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Schalt-Interface

Den Mehrwert moderner Schalt-Interfaces nutzen

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Udo Haumersen* / Jan Vollmuth

Kleiner, schlauer, einfacher: Technologische Entwicklungen der letzten Jahre bei elektromechanischen und insbesondere elektronischen Schalt-Interfaces bringen dem Anwender einen hohen Mehrwert.

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In den letzten Jahren schritt die Miniaturisierung elektromechanischer und insbesondere elektronischer Schalt-Interfaces immer weiter fort, was Platz im Schaltschrank einsparen hilft.
In den letzten Jahren schritt die Miniaturisierung elektromechanischer und insbesondere elektronischer Schalt-Interfaces immer weiter fort, was Platz im Schaltschrank einsparen hilft.
(Bild: Phoenix Contact)

Das fällt sofort ins Auge: In den letzten Jahren sind Schalt-Interfaces immer kleiner geworden – was Platz im Schaltschrank spart. Dies ist nur ein Beispiel für die technologischen Entwicklungen, die bei elektromechanischen und elektronischen Geräten stattgefunden haben, wie sie sich im Produktportfolio von Phoenix Contact widerspiegeln. Als weitere Entwicklungen bei Produkten dieses Herstellers seien die Verdrahtung mittels Push-in-Technologie genannt, die eine schnellere Inbetriebnahme von Automatisierungsanlagen erlaubt, während das verschleißfreie Schalten von Motoren Stillstandzeiten reduziert. Aufgrund ihrer einfachen Montage und Bedienung tragen die Schaltgeräte aus dem Hause Phoenix Contact zudem dazu bei, dass Anwender automatisiert und wirtschaftlich produzieren können.

Programmierbare Logikmodule

Das Portfolio umfasst die programmierbaren Logikmodule der Produktfamilie PLC-Logic, die Logik- und Interface-Ebene mit steckbaren Relais zu einer Einheit kombinieren. Neben den Logikmodulen PLC-Logic besteht die Lösung aus dem etablierten Relaissystem PLC-Interface und der intuitiv handhabbaren Programmiersoftware Logic+. Mit PLC-Logic lassen sich kleine Automatisierungsaufgaben einfach, flexibel und platzsparend umsetzen.

Das Logikmodul, das acht integrierte 24-VDC-Digitaleingänge umfasst, wird dazu auf acht aneinandergereihte Relais- oder Analogmodule gesteckt, sodass acht weitere E/A-Signale eingebunden werden können. Jeder Steckplatz kann digital, analog, Eingang oder Ausgang sein. Das bedeutet hohe Flexibilität und 16 Kanäle auf nur 50 mm Baubreite. Durch zusätzliche Erweiterungsmodule lassen sich mit der Logiksteuerung bis zu 48 E/A-Signale verarbeiten. Die Logikeinheit erweist sich also als anpassungsfähig hinsichtlich der Anzahl der genutzten E/A-Signale und stellt sich somit individuell auf die jeweilige Applikation ein.

Logiksystem schnell und einfach programmieren

Die Software Logic+ zeichnet sich durch eine einfache Erstellung des jeweiligen Programms per Drag & Drop aus.
Die Software Logic+ zeichnet sich durch eine einfache Erstellung des jeweiligen Programms per Drag & Drop aus.
(Bild: Phoenix Contact)

Programmiert wird das PLC-Logic-System mit der einfach bedienbaren Software Logic+. Das Tool ermöglicht eine schnelle Programmerstellung, die jeder Elektrofachmann ohne entsprechende Schulung selbst durchführen kann. Hierzu benötigt er lediglich allgemeine Schaltungs- und Digitaltechnik-Kenntnisse. Kontakt- (LD) und Funktionsplan (FBD) werden beispielsweise durch Auswahl der jeweiligen Funktionen und deren Verbindung per Drag & Drop generiert.

