Der modulare Anlagenbau gewinnt immer mehr an Bedeutung in der Automatisierungstechnik. Eine flexible Anpassung an neue Anforderungen und eine schnelle Adaptierung und Nachrüstung bestehender Maschinen, ist heutzutage der Standard. Dies ist jedoch nicht der einzige Trend in der Industrie. Auch die Dezentralisierung von Komponenten in kleinere Schaltschränke bis hin zu einem völlig schaltschranklosen System wird immer stärker verfolgt. In fahrerlosen Transportsystemen (FTS) ist es aufgrund der Gesamtgröße des Fahrzeugs schwierig, überhaupt alle erforderlichen Komponenten und Funktionen unterzubringen. Durch die stark wachsende Anzahl von komplexen Sensorsystemen und Kameras wird der ohnehin schon begrenzte Platz noch weiter reduziert. Insbesondere moderne 3D-Kameras und Laserscanner benötigen eine sichere und zuverlässige Stromversorgung, ebenso wie eine stabile Anbindung an die Kommunikationsinfrastruktur. Ein Ausfall oder ein unzuverlässiger Betrieb dieser Systeme würde zum sofortigen Stopp der Produktion oder der Materialzulieferung führen und einen Produktionsausfall verursachen. Wie lassen sich diese Herausforderungen unter dem Aspekt der immer weiter voranschreitenden Digitalisierung bewältigen?
Raus aus dem Schaltschrank
Die Dezentralisierung der einzelnen Automatisierungskomponenten hat sich als eine echte Alternative zur klassischen Schaltschrankvernetzung etabliert. Zunehmend werden Komponenten mit einer hohen Schutzart IP65/67 oder höher angeboten und ermöglichen so völlig neue Anlagenkonzepte. Einen zentralen Dreh- und Angelpunkt nehmen dabei Industrial-Ethernet-Switche ein, die in modernen Anlagen das Rückgrat für die Datenkommunikation bilden. Aber nicht nur für die Übertragung von Daten sind Switche geeignet, sondern auch für die Stromversorgung der Endteilnehmer über Power over Ethernet (PoE). Die Übertragung von Daten und die gleichzeitige Versorgung mit Energie über das Ethernet-Kabel bietet viele Vorteile. Bei der Vernetzung von Kamerasystemen und diverser Sensoren, die den PoE-Standard unterstützen, können Platz und Kosten für eine zusätzliche Verkabelung und Netzteile gespart werden. Durch die Dezentralisierung werden die benötigten Kabellängen optimiert und der Installationsaufwand reduziert. Durch die kürzeren Kabel lassen sich Leitungsverluste reduzieren und die Effizienz der gesamten Anwendung steigern.
Erhöhte Flexibilität und modulare Bauweise
Es ist zum Teil sehr schwierig, bestehende Maschinen mit neuen komplexen Funktionen nachzurüsten, die zusätzliche Komponenten und Verkabelung erfordern. Mit dem Einzug der Industrie 4.0 und der zunehmenden Informationstransparenz wird dies aber immer weiter in den Fokus rücken. Durch die Reduzierung des Platzbedarfs für die Verkabelung und Platzierung der Switche im Feld, gestaltet sich die Modernisierung deutlich einfacher. Kompakte Ethernet-Switche mit kleiner Portzahl sammeln die Daten dezentral direkt an den Sensoren ein und versorgen diese auch mit Strom. Das nachzurüstende System lässt sich Dank der modularen Bauweise separat testen und kann später deutlich einfacher integriert und auf weitere Maschinen adaptiert werden.
Kostenersparnis
Schaltschränke können auf das wesentliche reduziert werden und in einigen Fällen kann man sogar komplett auf sie verzichten. Auch für die Verkabelung und Stromversorgung gilt dieses Prinzip. So lassen sich nicht nur die Materialkosten durch Einsparung von Kabellänge und zusätzliche Netzteile senken, sondern auch der Aufwand für die Installation der Komponenten und Verlegung der Kabel wird reduziert.
