Erschienen am: 11.08.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2017

Anwendungsgerechte Frontadapter für die Steuerung: S7-1500/ET 200MP

Auch in Zukunft schnell, sicher und fehlerfrei ankoppeln

Als Siemens im November 2012 mit der Markteinführung der Steuerungsgeneration S7-1500/ET 200MP begann, läutete dies einen Generationswechsel am Steuerungsmarkt ein. Der Wandel betrifft hauptsächlich die S7-300/ET 200M als am häufigsten in dieser Leistungsklasse verkaufte SPS, die somit mittelfristig abgelöst werden wird. Als Anbieter von Lösungen zur Anbindung an Steuerungssysteme hat Phoenix Contact darauf reagiert und anwendungsgerechte Frontadapter für die S7-1500 in sein Systemverkabelungsportfolio aufgenommen, die wir im Folgenden ausführlich vorstellen.


Signalübergabe via Plug&Play: Die neue Systemverkabelung für die S7-1500 verbindet Relais oder Übergabemodule innerhalb kurzer Zeit mit der E/A-Karte.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Der Unterschied der Systemverkabelung im Vergleich zur herkömmlichen Einzeladerverdrahtung liegt auf der Hand: Durch das Plug&Play-Konzept entfallen zeitaufwändige Tätigkeiten wie das Ablängen, Abisolieren, Crimpen und Beschriften. Zudem kann bei einer Systemverkabelung auf die im Anschluss notwendigen Arbeitsschritte, die vom Monteur auszuführen sind, komplett verzichtet werden. Dazu gehören das Auflegen der Adern sowie oftmals das Suchen von Fehlern im Rahmen des E/A-Tests sowie deren Beseitigung. Ansonsten würden die Fehler erst während der Inbetriebnahme auffallen. Wie funktioniert nun die Systemverkabelung für die S7-1500, damit sich der Zeitaufwand für die Installation sowie grundlegende Arbeiten wie der E/A-Test erübrigen? Grundsätzlich besteht die Systemverkabelung aus drei Komponenten: Frontstecker, Kabel und Übergabemodul. Diese Bestandteile sind aufeinander abgestimmt und müssen lediglich zusammengesteckt werden. Im Fall der S7-1500/ET 200MP wurde der Frontstecker so entwickelt, dass er alle Eigenschaften der beiden Baugruppen abdeckt. Das heißt er lässt sich in die Baugruppe einschwenken und kann in der Vorverdrahtungsstellung mit dem Systemkabel angebunden sowie anschließend zur Kontaktierung in die Baugruppe geführt werden. Dabei nimmt der Frontstecker sofort die steuerungsspezifische Kodierung auf, um ein späteres Vertauschen mit anderen Baugruppen zu vermeiden. Für eine sichere Arretierung mit der E/A-Karte sorgt ein Federmechanismus, der in beiden Stellungen einrastet. Der Federmechanismus übernimmt gleichzeitig den mechanischen Baugruppenschutz: Sollte die Zugkraft am Frontstecker mehr als 120N (Newton) betragen, löst sich der Stecker aus der Baugruppe und schützt sie so vor einer dauerhaften Schädigung.

Ausführung für digitale und analoge E/As

Die Signale werden über ein vorkonfektioniertes, geprüftes und in unterschiedlichen Längen erhältliches Systemkabel auf ein aktives oder passives Übergabemodul rangiert, das sie fehlerfrei auf die Anschlussklemme umsetzt. Vor der Auslieferung prüft Phoenix Contact sämtliche Systemverkabelungskomponenten auf ihre korrekte Funktion und die richtige Belegung. Auf diese Weise lässt sich eine Baugruppe in kurzer Zeit verdrahten. Die Frontadapter stehen in sechs verschiedenen Ausführungen zur Verfügung: vier Frontadapter für die digitale Signalrangierung und zwei Adapter zur Übertragung von analogen E/As. Dabei werden bis zu 32 Kanäle über einen 50-poligen Kabelanschluss oder vier 14-polige Kabelanschlüsse in Form einer byteweisen Signalrangierung weitergeleitet. Die Frontadapter für die digitalen und die analogen E/As unterscheiden sich voneinander. Dies, weil die Spannungsversorgung bei analogen E/A-Karten anders realisiert ist als bei den digitalen Karten, deren Plus- und Minusversorgung in der Regel über definierte Anschluss-Pins an der Baugruppe erfolgt. Bei analogen Karten laufen an den Pins oftmals Messwerte zusammen. Würde hier die Spannungsversorgung aufgeschaltet, könnte das die Zerstörung der Kartenelektronik nach sich ziehen . Deshalb wurden die Frontadapter für analoge Baugruppen bewusst ohne Einspeiseklemme ausgeführt, damit erst gar keine Spannungsversorgung am Adapter aufgelegt werden kann. Zur Feldankopplung für analoge E/As werden spezielle Übergabemodule angeboten, über die sich - falls notwendig - die Spannung einspeisen lässt.

