Plug-and-Play-Lösung fehlerfrei verbinden

Vor 32 Jahren erarbeitete Phoenix Contact eine Systemverkabelung, bei welcher jedes Signal einer SPS-I/O-Baugruppe einfach per Einzelader auf Reihenklemmen verdrahtbar war. Zur Umsetzung dieses Projekts bot sich das Modul Varioface an, welches der Verknüpfung von Steckverbindern und Anschlussklemmen dient. Viele CNC-Steuerungen, welche bereits Steckverbinder für I/O-Punkte nutzten, wurden seinerzeit mit diesen Übergabemodulen und vorkonfektionierten Leitungen angeschlossen. Was lag also näher, als einfach einen steckbaren Anschluss an der I/O-Karte über einen Frontadapter zu realisieren.

Das Varioface-System ermöglicht eine schnelle, fehlerfreie und übersichtliche Verdrahtung, sodass sich die Verkabelungskosten erheblich reduzieren. Je nach Steuerungstyp setzt sich die Systemverkabelung aus unterschiedlichen aufeinander abgestimmten Komponenten zusammen, wie den Frontadaptern, welche die I/O-Signale über Systemstecker ankoppeln, den vorkonfektionierten und geprüften Systemkabeln in allen Längen sowie den Übergabemodulen, die auf eine Hutschiene aufgerastet werden und die I/O-Signale des hochpoligen Systemsteckers auf die Anschlussklemmen umsetzen. Feld- und Rangierebene werden anschließend in Einzelader-Anschlusstechnik miteinander verbunden.

Im Laufe der Jahre sind die Automatisierungsgeräte immer leistungsfähiger geworden. Sie lassen sich jetzt vernetzen und beinhalten eine intuitiv bedienbare Programmiersoftware sowie eine moderne Visualisierung. Auch der Platzbedarf der I/O-Baugruppen hat sich deutlich verringert. Aber wie gestaltet sich heute eine konventionelle Schaltschrank-Installation? In der Regel umfasst der Schaltschrank weiterhin eine Steuerungsebene, gefolgt von einer I/O- und Interface-Ebene sowie abschließend einer Feldebene. Oftmals werden die I/O-Signale der Steuerungen noch immer über konventionelle Einzeladerverdrahtung angeschlossen. Das hat zur Folge, dass die Signalübergabe von der Steuerung zur Rangier- oder Feldebene mittels Reihenklemmen oder Koppelbausteinen – etwa Relais oder Optokoppler – mit einem hohen Arbeitsaufwand einhergeht. Außerdem können bei der Anschlusstechnik Verdrahtungsfehler auftreten, die sich häufig erst bei der Inbetriebnahme bemerkbar machen und zusätzliche Kosten verursachen.

An dieser Stelle kommt die Systemverkabelung ins Spiel. Hier ersetzen die Frontadapter den Einzeladeranschluss an der I/O-Baugruppe. Die Adapter, die einfach auf die Baugruppen gesteckt werden, erlauben die Ankopplung der I/O-Signale über hochpolige Steckverbinder. Sie sind auf die jeweiligen I/O-Baugruppen angepasst und für verschiedene Steuerungssysteme erhältlich. Somit ist das aufwändige Anschließen von Einzeladern inklusive Ablängen, Beschriften und Montieren von Aderendhülsen nicht mehr erforderlich. Vorgeprüfte Systemkabel stellen eine fehlerfreie Verbindung zwischen I/O-Baugruppe und Übergabemodul sicher.

Neben dem klassischen SPS-Aufbau mit CPU und angereihten I/O-Baugruppen ist ein Trend hin zu verteilten Systemen, sogenannten Remote I/Os oder Distributed I/Os, zu erkennen. Die I/O-Baugruppen dieser Systeme sind nicht nur hinsichtlich ihrer Bauform optimiert worden. Besondere Aufmerksamkeit wurde ebenfalls auf die Anschlusstechnik gelegt, wobei die Signale über Push-in-Anschlüsse verdrahtet werden. Lassen sich Remote-I/O-Karten mit integrierten Push-in-Anschlüssen noch mit der Systemverkabelung anbinden und bringt das dem Anwender den erwarteten Nutzen? Die Antwort lautet ja. Als Beispiel verwendet Siemens bei seinen I/O-Karten für die dezentralen Peripheriesysteme Simatic ET 200SP HA und ET200SP eine eingebaute Push-in-Anschlusstechnik.

Für zahlreich Anwendungen bringt das den Vorteil, dass beispielsweise eine schnelle werkzeuglose Verdrahtung möglich ist, ohne Vibrationsprobleme.

Doch wie sieht es aus, wenn der Anwender eine Systemverkabelung einsetzen möchte? Eine Option wäre es, Kabel mit offenen Enden zu nutzen. Das Ende mit den vorkonfektionierten Aderendhülsen kann an die Push-in-Klemmen angeschlossen werden. Das andere Ende mit dem Systemstecker wird danach an ein Übergabemodul gesteckt. Der Anwender erhält also zwar lediglich eine halbe Systemverkabelung, profitiert aber bereits von der Hälfte der Vorteile. Diese beziehen sich überwiegend auf die Übergabemodule.   

Zur Ankopplung der Signalleitungen aus der Feldebene unterstützen Übergabemodule des Typs Varioface unterschiedliche Anschlusstechniken, zum Beispiel Schraubanschluss-, Push-in- oder optional Messertrennklemmen. Die Übergabemodule sind passgenau auf die jeweilige I/O-Baugruppe abgestimmt und applikationsspezifisch beschriftet, was eine eindeutige Zuordnung von Feldsignalen und Anschlussklemmen ermöglicht.

Werden Anwendungen mit Relais oder Optokopplern benötigt, erschließt die Systemverkabelung einen weiteren Vorteil: Mit den sechs Millimeter schmalen Koppelrelais der Serie PLC Interface lassen sich Leistungsausgabekarten, die üblicherweise mit einer geringen Kanalzahl ausgestattet sind, durch Standardbaugruppen mit 16 oder 32 Kanälen ersetzen. Eine solch hohe Kanaldichte auf kleinem Raum schafft Platz und reduziert ferner die Kosten. Die Relais oder Optokoppler werden einfach mit der Systemverkabelung verbunden. Über den PLC-V8-Adapter lassen sich acht PLC Interface-Bausteine verdrahtungsfehlerfrei ankoppeln. Dazu wird der Adapter ohne zusätzliches Werkzeug in die vorhandenen Brückenschächte gesteckt. Die Verbindung zur entsprechenden I/O-Baugruppe erfolgt über den integrierten Steckverbinder. Zu diesem Zweck stehen konfektionierte Systemkabel in allen Längen zur Verfügung.  

Bei Verwendung von Kabeln mit offenem Ende müssen die richtigen Adernummern herausgesucht und dann auf die passende Position der I/O-Baugruppe gesteckt werden – eine Arbeit, die zu Fehlern führen kann. Die Inbetriebnahme erweist sich als wesentlich aufwändiger, und bei Verdrahtungsfehlern folgt eine zeitintensive Fehlersuche.

Egal ob Verdrahtung mit offenem Ende auf die Push-in-Klemmen der I/O-Module via Drei-Komponenten-System mit Frontadapter oder direkt auf Steckverbinder, die in den I/O-Baugruppen verbaut sind, die Varioface-Systemverkabelung stellt ein Plug-and-Play-Konzept zur Verfügung.