Die Darstellung von PLC-Logic als Hardware-Ansicht unterstützt eine intuitive Bedienung. Außerdem kann der Anwender das gesamte Programm offline am PC simulieren und testen. Anschließend wird es auf das Logikmodul überspielt und online im laufenden Betrieb geprüft. Sonderfunktionen wie Zähler, Zeitbausteine, mathematische Funktionen und Bausteine zur Verarbeitung von Analogwerten ergänzen die aus der Digitaltechnik bekannten Grundfunktionen wie AND, OR oder NOT.

Inbetriebnahme mittels Tablet-PC

Der Bluetooth-Adapter wird auf das Logikmodul gesteckt und ermöglicht in Kombination mit der PLC-Logic-App den drahtlosen Zugriff auf die Prozessdaten.
Der Bluetooth-Adapter wird auf das Logikmodul gesteckt und ermöglicht in Kombination mit der PLC-Logic-App den drahtlosen Zugriff auf die Prozessdaten.
(Bild: Phoenix Contact)

Gerade bei der Inbetriebnahme müssen oftmals noch Zeiteinstellungen oder Sollwertvorgaben justiert werden. Zu diesem Zweck kann der Anwender über die PLC-Logic-App und einen Tablet-PC mit dem Logikmodul kommunizieren. In Verbindung mit dem Bluetooth-Adapter, der auf das Logikmodul gesteckt wird, fungiert das Smart Device dann als mobiles Bedien- und Beobachtungs-Tool. Für die stationäre Visualisierung stehen darüber hinaus neue HMI-Touch-Panels zur Verfügung.

Analogmodule, die konturgleich zu den PLC-Interface-Relais sind, ergänzen das Logikrelaissystem.
Analogmodule, die konturgleich zu den PLC-Interface-Relais sind, ergänzen das Logikrelaissystem.
(Bild: Phoenix Contact)

Der Forderung der Anwender hinsichtlich der Erfassung auch analoger Signale und deren Verarbeitung in der Logiksteuerung trägt die Lösung mit Analogmodulen Rechnung, die konturgleich zu den Relais der Produktfamilie PLC-Interface sind. Mit ihnen können analoge Normsignale (Strom/Spannung) aufgenommen und ausgegeben sowie Signale von Widerstandsthermometern (PT 100/PT 1000) erfasst werden. Damit stehen dem PLC-Logic-System neue Einsatzbereiche offen. Als typische Anwendung sei die Aufnahme von Füllstand, Druck und Temperatur genannt. Abhängig von den Eingangswerten lassen sich die in das System integrierten Relais passend ansprechen. Der Anwender kann für jedes Relais ein unterschiedliches Schaltverhalten definieren, wenn ein vorgegebener Schaltpunkt erreicht wird. Einstellbare Hysterese und Schalttoleranzen verhindern dabei ein „Flattern“ der Relaiskontakte. Die Programmiersoftware beinhaltet weitere, speziell auf die Analogwertverarbeitung abgestimmte Funktionsbausteine.

Schalten und steuern mit Solid-State-Relais

Ergänzend zu den elektromechanischen Koppelrelais mit Leistungs- und Schwachstromkontakten erfordern viele Applikationen verschleißfreie elektronische Solid-State-Relais mit AC- und DC-Ausgängen. Je nach Schaltanforderung können mit der Lösung von Phoenix Contact steckbare elektromechanische und Solid-State-Relais zum Schalten und Steuern der E/A-Signale flexibel kombiniert werden. Das Portfolio umfasst elektromechanische Relais mit Schaltleistungen von 6 A/250 V ebenso wie überlastfeste Solid-State-Relais mit hohem 10-A-Schaltstrom.

