Lösungen für die Herausforderungen bei der Kontrolle elektromagnetischer Störungen und der Sicherheit in kompakten industriellen Schaltschränken

Mit der Konstruktion industrieller Netzwerkschränke sind große Herausforderungen verbunden, besonders wenn es darum geht, elektromagnetische Störungen zu kontrollieren und die Sicherheit von Bedienpersonal in immer kompakteren Anlagen zu gewährleisten. Daher sind eine sorgfältige Planung und Auswahl der Komponenten gefragt, um geringe Abmessungen mit betrieblichen Anforderungen und gesetzlichen Vorschriften in Einklang zu bringen.

Sicherheit ist ein zentraler Aspekt. Die Sicherheitsanforderungen an Schaltschränke können jedoch standortabhängig innerhalb eines industriellen Netzwerks variieren. In Gefahrenbereichen gelten strengere Sicherheitsanforderungen als in Nichtgefahrenbereichen. Das erfordert den Einsatz einer Vielzahl unterschiedlicher Sicherheitslösungen.

Um die Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen und die Kontrolle elektromagnetischer Störungen zu gewährleisten, müssen Komponenten zusätzlich auf der Grundlage ihrer Schutzklassen gegen mechanische Einwirkungen, Eindringen, chemische oder klimatische Einflüsse sowie elektromagnetische Störungen spezifiziert und ausgewählt werden, wobei die speziellen Anforderungen der einzelnen Installationen zu berücksichtigen sind. Das schließt Lösungen für die Verkabelung von Schaltschränken ein, wie z. B. Kabelkanäle, die empfindliche Kabel vor Störemissionen schützen und eine Rauschreduzierung von bis zu 20 dB sowie eine Reduzierung der Rauschspannung um 90 % ermöglichen.

Außerdem erfordern verschiedene Installationen unterschiedliche Schutzarten (IP-Schutzarten). Kompakte LED-Leuchten dienen häufig der allgemeinen Beleuchtung und zeigen dem Bedienpersonal den Status von Maschinen und Bedienfeldern auf einen Blick an.

In diesem Artikel werden verschiedene Schaltschrankprodukte von Panduit und Banner Engineering betrachtet, die im Inneren und außerhalb des Schaltschranks genutzt werden können, um dessen Konfigurationen zu optimieren, seine Größe zu minimieren und die Integration zu vereinfachen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Netzwerkinstallationen erfordern verschiedenste Sicherheitslösungen. Die Sicherheitscontroller SC10 und XS26-2 von Banner Engineering erfüllen beide die Anforderungen von ISO 13849-1 und IEC 61508 und unterstützen die Sicherheit in programmierbaren industriellen Systemen. Sie sind für verschiedene Arten von Anwendungen optimiert.

Einige wichtige Unterschiede zwischen den Sicherheitscontrollern SC10 und XS26-2 sind ihre Skalierbarkeit, die Anzahl der E/A-Punkte und die Kommunikationsoptionen. Der SC10 ist ein kompaktes, kostengünstiges Gerät, das sich ideal für kleinere Anwendungen eignet, während der XS26-2 ein erweiterbares System für komplexere Maschinen- und Bediensicherungen darstellt.

Die kompakten Sicherheitscontroller der Serie SC10 sind so konstruiert, dass sie zwei oder mehr Sicherheitsrelaismodule auf engem Raum ersetzen können. Sie mögen klein sein, bieten aber große Fähigkeiten. Diagnosefunktionen für die Reihenschaltung liefern detaillierte Status- und Leistungsdaten für bis zu 70 verbundene Sicherheitsgeräte. Die Daten sind über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (human-machine interface, HMI), eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und vergleichbare Geräte zugänglich oder können an die Cloud gesendet werden.

Die Controller SC10 sind äußerst flexibel und unterstützen eine Vielzahl von Sicherheitseinrichtungen. Die auf Symbolen basierende Programmierschnittstelle mit Drag-and-Drop-Konfiguration über einen PC beschleunigt die Einrichtung und laufende Benutzung. Zusätzlich unterstützen sie die Konfiguration und Programmierung ohne PC über eine externe Speicherkarte.

Sie verfügen über umfangreiche E/A, darunter zwei Sicherheitsrelaisausgänge mit je 6 A und drei Schließergruppen mit unabhängig gesteuerten Kontakten. Die zehn Eingänge enthalten vier, die als nicht sichere Ausgänge konfiguriert werden können. Dank der automatischen Anschlussoptimierung (Automatic Terminal Optimization, ATO) von Banner können Standardeingänge bedarfsweise als nicht sichere Ausgänge und umgekehrt konfiguriert werden, wodurch die Anzahl der verfügbaren Eingänge von 10 auf 14 erhöht wird.

