06.03.2019

Intelligenter Steckverbinder mit elektronischer Signalaufbereitung

Völlig neue Anwendungsfelder denkbar

Der Trend der Digitalisierung in der Industrie erfordert neue Lösungsansätze, das gilt auch für bisher rein elektromechanische Komponenten. Denn ohne eine leistungsfähige, durchgängige Infrastruktur stößt die Digitalisierung schnell an ihre Grenzen. Zur Infrastruktur gehören Steckverbinder und Leitungen, deren Bedeutung wird zukünftig weiter steigen und sich beispielsweise in intelligenten Steckverbindern widerspiegeln.


Der smarte Steckverbinder von Weidmüller befindet sich innerhalb der Anschlussleitung und erfasst dort verschiedene elektrische Werte und überträgt diese z.B. in eine App, Cloud oder in ERP- oder Scada-Systeme.
Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG

Die Entwicklung der Steckverbinder wird von drei Trends beeinflusst: der Digitalisierung, der Dezentralisierung und der Miniaturisierung. Bei der Dezentralisierung wandern im industriellen Umfeld immer mehr Funktionen in die Geräte- und Feldebene, wodurch es einen steigenden Bedarf an durchgängigen Verbindungen zwischen Geräten entlang der horizontalen und vertikalen Achse der Automatisierungspyramide geben wird. Auch eine Erweiterung um intelligente Funktionen gehört dazu. Eine Integration von Sensor-und Diagnosefunktionen direkt in den Steckverbinder ermöglicht völlig neue Anwendungsfelder und macht eine zusätzliche Sensorik überflüssig. "So werden Steckverbinder zukünftig auch Daten erfassen und Condition Monitoring ermöglichen. Dadurch können wichtige Daten für die Produktionssteuerung wie beispielsweise der Stromverbrauch geliefert oder erfasst werden, wenn es Veränderungen innerhalb des Steckverbinders selber gibt - zum Beispiel, wenn sich der Widerstand aufgrund von Korrosion ändert und das Produkt droht auszufallen", bemerkt Jörg Scheer, Leiter Division Device & Field Connectivity bei Weidmüller. Es lassen sich Messgrößen wie Strom, Spannung, Leistung und die Temperatur erfassen und über eine App, ein ERP/Scada-System oder eine Cloud speichern und auswerten. Einen solchen intelligenten Steckverbinder präsentiert Weidmüller erstmalig auf der Hannover Messe 2019. Der smarte Steckverbinder entstand im Rahmen des Förderprojektes des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) namens Intelligente elektrische Steckverbinder und Anschlusstechnologie mit elektronischer Signalaufbereitung (ISA). Um die Forschung und Entwicklung an smarter industrieller Verbindungstechnik, dem Wandel der industriellen Infrastruktur und der digitalen Beschreibung von Produkten zu unterstützen, etabliert Weidmüller zudem ein Smart Connectivity Competence Center im Centrum für industrieller IT (CIIT) in Lemgo auf dem Campus der Hochschule OWL. Durch die Nähe zu diesem Hochschulstandort mit seinen Instituten, der Smart Factory OWL sowie der Beteiligung am Netzwerk It´s OWL, soll das Competence Center bestmögliche Unterstützung finden und an Innovationen im Bereich Verbindungstechnik forschen. Scheer führt weiter aus: "Darüber hinaus werden wir unseren Kunden künftig für jedes einzelne Produkt zusätzlich einen Digitalen Zwilling zur Verfügung stellen. Im Bereich der Steckverbinder gibt es hier noch sehr viel ungenutztes Potenzial zu heben. Wenn sämtliche Informationen über die Eigenschaften und Verwendung des Steckverbinders das Produkt über den gesamten Lebenszyklus als digitaler Datensatz begleiten, geht der Kundennutzen weit über eine effiziente und fehlerfreie Verarbeitung im Produktionsprozess hinaus. Auch in der Anwendung sind neue Businessmodelle denkbar."

Grundlage für funktionierende Automatisierungstechnik

Steckverbinder und elektrische Anschlusstechnologien spielen eine zentrale Rolle in der Vernetzung der Produktion von morgen. Sie sind die Hauptschnittstelle zwischen Maschinen, Steuerungen und Datenverarbeitungsanlagen und bilden somit die Grundlage für Funktionalität, einfache Handhabung und Zuverlässigkeit der Automatisierungstechnik. Der smarte Steckverbinder von Weidmüller kann sich in der bzw. den Anschlussleitungen von Fertigungsanlagen, -modulen oder -inseln befinden. Der Steckverbinder dient der Energieversorgung, Signal- und Datenanbindung an die Scada- oder ERP-Ebene. Im smarten Infrastruktur-Steckverbinder werden folgende Messgrößen auf den drei Phasen erfasst: Strom, Spannung und Leistung. Der Maximalstrom beträgt 3x72A. Die Spannungsmessung geschieht direkt an L1-L3, ohne galvanische Trennung. Auch eine Temperaturerfassung ist integriert. Selbstverständlich ist der Steckverbinder auf das industrielle Umfeld abgestimmt, dafür stehen folgende Daten: Temperaturbereich -40 bis +125°C, Spannung: 3x230V/AC, Signalfrequenz: 50/60Hz. Die Strommessung erfolgt mit Hallsensoren, das heißt, ohne Unterbrechung des Stromkreises. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Robotik. Hier bietet Weidmüller Anschlusslösungen für die Versorgung der Roboter mit Energie, Daten und Signalen von der Feldebene bis in den Schaltschrank. Dazu gehören Systeme für die berührungslose Energieübertragung, Stromversorgungen, I/O-Systeme, schwere Steckverbinder, Energiemessgeräte, Netzwerkinfrastruktur sowie Energiebussysteme. Mit diesen Technologien wird die Vibrationsbeständigkeit, Ansprechgeschwindigkeit sowie die Leistung und Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen an den Robotern optimiert.

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Infrastruktursteckverbinder - Steckzyklenzähler

Die Anzahl der Steckzyklen bestimmen u.a. die Funktion und den Verschleiß eines Steckverbinders. Weidmüller realisiert die Zählfunktion mit einem energieautarken piezobasierten Miniatursystem, das funktioniert folgendermaßen: Die aufgebrachte Kraft während des Steckzyklus erzeugt eine Energie, um das nachgelagerte elektronische System mit Strom zu versorgen. Der Energiewandler befindet sich im Kraftfluss des Stecksystems - im oder am Steckverbinder. Die Energiezufuhr aktiviert das elektronische Zählwerk. Über Plausibilitätskriterien findet die Validierung statt, ob der Steckvorgang sicher durchgeführt worden ist. Bei erfolgreicher Validierung wird der Zähler um eins erhöht. Gesichert wird der absolute Wert in einem nicht flüchtigen Speicher. Beim Erreichen der festgelegten, maximalen Steckzyklenanzahl erfolgt eine visuelle Markierung am Messsystem. Der Zählerstand lässt sich dann kontaktlos über eine RFID-Schnittstelle auslesen. Dabei wird während des Lesevorgangs das System über die RFID-Schnittstelle mit Energie versorgt. Mit den Funktionen des intelligenten Infrastruktursteckverbinders ermöglicht Weidmüller eine Effizienzsteigerung bei der Installation und Inbetriebnahme sowie beim zuverlässigen Betrieb von Maschinen und Anlagen. Der smarte Steckverbinder aus dem ISA-Projekt trägt wesentlich zur Produktionsverbesserung bei.

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