Die Durchgängigkeit der Netzwerke in der industriellen Automatisierung fordert nicht nur standardisierte Netzwerke, sondern auch eine abgestimmte Installation und Device Connectivity. Grundlage ist die Etablierung eines Netzwerksystems, das für alle Adern der Automatisierung (Daten, Signal, Power) Anschlüsse bietet. Dabei sind die Geräteschnittstellen für die 400-V-Powerversorgung, die Signalübertragung und die Datenkommunikation gleichberechtigt.
Bei der Installation gibt es zwei Möglichkeiten: zum einen die Installation im Vorfeld, basierend auf konfektionierten Verkabelungskomponenten, zum anderen die Errichtung eines Netzwerks vor Ort mit einfacher Schnellanschlusstechnik. In jedem Fall ist die Installation optimal auf die Applikation anzupassen. Integrierte Automatisierungsgeräte, die systemspezifische Device Connectivity mit optimaler Abstimmung auf den Geräteaufbau erfordern, müssen berücksichtigt werden. In der Industrie-Elektronik sind die möglichen Lösungen für die Device Connectivity ebenso vielfältig wie die Geräte. Spezifische Anforderungen – gerade an die Schnittstellen – entstehen aus Markttrends wie der Minimierung der Baugröße oder einer Steigerung der Geräteleistung, zum Beispiel durch die Kommunikation über Ethernet mit immer höheren Übertragungsraten.
Device Connectivity im Gesamtkontext
Das Konzept Device Connectivity eröffnet die Möglichkeit, das jeweilige Gesamtsystem von der Verbindungslösung her zu betrachten und die weiter steigenden Anforderungen optimal zu erfüllen. So wird der aus der Telekom-Connectivity stammende MicroTCA-Steckverbinder als Board-to-Board-Steckverbinder nun auch für Geräte der Antriebs- und Steuerungstechnik eingesetzt. Ebenso findet die aktuelle Generation der PushPull-Steckverbinder als robuste IP-67-Cable-to-Board-Lösung in beiden Marktsegmenten Verwendung. Der Konvergenztrend im Bereich der Geräteanschlusstechnik mit den sich daraus ergebenden Synergien bestätigt sich. Er wird durch die Integration der Automatisierung in unternehmensweite Netzwerke ausgelöst. Dabei ist es immer öfter nötig, Geräte unabhängig von ihrer ursprünglichen Bestimmung an jedem Ort ins Netzwerk zu integrieren. Hier sind etwa Kamerasysteme oder RFID-Reader zu nennen, die sowohl im Office-IT-Umfeld als auch in der Industrie-Automatisierung eingesetzt werden.
Device Connectivity steht im Kontext von System-, Installations- und Geräteanforderungen, um eine durchgängige industrielle Automatisierungslösung zu realisieren. Aus dem Netzwerksystem werden die technischen Anforderungen an die Geräteschnittstelle generiert. Die Applikation des Anwenders gibt die Installationsanforderungen vor. Elektronischer und mechanischer Aufbau des Geräts bestimmen schließlich die Integrationsmethode.
SystemanforderungenNetzwerksysteme, zum Beispiel Profinet, werden durch Nutzergruppen wie die PNO (Profibus Nutzerorganisation e.V.) generiert. Diese Organisationen legen dann für das Netzwerk Anforderungen wie die HF-Leistung an den Steckverbinder fest. Derzeit herrscht der Trend vor, neben der Kommunikation weitere systemische Schnittstellen zu etablieren. So hat Profinet mittlerweile auch den 24-V-Spannungsversorgungs-Steckverbinder und den 400-V-Power-Steckverbinder definiert. Mit PoE (Power over Ethernet) wurde für Ethernet nach IEEE 802.3 der Steckverbinder für die Spannungsversorgung von Geräten festgelegt. Und auch für den Maschinenbau sind in der ISO 23570 die Schnittstellen für Daten, Spannungsversorgung und Power eindeutig spezifiziert. Die Konsequenzen dieser Festlegungen sind umfassend. Sowohl Maschinen- als auch Automobilhersteller achten genau darauf, dass die eingesetzten Geräte diese Steckverbinder-Standards erfüllen. Umso wichtiger ist für Komponentenhersteller das Engagement in Netzwerk standardisierenden Organisationen und Verbänden, um für Geräte die jeweils optimale und zukunftsfähige Connectivity sicherstellen zu können.InstallationsanforderungenOrganisationen und Verbände definieren in der Regel nur funktionale Anforderungen an Steckverbinder. Geht es um die Installation, so ist konkret der Anwender gefragt. Ein Hersteller von Serienmaschinen tendiert oft zu vorkonfektionierten Verkabelungseinheiten. Wird aber das Netzwerk erst vor Ort installiert, so kommt der adäquaten Anschlusstechnik eine entscheidende Bedeutung zu. Hier ist ein Steckverbinder mit einem einfachen, schnellen und sicheren Anschluss gefragt. Da der Anwender den Steckverbinder als Teil des Geräteanschlusses betrachtet, ist dieser für die Akzeptanz des Geräts mit entscheidend. Die Anschlusstechnik Han-Quick Lock von Harting ist einfach zu handhaben, platzsparend und kombiniert die Zuverlässigkeit von Käfigzugfederanschluss und Crimp-Technik. Für die Montage ist kein Spezialwerkzeug nötig – ein normaler Schraubendreher reicht aus.
