Robuste Module bringen industrielle I/O näher an die Maschine

Als ich anfing, an Steuerungssystemen zu arbeiten, waren die Ein- und Ausgänge (I/O) in der Regel in einigen wenigen Schaltschränken zentralisiert. Das mag in den analogen Tagen ausgereicht haben, aber moderne Kontrollsysteme müssen mehr Endpunkte in immer vielfältigeren Umgebungen verwalten. Aus diesem Grund wenden sich viele Entwickler der maschinenmontierten dezentralen I/O zu.

Wie maschinenmontierte dezentrale I/O funktioniert

Wie der Name schon sagt, werden bei diesem Ansatz die I/O-Module aus dem Schaltschrank ausgelagert und an oder in der Nähe der Sensoren und Aktoren montiert, mit denen sie verbunden sind. Diese verteilten I/O-Module bieten mehrere überzeugende Vorteile:

• Geringere Verdrahtungskosten: Maschinenmontierte I/O reduzieren den Bedarf an langen, komplexen Kabeln, wodurch sowohl Material- als auch Arbeitskosten gesenkt werden.
• Platzersparnis: Kleinere Schaltschränke machen es einfacher, mehr I/O in Umgebungen mit begrenztem Platzangebot unterzubringen.
• Unterstützung für Industrie 4.0: Diese Module ermöglichen die Datenerfassung und Diagnose in Echtzeit für ehemals einfache Sensoren und Aktoren.

Da maschinenmontierte dezentrale I/O-Module nicht durch einen Schaltschrank geschützt sind, müssen sie robust sein, um rauen Umgebungen standzuhalten. Die neue Serie ADAM-200PN von Advantech zeigt, wie dies erreicht werden kann:

• Widerstandsfähiges Design: Die Module verfügen über die Schutzklasse IP67 für den Schutz gegen das Eindringen von Staub und Wasser. Sie arbeiten in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 60 °C und sind für anspruchsvolle Transport- und Industrieumgebungen ausgelegt, wobei sie die Norm EN 50155 erfüllen und für Anwendungen mit hohen Vibrationen und Stößen getestet werden.
• M12-Steckverbinder: Die Module unterstützen schraubbare M12-Steckverbinder und schnellverriegelbare M12-Druck-Zug-Steckverbinder für eine schnelle und sichere Installation. D-, A- und L-kodierte Anschlüsse stellen sicher, dass die richtigen Kabel für Vernetzung, I/O und Stromversorgung verwendet werden.
• Mehrere Montageoptionen: Front-, Seitenwand- und direkte Maschinenmontage werden für eine schrankfreie Installation unterstützt.

Das ADAM-250PN-A (Abbildung 1) ist das erste Mitglied der Serie ADAM-200PN. Es verfügt über 16 konfigurierbare digitale I/O-Kanäle und unterstützt digitale Eingänge (Senken) vom Typ 3 gemäß IEC 61131-2 sowie reaktionsschnelle digitale Ausgänge (Quellen) für eine zuverlässige industrielle Signalübertragung. Für die Netzwerkanbindung unterstützt das Modul von Haus aus sowohl PROFINET als auch Modbus/TCP, was die Kompatibilität mit einer Vielzahl von industriellen Ethernet-Steuerungen gewährleistet.

Abbildung 1: Das ADAM-250PN-A verfügt über zwei Ethernet- und Stromversorgungsanschlüsse sowie 16 I/O-Kanäle, die alle über M12-Stecker angeschlossen werden. (Bildquelle: Advantech)

Wie das ADAM-250PN-A verteilte I/O in großem Umfang unterstützt

Ein wichtiges Merkmal des ADAM-250PN-A ist die Unterstützung von Daisy-Chaining (Abbildung 2). Das Modul verfügt über zwei Ethernet-Ports und einen integrierten Switch, so dass mehrere Module in Reihe geschaltet werden können. Dies kann den Verkabelungsaufwand im Vergleich zu einer Sterntopologie, bei der jedes Modul ein eigenes Kabel zurück zum Schaltschrank benötigt, erheblich reduzieren.

Abbildung 2: Mit Daisy-Chain-Ethernet- und Stromversorgungsanschlüssen können mehrere verteilte I/O-Module in der Nähe von Feldgeräten platziert werden, während die Verkabelung zum Schaltschrank reduziert wird. (Bildquelle: Advantech)

Die Stromversorgung kann auch über die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse für 24 Volt DC (VDC) des Moduls erfolgen, wobei die üblichen Überlegungen zum Stromverbrauch und Spannungsabfall zu beachten sind.

Das Modul versorgt außerdem Sensoren, Aktoren und Encoder über jeden I/O-Port mit Strom, der in zwei Stromversorgungsbereiche unterteilt ist: U_S für die System- und Sensorversorgung und U_A für die Aktor- und Lastversorgung. Dadurch wird die Verdrahtung weiter vereinfacht, da keine separaten lokalen Stromversorgungen erforderlich sind. Die U_S-Hälfte kann bis zu 0,5 Ampere (A) pro Kanal ausgeben. Die U_A-Hälfte kann bis zu 2 A pro Kanal ausgeben, wodurch das Modul Geräte wie Magnetventile, Gleichstromschütze und Anzeigeleuchten direkt ansteuern kann.

Darüber hinaus bietet das Modul I/O- und Stromversorgungsdiagnose, LED-Statusanzeige und konfigurierbares Ausgangsverhalten bei Steuerungsfehlern. Diese Merkmale sind in verteilten Systemen von Bedeutung, da Fehler nicht mehr in einem Schaltschrank konzentriert sind. Stattdessen benötigen Techniker lokale und im Netzwerk sichtbare Indikatoren, um Probleme auf Verkabelungs-, Stromversorgungs- und Kanalebene schnell zu erkennen.

Anwendungen, die von maschinenmontierter I/O profitieren

Dank seiner Daisy-Chaining-Fähigkeit eignet sich das ADAM-250PN-A besonders für Einsätze, bei denen Sensoren und Aktoren über große Standorte verteilt sind. Windturbinen und andere Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien sind gute Beispiele dafür, da diese Großanlagen von einer erheblichen Verringerung der Komplexität der Verkabelung profitieren können.

Durch die Verwendung von M12-Steckverbindern eignet sich das Modul gut für Geräte, die häufig umkonfiguriert oder bewegt werden, da sie ein schnelles Anschließen und Trennen ermöglichen. Beispiele hierfür sind Materialhandhabungssysteme für den Außenbereich, Hafenkräne und Hafenautomatisierung.

Selbst wenn das ADAM-250PN-A in einem Schaltschrank installiert ist, bietet sein robustes Design noch Vorteile. Da das I/O-Modul beispielsweise keine saubere, trockene und vibrationsfreie Umgebung benötigt, können die Konstrukteure einige Anforderungen an den Schaltschrank lockern. Dies ist ein wichtiger Aspekt für Bereiche wie Bahngleise und Waschbereiche für Lebensmittel und Getränke.

Fazit

Die Entwickler von Steuerungs- und Automatisierungssystemen sind heute nicht mehr auf riesige Schaltschränke angewiesen, in denen die Kabel von jedem Sensor und Aktor zusammenlaufen. Maschinenmontierte I/O-Module, wie das robuste ADAM-250PN-A von Advantech, können die Verkabelung vereinfachen, flexiblere Installationen ermöglichen und die industrielle Ethernet-Vernetzung näher an die Maschine bringen.