Contact ein umfassendes Produktprogramm an fertig konfektionierten Leitungen und feldkonfektionierbaren Steckverbindern. Gerade bei neuen Projekten empfiehlt es sich, auf eine großzügig ausgelegte Netzwerkinfrastruktur mit einer Cat6A- Verkabelung zu setzen. Hier eignen sich vierpaarige Kupferleitungen vom Typ S/ FTP, die über eine eigene Abschirmung für jedes Aderpaar sowie über einen Gesamtschirm verfügen. Die Aderpaar-Schirmung wird im Steckverbinder bis in das X-codierte Steckgesicht hinein aufrechterhalten, um die Übertragungsqualität zu optimieren. Aber auch wenn vorkonfektionierte Leitungen mit angespritztem M12-Steckverbinder nicht sinnvoll sind, müssen die Installationskosten nicht zwangsläufig steigen. Mit den geschirmten konfektionierbaren Steckverbindern werden 10-Gigabit- Netzwerkleitungen in wenigen Augenblicken bequem und sicher angeschlossen. Mit der IDC-Anschlusstechnik werden lediglich die Leitungen abgemantelt, der Schirm abgesetzt, die Einzeladern in farblich codierten Klemmfächern fixiert und bündig abgeschnitten. Mit dem dann folgenden Verschrauben der Steckverbinder-Hälften kontaktieren die Schneidklemmen die 01 Das Cyber Physical System (CPS) umfasst Hard- und Software 03 Das M12-Produktprogramm ermöglicht standardisierte Verkabelungslösungen in kompakter Bauform Adern – Anschluss und Schirmverbindung vom Kabel zum Gehäuse sind damit hergestellt. Der M12-Steckverbinder hat sich nicht nur für die Datenübertragung weiterentwickelt – auch für Spannung und Strom ergeben sich neue Anwendungsmöglichkeiten. Dank seiner kleinen Bauform und der einfachen Verriegelung kommt der M12 bei beengten Platzverhältnissen zum Einsatz. Mit den neuen international standardisierten Kodierungen, die das Produktprogramm von Phoenix Contact umfasst, sind viele neue Applikationen möglich. Die K- und S-codierten Varianten des M12- Leistungssteckverbinders sind für eine AC-Spannungsversorgung mit 630 VAC und 16 A ausgelegt. Sie ermöglichen eine platzsparende Anbindung von AC-Motoren und -Antrieben sowie von Frequenzumrichtern, Motorschaltern, Stromversorgungen oder Beleuchtungssystemen. Die L- und T-codierten M12-Leistungssteckverbinder wurden für die DC-Niederspannungsversorgung für bis zu 63 V und 16 A konzipiert. Damit werden zum Beispiel E/A-Module, Netzwerkgeräte oder Motoren bequem mit Leistung versorgt. www.phoenixcontact.de antriebstechnik 10/2016 93

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