Funktionssicherheit für die Anlage
Entscheidend für den Einsatz in industriellen Applikationen ist nicht nur die Widerstandsfähigkeit gegenüber Schock- und Vibrationen, sondern auch die elektrischen Eigenschaften, die unter allen auftretenden klimatischen Umweltbedingungen eingehalten werden müssen. Dies gilt umso mehr bei Verzicht auf einen schützenden Schaltschrank. Der neue Spark-XS PoE-Switch mit vibrationssicherer M12-Anschlusstechnik auf fünf Ports, wurde speziell für den Einsatz in rauen industriellen Umgebungen außerhalb des Schaltschranks mit einem erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +70°C designt und entwickelt. Der Spark versorgt bis zu vier Teilnehmer mit Energie und Daten über D-kodierte M12-Steckverbinder. Die Daten werden über einen X-kodierten M12-Uplink-Anschluss mit Gigabitgeschwindigkeit weitergeleitet. Durch die hohe Bandbreite auf dem Uplink-Port besteht ausreichend Reserve für moderne Kameras und Sensoren. Das robuste IP65/67-Metallgehäuse ist staubdicht, schützt gegen das Eindringen von Wasser und sogar gegen kurzzeitiges Untertauchen. In vielen Applikationen ist das Hochfahren ein kritischer Moment. Durch die unter Umständen auftretenden hohen Stromimpulse während des Einschaltvorgangs der angeschlossenen Komponenten, kann die Belastung der Energieversorgung zu Fehlerfällen führen. Alle Terz-Switche verfügen über eine Einschaltstrombegrenzung und reduzieren somit die Last auf die Versorgungsspannung, um ein sicheres Hochfahren der Anlage zu gewährleisten. Die vier PSE (Power Sourcing Equipment)-Ports arbeiten nach dem IEEE-Standard 802.3at Typ 1. Ein integrierter DC/DC-Wandler erzeugt die für PoE nötigen 48V Spannung aus den in der Industrie üblichen 24VDC. Somit können bereits vorhandene Netzteile für die Versorgung des Switches eingesetzt werden. Terz setzt bei seinen PoE-Switche auf eine doppelte Absicherung der Ports, um auch im Fehlerfall die Anlagensicherheit zu gewährleisten. Neben der üblichen internen Schmelzsicherung pro Port wird bei den Terz PoE-Switche, im Gegensatz zu marktüblichen Lösungen, der spannungsführende Pfad der PoE-Ports geschaltet und überwacht. Im Fehlerfall fließt maximal der durch die Einzelsicherungen limitierte Strom. Das Risiko eines Kabelbrands für den Fall, dass es zu einer Abscherung oder einer anderen Beschädigung des Kabels kommt, wird hierdurch reduziert. Die Lebensdauer der Maschinen und Anlagen in der Industrie erstreckt sich über mehrere Jahre, diese gilt demzufolge auch für alle Komponenten, die außerhalb des Schaltschranks installiert werden. Um auch bei Vibrationen zuverlässig zu funktionieren, erfolgt die Befestigung der Switche direkt auf der Montagewand mittels M6-Schrauben. Falls diese nicht elektrisch leitfähig und nicht geerdet ist, wird die Funktionserde über einen separaten Kabelschuh angeschlossen. Der mechanische und elektrische Anschluss kann so unabhängig voneinander durchgeführt werden. Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, sind bereits weitere PoE-Switche als Portfolioergänzung in Planung. Neben Varianten mit größeren Portzahlen in hoher Schutzart, wird es auch kompakte RJ45-Varianten für kleine Schaltschränke geben.
Fazit
Flexible Produktion und die wandelbare Fabrik werden in den kommenden Jahren weiter in den Fokus der Hersteller rücken. Die Philosophie einer nahezu schaltschranklosen Installation unterstützt dieses Konzept und bietet in Zukunft die Möglichkeit für völlig neue Ansätze bei der Entwicklung. Hier können kompakte und robuste schaltschranklose Komponenten ihre Stärke ausspielen und bieten maximale Flexibilität bei der Entwicklung dieser Systeme.