Ein Installationskonzept sollte aber über die reine Anschlusstechnik hinausgehen und abgestimmte Komponenten bieten, die in allen Installationsumgebungen sicher funktionieren. Daher sind optimale Installationskonzepte nur in Zusammenarbeit mit dem Anwender zu formulieren. Ein Beispiel ist das Installationskonzept der deutschen Automobilhersteller, das auf deren Produktionsanlagen abgestimmt ist und Profinet-Kommunikation, 24-V-Spannungsversorgung und 400-V-Power einschließt. Bei der Definition dieses Konzepts saßen alle Parteien im Boot, um in Zukunft auf eine durchgängige Lösung zurückgreifen zu können. Das Konzept wurde in enger Abstimmung mit der PNO umgesetzt, um auch die systemischen Aspekte zu berücksichtigen. Die Automobilhersteller haben durch Instandhaltungsexperten ihr Know-how in Sachen Installation eingebracht. Auch Geräte- und Steckverbinderhersteller saßen mit am Tisch, um die Lösung umzusetzen.
GeräteanforderungenJedes Installationskonzept lebt von den passenden Schnittstellen. Die einzelnen Gerätehersteller machen es sich zu leicht, wenn sie sich alleine für den Steckverbinder entscheiden, der für das jeweilige Gerät optimal passt. Anforderungen des Systems, aber auch Installationsanforderungen des Anwenders sind darüber hinaus zu berücksichtigen. Da Geräte mit einer Leiterplatte ausgestattet sind, lassen sich nur Steckverbinder einsetzen, die auf Leiterplatten in einem Prozess mit anderen Bauteilen assembliert und verlötet werden können. Hier bietet SMT (Surface Mount Technology) eine einheitliche Technologie für den Geräteaufbau. Werden die Steckverbinder aufgrund der spezifischen Ausführung der Geräte nicht auf der Leiterplatte integriert, sind Alternativkonzepte erforderlich, die beispielsweise den Steckverbinder über Flachkabel mit der Leiterplatte verbinden. Im IP-67-Bereich – also für Geräte, die direkt vor Ort, etwa in der rauen Umgebung einer Maschine, eingesetzt werden – muss darüber hinaus ein Integrationskonzept für das Gehäuse realisiert werden, das individuell mit dem Gerätehersteller abzustimmen ist.
Push-Pull-Hybrid-Steckverbinder
Die drei Anforderungsvariablen müssen für optimale Device Connectivity zu einem Steckverbinderkonzept verbunden werden. Nur ein Hersteller, der die Kommunikation sowohl mit Systemverantwortlichen als auch mit Anwendern und Geräteherstellern sucht, kann neue Standards definieren. Und nur ein Hersteller, der in allen drei Bereichen erfolgreich Produkte realisiert, besitzt die Kompetenz, die damit verbundenen komplexen Anforderungen umzusetzen.
Mit dem Push-Pull-Konzept ist in der Vergangenheit bereits ein neuer Standard gesetzt worden. Nach dem Installationskonzept der deutschen Automobilhersteller, das den Han-Push-Pull-Steckverbinder verwendet, geht es jetzt in die nächste Runde, da in der Maschineninstallation neue Konzepte nötig sind. Der Wechsel der Kommunikationstechnologie zu Ethernet bietet die Möglichkeit, die Maschineninstallation signifikant zu vereinfachen. Trägt man den Anforderungen einer Serienmaschine von geringer räumlicher Ausdehnung Rechnung, so werden einzelne intelligente Geräte in geringem Abstand um eine zentrale Steuerung angeordnet.Die höchste Effizienz und beste Leistung hat in diesen Fällen die Sterntopologie. Die Spannungsversorgung der Komponenten in einer hybriden Sterntopologie unterscheidet sich grundsätzlich von der einer Linien- oder Ringtopologie. Da eine Kaskadierung im Stern entfällt, lässt sich die Stromtragfähigkeit an das einzelne Gerät anpassen. In der Sterntopologie einer Maschine sind fünf Ampere ausreichend, was den Einsatz optimaler Hybridsteckverbinder ermöglicht. Hierfür wurde mit dem Steckverbinder Push-Pull-Hybrid von Harting ein Power-Stecker entwickelt, der auch die Ethernet-Kommunikation transportiert. Er kommt zudem der Forderung der Gerätehersteller nach, Steckverbinder mittels Miniaturisierung auch in kleinere Geräte zu integrieren.
• more@click-Code: EEK80904