Werden die Eingänge über die Relaiskanäle konfiguriert, lassen sich verschiedene Spannungen aus der Feldebene verarbeiten. Für eine solche Aufgabe sind Relaisklemmen mit unterschiedlichen Spulenspannungen erhältlich. Alle Eingänge, die auf diese Weise eingebunden wurden, weisen sowohl untereinander als auch zur Logikeinheit eine Potentialtrennung auf. Das macht das Logikrelaissystem PLC-Logic unempfindlich gegenüber Störeinkopplungen aus der Feldebene. Die Logikeinheiten bieten dabei sämtliche Vorteile der im System verwendeten Relais der Produktfamilie PLC-Interface wie einfache Brückung der Relaisanschlüsse, Steckbarkeit zum schnellen Tausch der Relais sowie Solid-State-Relais für hohe Schalthäufigkeiten. Die Anschlüsse in Schraub- oder Push-in-Technik, die ebenfalls Rückleiter aufnehmen, sparen zudem Potentialklemmen ein.

Sicherer Einsatz in Ex-Bereichen

Neben den im programmierbaren Logikrelaissystem PLC-Logic genutzten 6,2 mm schmalen PLC-Interface-Relais umfasst das Produktportfolio zahlreiche Relaismodule. Einen speziellen Einsatzbereich dieser Schaltgeräte stellt die Zone 2 in explosionsgefährdeten Bereichen dar. Hier werden hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Sicherheit der verbauten Komponenten gestellt. Deshalb müssen die Relais eine besonders hohe Dichtigkeit nachweisen, die in den sogenannten RT-Schutzklassen definiert ist. Die Schutzklasse RT III gilt als wasserdicht und erfüllt somit eine wichtige Voraussetzung für die relevanten Zulassungen. Phoenix Contact hat das Portfolio der Produktfamilie PLC-Interface jetzt um Relaismodule erweitert, die Signale in der explosionsgefährdeten Zone 2 sicher schalten. Dazu sind sie gemäß UL Class 1, Division II, ATEX und IECEx zertifiziert.

Mit seinem umfangreichen Zubehör erweist sich die Relais-Familie Rifline Complete als passende Lösung für den industriellen Anwendungsbereich.
Mit seinem umfangreichen Zubehör erweist sich die Relais-Familie Rifline Complete als passende Lösung für den industriellen Anwendungsbereich.
(Bild: Phoenix Contact)

Wird in der Zone 2 eine hohe Schaltleistung oder Signalvervielfachung verlangt, bietet sich die Verwendung der Produktfamilie Rifline complete an. Die Module, die ebenso über die zuvor genannten Zertifizierungen verfügen, zeichnen sich aufgrund ihrer Bauform durch eine große Robustheit aus. Wie bei den PLC-Interface-Relais kann der Anwender auch hier zwischen der Schraub- sowie der werkzeuglosen, schnelle Push-in-Anschlusstechnik wählen. Darüber hinaus vereinfacht sich die Verdrahtung durch Steckbrücken des Reihenklemmen-Programms Clipline Complete erheblich. Universell steckbare Funktionsmodule komplettieren die Rifline-Baureihe. Bei Bedarf wird die Steuerungsseite vor hohen induzierten Spannungen geschützt, der Schaltzustand per LED signalisiert oder das Relais durch Aufstecken eines multifunktionalen Zeitmoduls zum Zeitrelais gemacht.

Hohe Anlagenverfügbarkeit sicherstellen

In Ergänzung zu den optional steckbaren Rifline-Zeitmodulen sorgen die Zeitrelais der Produktfamilie ETD für exakte Abläufe. Die Baureihe umfasst 6,2 mm schmale Relais mit jeweils einem Zeitbereich sowie multifunktionale Module mit wählbaren Zeitbereichen und Funktionen, beispielsweise Ein-/Ausschaltverzögerungen oder Impulsgeber. Die Überwachung wichtiger Anlagenparameter übernehmen die Monitoring-Relais der Produktfamilie EMD. Die Geräte stellen eine hohe Anlagenverfügbarkeit sicher, indem sie Abweichungen der Sollwerte von Spannung, Strom, Leistung und Temperatur erkennen. Die in die Maschinen eingespeiste Eingangsspannung wird insbesondere kontrolliert, denn Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz oder eine falsche Phasenfolge können zu einer Beschädigung der installierten Komponenten führen.