Die Konnektivität ist eine weitere wichtige Stärke der Controller SC10. Die industrielle Ethernet-Schnittstelle kann 256 virtuelle nicht sichere Statusausgänge und 80 virtuelle nicht sichere Eingänge unterstützen. Zusätzlich bieten diese Sicherheitscontroller Ethernet/IP-, PROFINET- und Modbus/TCP-Protokolle für die Anbindung verschiedenster Anlagen.

Abbildung 1: Der Sicherheitscontroller SC10-2ROE verfügt über 10 konfigurierbare Sicherheitseingänge sowie zwei Dreikanal-Sicherheitsrelaisausgänge mit 6 A und unterstützt die Diagnose bei Reihenschaltung für Echtzeit-Status- und Fehlerdaten. (Bildquelle: DigiKey)

Für komplexere Installationen, die eine größere Anzahl von E/A erfordern, bietet Banner die Serie SX26-2, die aus erweiterbaren Sicherheitscontrollern besteht. Viele Grundfunktionen entsprechen der Serie SC10, wobei aber eine breitere Palette von industriellen Ethernet-Kommunikationsprotokollen unterstützt wird, einschließlich EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus/TCP, PCCC (Programmable Controller Communication Commands) und PROFINET.

In der Basisversion erlaubt der Controller SX26-2 den Anschluss von bis zu acht E/A-Erweiterungsmodulen, so dass er sich mit wachsendem Maschinen- oder Automatisierungsbedarf an größere, komplexere Anwendungen anpassen lässt. Diese Controller gestatten nicht nur die Verbindung mit einem PC, sondern verfügen auch über ein integriertes Display für die Echtzeitüberwachung des E/A-Status, eine wichtige Funktion in komplexen Steuernetzwerken.

Kontrolle des Schrankzugangs

Der Betrieb eines industriellen Steuernetzwerks macht es manchmal notwendig, auf Geräte innerhalb eines Schaltschranks zuzugreifen. Panduit bietet hier zwei Konstruktionsoptionen für Industrienetzwerke: Datenzugriffsports, die externe Verbindungen zu Geräten innerhalb des Schaltschranks unterstützen, und VeriSafe-Spannungsfreiheitsprüfer (AVT und AVT2), die die Spannungsfreiheitsprüfung (Abbildung 2) vor dem Öffnen des Schaltschranks für den direkten Zugriff auf Geräte im Inneren automatisieren und vereinfachen.

Abbildung 2: Das VeriSafe ATV2 von Panduit ist für explosionsgefährdete Bereiche der Klasse 1/Abschnitt 2 geeignet, da kein externer Spannungsprüfer benötigt wird. (Bildquelle: DigiKey)

Über die Datenzugriffsports kann sich technisches Servicepersonal von außen mit den Geräten im Schaltschrank verbinden. Das flexible modulare Design ermöglicht jederzeit den Austausch von RJ45-Buchsen, Schutzschaltern, USB-Ports und anderen Anschlüssen. Die Geräte erfüllen zahlreiche Normen, darunter UL, CSA und NEMA, und entsprechen der Schutzart IP65 gemäß IEC 60529.

Die Spannungsfreiheitsprüfer VeriSafe gewährleisten die Sicherheit des technischen Fachpersonals bei der Wartung der Geräte in einem Schaltschrank. Ein beleuchteter Druckknopf zeigt optisch an, dass der Schrank sicher geöffnet werden kann. Das System erfüllt die Normen ISA 12.12.01 und CSA C22.2 No. 213 sowie die Zuverlässigkeitsanforderungen von SIL 3 gemäß IEC 61508.

Schutz gegen mechanische Einwirkungen, Eindringen, chemische oder klimatische Einflüsse sowie elektromagnetische Störungen im Netzwerk

Panduit bietet eine Reihe von industriellen Netzwerkkomponenten, die die Richtlinien zum Schutz gegen mechanische Einwirkungen, Eindringen, chemische oder klimatische Einflüsse sowie elektromagnetische Störungen der TIA-1005-A erfüllen, einschließlich unterschiedlicher Eindringschutzklassen für verschiedene Standorte. Beispiele für Produkte von Panduit mit entsprechender Auslegung sind z. B. M12-Kabelkonfektionen (Cat 5e und Cat 6A), vorkonfigurierte Schränke für bestimmte Netzwerkbereiche mit verschiedenen Ethernet-, Glasfaser-, Stromversorgungs- und Kühloptionen, unterbrechungsfreie Industriestromversorgungen mit einer Leistung von bis zu 100 Watt sowie modulare Anschlussstecker und -adapter.