Spannungseinspeisung auf verschiedene Arten

Die Versorgungsspannung für digitale Karten kann der Anwender über die Frontadapter oder das Übergabemodul umsetzen. Bei der modulseitigen Einspeisung sind pro Byte mehrere freie Adern im Kabel für die Spannungsversorgung reserviert. So ist sichergestellt, dass bei der Übergabe von 32 Signalen über ein 50-poliges Kabel ein Summenstrom von 2A pro Byte fließen kann. Werden acht Signale über ein 14-poliges Kabel übergeben, beträgt der Summenstrom 3A pro Byte. Ist eine höhere Absicherung der E/A-Karten erforderlich, sollten die direkt am Frontadapter befindlichen Einspeiseklemmen genutzt werden. Somit lässt sich theoretisch ein Strom von 1A pro Kanal schalten. Aufgrund der variablen Steckbrücken am Adapter können die Potentiale byteweise getrennt werden. Dazu entfernt der Anwender die Brücken einfach mit einem Schraubendreher.

Platzersparnis im Schaltschrank

Gemeinsam mit den Kollegen der amerikanischen Tochtergesellschaft in Harrisburg (Pennsylvania) haben die Systemverkabelungsexperten der Phoenix Contact Electronics GmbH eine zu den Frontadaptern S7-1500 passende passive Modulserie entwickelt, die in den USA gefertigt wird. Diese Module bestehen aus einzelnen Scheiben. Werden die Scheiben zusammengefügt, ergeben sich unterschiedliche Modulvarianten in einem anwendungsgerechten Design. Auf diese Weise spart der Anwender noch mehr Platz im Schaltschrank ein. Der Rastfuß aus Metall sorgt für eine Vibrationsbeständigkeit bis 5g. Das neue Gehäuse-Design eröffnet zudem vielfältige Beschriftungsmöglichkeiten, während die einzelnen Module die Sensor-/Aktorebene industriegerecht mit der Steuerung verbinden. Das Portfolio der passiven Module zeichnet sich durch eine große Varianz aus. Die VIP-Module (Varioface Professional) sind mit einer S7-1500-spezifischen Beschriftung versehen, weshalb Adapter, Kabel und Modulanschluss als 'Blackbox' aufgefasst werden können. Die Klemmen am Modul beinhalten dieselbe Funktion, als würden die Steuerungsanschlüsse per Einzelader aufgelegt. Darüber hinaus sind Module mit SMD-basierten LEDs oder zusätzlichen Potentialklemmen zum Anschluss von Sensoren und Aktoren erhältlich. So wird dem Anwender der Status pro Kanal angezeigt. Weitere Potentialklemmen sind nicht notwendig, da das Modul die Spannungsversorgung für die Sensoren und Aktoren liefert. Die verschiedenen Varianten sämtlicher Module stehen aber auch künftig auf Profilbasis zur Verfügung und umfassen zusätzliche Funktionen wie die Messertrennung oder Sicherung pro Kanal.

Relaisanbindung ebenfalls per Plug&Play

Viele digitale E/A-Anwendungen erfordern eine galvanische Trennung zwischen Steuerung und Feld. Ferner müssen in zahlreichen Applikationen Signale angepasst oder verstärkt werden. In diesem Fall kommen häufig Relais oder Solid-State-Relais respektive Optokoppler zum Einsatz. Die Relaisfamilien PLC-Interface und Rifline RIF-1 von Phoenix Contact lassen sich daher ebenfalls per Plug & Play-Verbindung an die E/A-Baugruppen der S7-1500 ankoppeln. Die Relais werden dann in Gruppen zu je acht Geräten einfach über den PLC-V8- oder RIF-1-V8-Adapter mit der Steuerung S7-1500 verbunden. Auf einer Baubreite von weniger als 50mm erhält der Anwender somit eine galvanische Trennung, Signalanpassung oder Signalverstärkung zwischen der Feldebene und der Steuerung. Für spezielle Anwendungen im Maschinenbau wurden außerdem PLC-Interfaces mit Handbetätigung entwickelt, mit denen der Monteur die Ausgangskreise einfach vor Ort schalten und testen kann. Diese Relais sind ebenso kompatibel zur Systemverkabelung.

Fazit

Steigen Anwender auf S7-1500/ET 200MP-Steuerungen um, lässt sich die Feldebene mit den Systemverkabelungslösungen von Phoenix Contact schnell, sicher und fehlerfrei ankoppeln.