Die Hybrid-Motorstarter Contactron vereinen bis zu vier Funktionen in einem Gerät.
Die Hybrid-Motorstarter Contactron vereinen bis zu vier Funktionen in einem Gerät.
(Bild: Phoenix Contact)

Ein cleveres Motormanagement setzten die Geräte der EMM-Serie um. Sie bieten alle Vorteile einer modernen Wirkleistungsüberwachung, schützen angeschlossene Lasten wie Pumpen oder Stell- und Regelantriebe vor Über- oder Unterlast und kontrollieren den Zustand kontinuierlich. Das eigentliche Schalten der Last führen die Hybrid-Motorstarter aus, die bis zu vier Funktionen in einem Gerät vereinen: Motorstart- und Wendefunktion bis 3 kW, Motorschutz gegen Überlast sowie einen Not-Halt bis Performance Level PL e. Neben den Standardkomponenten für die Parallelverdrahtung sind vernetzbare Varianten erhältlich, die sich in Feldbusumgebungen integrieren lassen. Die Vernetzung erfolgt entweder über das sogenannte Interface-System (IFS), das die jeweiligen Geräte über den Tragschienenbusverbinder (T-Bus) koppelt, oder direkt über eine eingebaute IO-Link-Schnittstelle.

Klare Vorteile für die Wartung

Beim Interface-System werden die Motorstarter über ein Gateway, das beispielsweise für Profinet, Profibus, Modbus/TCP, Ethernet/IP und CANopen verfügbar ist, an die Steuerung angeschlossen. Dabei lassen sich mehrere Motorstarter über den T-Bus an das entsprechende Gateway anbinden. Die Ansteuerung der Motorstarter geschieht direkt über die Busleitung, sodass digitale Ausgänge sowie die aufwändige Parallelverdrahtung eingespart werden. Bei Bedarf erhält der Anwender außerdem eindeutige Zustandsmeldungen der Motorstarter, zum Beispiel hinsichtlich des Ausfalls einer oder mehrerer Phasen, einer Überlastwarnung und -meldung, Unterlastmeldung, der Schaltspielzahl oder des aktuell fließenden Motorstroms. Eine Vernetzung über IO-Link bietet die gleichen Funktionen. In Zeiten von Industrie 4.0 werden so relevante Daten bereitgestellt und Informationen über die in vernetzten Anlagen eingesetzten Motoren weltweit zugänglich gemacht. Daraus ergeben sich klare Vorteile für die Wartung, zumal die platzraubende Messtechnik entfällt.

Autor: Dipl.-Ing. Udo Haumersen, Produktmanager im Bereich Interface Components, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont.
Autor: Dipl.-Ing. Udo Haumersen, Produktmanager im Bereich Interface Components, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont.
(Bild: Phoenix Contact)

Signale zwischen Steuerung und Feld entkoppeln, Motoren, Pumpen und Ventile schalten, Beleuchtungen aktivieren und deaktivieren, Sensorsignale an die Steuerungen weiterleiten, Sollwerte überwachen: Die Arbeitsfelder elektrischer Schaltgeräte sind vielfältig. Technologische Entwicklungen in diesem Bereich, die Phoenix Contact vorantreibt, werden dem Anwender auch zukünftig einen Mehrwert bieten und den Übergang in das digitale Zeitalter unterstützen. Schon heute ist es möglich, die Schaltzustände der weltweit verbauten einfachen Koppelrelais über PLC-Logic und die IoT-Plattform Proficloud von Phoenix Contact zu erfassen. (jv)

* Dipl.-Ing. Udo Haumersen ist Produktmanager im Bereich Interface Components, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

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