Verkabelungslösungen für Schaltschränke zur Kontrolle elektromagnetischer Störungen sind ein wesentlicher Aspekt bei der Planung und Installation von Industrieschaltschränken. Panduit bietet eine Vielzahl von Kabelkanälen und Abschirmungslösungen:

• Die Kabelkanäle Panduct PanelMax für Hutschienen sind mit den standardmäßigen 35-mm- oder 15-mm-Schienen kompatibel.
• Die Eckkabelkanäle Panduct PanelMax nutzen den ansonsten ungenutzten vertikalen Platz in den Ecken von Schaltschränken und reduzieren so den Platzbedarf für die gesamte Verkabelung.
• Die geschirmten Kabelkanäle Panduct PanelMax sind mit Höhen von 50,8 mm, 76,2 mm und 101,6 mm erhältlich, um verschiedenen Verkabelungsanforderungen gerecht zu werden. Der aufklappbare Deckel bleibt bei Wartungs- und Umrüstungsarbeiten über Scharniere montiert, was den Verlust von Abdeckungen verhindert und eine Ablage bei der Kabelinstallation bietet. Das Modell DRD22LG6 ist 50,8 mm hoch (Abbildung 3).
• Der Rauschabschirmkanal Panduct PanelMax, wie z. B. das 50,8 mm hohe Modell SD2EMI, kann separat verwendet oder in einem anderen Kabelkanal montiert werden und bietet eine Rauschreduzierung von bis zu 20 dB und eine Rauschspannungsreduzierung um 90 % (Luftspalt bis zu 152 mm).

Abbildung 3: Die geschirmten Kabelkanäle Panduct PanelMax bieten eine effektive Abschirmung elektromagnetischer Störungen für empfindliche Anwendungen. (Bildquelle: DigiKey)

Überwachung der Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Schaltschrank

Die Überwachung der Temperatur und Luftfeuchtigkeit im engen Innenraum eines Schaltschranks oder einer Maschine kann eine Herausforderung darstellen. Dennoch ist es wichtig, ein hohes Maß an Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Der kompakte IO-Link-Sensor S15S von Banner Engineering erfüllt diese Anforderungen und geht noch einen Schritt weiter, indem er zusätzlich zu Temperatur und Luftfeuchtigkeit auch den Taupunkt überwacht.

Der S15S nutzt die Informationen seiner Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, um den Taupunkt zu berechnen. Durch seine kompakte Bauweise und die IO-Link-Konnektivität eignet er sich für den Einbau in beengten Schaltschränken oder Maschinen.

Die vom Sensor zu meldenden Datenpunkte für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Taupunkt lassen sich auswählen. Diese Geräteparameter können im laufenden Betrieb angepasst werden, um unterschiedliche Produkte oder Betriebsbedingungen zu unterstützen. Integrierte Diagnosefunktionen umfassen den Gerätestatus sowie Warnungen und Fehler.

Beleuchtung und Anzeige

Die Beleuchtung kann ein unterschätzter und daher nicht ausreichend beachteter Aspekt der Konstruktion von Industriemaschinen sein. Richtig integriert und mit LEDs umgesetzt, ermöglicht sie Arbeitslicht sowie mehrfarbige Funktions- und Warnanzeigen.

Eine einzelne Mehrzweck-Beleuchtungseinheit kann Platz sparen und das visuelle Netzwerk vereinfachen. Einige mehrfarbige LED-Beleuchtungseinheiten sind flexibel und unterstützen die Montage auf gekrümmten Oberflächen. Banner bietet Tausende von Beleuchtungsoptionen, die große Flexibilität für die individuelle Gestaltung und Verbesserung der Optik und der visuellen Funktion einer Maschine erlauben.

Zu den zahlreichen Optionen gehören u. a. mehrfarbige Signalsäulen, Leuchten mit integrierten Druckschaltern, die in verschiedenen Farben aufleuchten, um den Systemstatus anzuzeigen, und Leuchten mit integrierten segmentierten Anzeigen zur Quantifizierung wichtiger Leistungsparameter. Weitere Optionen sind die LED-Arbeitslichtleisten der Serie WLS27, die als Weißlicht-Arbeitsbeleuchtung dienen und über mehrere Farben zur Statusanzeige verfügen, sowie die flexiblen mehrfarbigen Lichtleisten WLF12 Pro, die auf gekrümmten Oberflächen angebracht werden können (Abbildung 4).

Abbildung 4: Banner Engineering bietet Tausende von industriellen Beleuchtungs- und Anzeigelösungen zur Auswahl. (Bildquelle: Banner Engineering)

Fazit

In Kombination gestattet das umfassende Angebot von Banner Engineering und Panduit die zuverlässige Konstruktion und Installation von kompakten, leistungsfähigen Schaltschränken, Industrienetzwerken und Industriemaschinen. Die bei DigiKey verfügbaren Lösungen von Banner Engineering und Panduit decken sämtliche Bedürfnisse ab, angefangen bei der Bedien- oder Maschinensicherheit über die Kontrolle elektromagnetischer Störungen oder das Management visueller Netzwerke bis hin zur Umweltüberwachung sowie anderen Funktionen.

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2. Schnelle Entwicklung und Bereitstellung von IIoT-fähigen Maschinen
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4. Spezifikation von Kabeln für extreme Umgebungen
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