Zustandsüberwachung mittels Steckverbinder

Intelligente Anschlusstechnik für die Industrieautomation

Mit zunehmender Digitalisierung müssen immer mehr Leistungselektronik, Mess- und Sensortechnik auf kleinem Raum verbaut werden. Deshalb braucht es möglichst kompakte, miniaturisierte Lösungen, die sich auf der Feldebene mit geringem Platzbedarf installieren lassen. Der Anbieter für Hochfrequenz-Verbindungstechnik IMS Connector Systems hat einen intelligenten Steckverbinder entwickelt, mit dem sich die Zustandsüberwachung des Energiebezugs direkt in die Anschlusstechnik verlagern lässt.
Durch die Echtzeit-Überwachung werden Beeinträchtigungen des Energiebezugs aufgrund von Kabelknick, Kabelbruch oder fehlender Spannungsversorgung frühzeitig erkannt. – Bild: IMS Connector Systems GmbH

Um die Vielzahl der im Kontext von Industrie 4.0 erhobenen Messdaten in Echtzeit verarbeiten und zur Prozessverbesserung nutzen zu können, sind auch in der Anschlusstechnik intelligente Lösungen gefragt, die sich einfach installieren und vernetzen lassen. Ein gutes Beispiel dafür ist der von IMS CS zusammen mit dem Partner Turck entwickelte SmartMod. Der Steckverbinder im Industrie-typischen M12-Format verfügt über ein jeweils in Buchse und Stecker integriertes Sensormodul für das Condition Monitoring von Spannung, Strom, Leistung sowie die Überwachung der Leiterplattentemperatur. Anhand der gemessenen Differenz zwischen Ein- und Ausgang lassen sich Beeinträchtigungen des Energiebezugs durch Kabelknick, Kabelbruch oder fehlende Spannungsversorgung frühzeitig erkennen. Der Messbereich liegt zwischen 7 und 30V sowie ±4A. Fehlerquellen sind problemlos lokalisierbar, da jeder Steckverbinder eine eindeutige Adres-se besitzt, die in der Steuerung hinterlegt werden kann. So lassen sich schadhafte Verkabelungen identifizieren, bevor es zu kostspieligen, zeitraubenden Anlagenstillständen kommt.

Breites Branchenspektrum

Als Resultat der dreijährigen – gemeinsam mit dem Automatisierer Turck erfolgten – Produktentwicklung wird der SmartMod zunächst als vierpoliger Steckverbinder im M12-Format mit einer Dreiadern-Überwachung und der für Sensor/Aktor-Applikationen typischen A-Codierung eingeführt. Durch die Orientierung an diesem in der Industrieautomation weit verbreiteten Standard lässt sich die Einbindung in bestehende Infrastrukturen sehr unkompliziert bewerkstelligen. Bestehende Verkabelungen können unverändert weitergenutzt werden. Gleiches gilt für Pin-Belegungen und Kommunikationsprotokolle. Das wasserdicht umspritzte, Hochdruck- und Dampfstrahl-geschützte Design in Schutzart IP67 bzw. IP69k ist an die teils rauen Einsatzbedingungen verschiedener Branchen angepasst. Daher eignet sich der smarte Steckverbinder über die Industrieautomation hinaus für zahlreichen weitere Applikationen in mobilen Maschinen und Schienenfahrzeugen, im maritimen Sektor oder in der Lager- und Transportlogistik.

Mit dem SmartMod lässt sich das Condition Monitoring des Energiebezugs unkompliziert und platzsparend in die Anschlusstechnik verlagern
Mit dem SmartMod lässt sich das Condition Monitoring des Energiebezugs unkompliziert und platzsparend in die Anschlusstechnik verlagern Bild: IMS Connector Systems GmbH

Exemplarische Einsatzbereiche

Zu den zentralen Anwendungsszenarien für den SmartMod zählt die Echtzeit-Überwachung stark beanspruchter Kabel und Leitungen. So können beispielsweise Schäden an Energieketten für Industrieroboter und Produktionsanlagen, die aufgrund häufiger Biegewechsel hohen Belastungen unterliegen, durch die Auswertung der Widerstandswerte rechtzeitig erkannt und behoben werden. Auch für die Sensorproduktion stellt der SmartMod eine attraktive Lösung dar, weil sich zum Beispiel kleine Sensorbauformen durch die Verlagerung des Funktionsmonitoring in die Anschlusstechnik einfacher realisieren lassen. Statt zahlreiche Sensorvarianten mit spezifisch angepasster Sensorik zur Funktionsüberwachung auszustatten, steht dafür jetzt eine einfache Standardkomponente für viele Baureihen zur Verfügung. Als industriekonforme Anschlusslösung empfiehlt sich der smarte Steckverbinder auch für Retrofit-Maßnahmen, um Bestandsanlagen durch eine Nachrüstung von digitaler Sensortechnik mit geringem Installations- und Investitionsaufwand zukunftsfähig zu machen.

Ein in Buchse und Stecker integriertes Sensormodul erfasst Differenzen von Spannung, Strom und Leistung zwischen Ein- und Ausgang
Ein in Buchse und Stecker integriertes Sensormodul erfasst Differenzen von Spannung, Strom und Leistung zwischen Ein- und Ausgang Bild: IMS Connector Systems GmbH

IoT-fähige Anschlusslösung

Die vom SmartMod ermittelten Daten zu Spannung, Strom, Leistung und Temperatur können via integrierter Bluetooth-Schnittstelle über Distanzen bis 40m im Innen- und 100m im Außenbereich übertragen sowie mit entsprechender App auf mobilen Endgeräten wie Smartphone oder Tablet ausgelesen werden. Um diese vergleichsweise hohen Reichweiten bei der für einen hohen IP-Schutzgrad erforderlichen Komplett-Umspritzung des Sensormoduls zu erzielen, wurde der mit einer Datenrate von 1MBit/s sendende Funkstandard Bluetooth 5.0 implementiert. Die Funksignale sind durch zufallsgesteuertes Frequenzsprungverfahren gegen unbefugtes Ab- und Mithören geschützt. Zur IoT-fähigen Netzwerkanbindung an Steuerungs- und Leitsysteme stehen Bluetooth Gateways mit Schnittstellen für alle gängigen Kommunikationsstandards von Profinet über Ethernet und Modbus bis Ethercat zur Verfügung. Zudem können die Daten auch direkt in der Cloud gespeichert und dann ortsunabhängig per Browser abgerufen werden. Damit eignet sich der SmartMod auch zur Einbindung in vorausschauende Wartungssysteme, welche die Sensorsignale in eine Auswertelogik einspeisen und bei Überschreitung definierter Grenzwerte automatisch Alarm oder Wartungsroutinen auslösen. Die Markteinführung des SmartMod ist für das vierte Quartal 2023 vorgesehen. Beide Technologiepartner präsentieren den intelligenten Steckverbinder vom 14. bis 16. November an ihren Messeständen auf der SPS in Nürnberg.

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