Einfach, kompakt und wirtschaftlich Trennverstärker auf 6,2mm

In der industriellen Automation ist die analoge Signalübertragung fester Bestandteil sämtlicher Produktionsprozesse. Aufgrund der hier häufig auftretenden elektromagnetischen Einflüsse und Potenzialdifferenzen lassen sich analoge Normsignale wie Stromsignale oder gerade Spannungssignale wie beispielsweise 0 bis 10V leicht beeinflussen. Der Produktionsprozess kann so zum Erliegen kommen und die verwendeten Elektronikkomponenten sogar zerstört werden. Um das zu vermeiden werden Trennverstärker eingesetzt, die die Analogsignale je nach Applikation galvanisch trennen, verstärken, filtern und wandeln. Mit der Produktfamilie Mini-Analog stellt Phoenix Contact für diese Aufgabenstellung eine Trennverstärker-Serie mit zahlreichen Vorteilen für eine schnelle, fehlerfrei zu installierende sowie kostengünstige Lösung zur Verfügung. Bis zu 70% Platzersparnis Einer der Vorteile von Mini-Analog ist die kompakte Bauform der Geräte. Im Vergleich zu den zumeist am Markt angebotenen Modul-Baubreiten von 12,5 bis 22,5mm sparen die 6,2mm schmalen Trennverstärker etwa 50 bis 70% Platz auf der Tragschiene ein (Bild 3). Die geringe Bauhöhe von 102mm reduziert auch die Anforderungen an die räumliche Tiefe, sodass die Geräte in 120er-Schaltkästen montiert werden können. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für eine dezentrale Nutzung. Voraussetzung für die kompakte Bauform ist eine geringe Verlustleistung, die das direkte Aneinanderreihen der Module ohne Abstände ermöglicht. Außerdem reduziert sich die Wärmeentwicklung, was den Temperaturdrift und die Lebensdauer der Module positiv beeinflusst. Gleichzeitig lässt sich die Trennverstärker-Serie ohne Einschränkungen in einem weiten Temperaturbereich von -20 bis +60°C betreiben. Mit Verlustleistungen von weniger als 500mW im Vergleich zu den heute üblichen 1,5W und mehr pro Kanal trägt Mini-Analog damit zu einer energieeffizienteren Gestaltung der industriellen Prozesse bei. Konfiguration über DIP-Schalter Jedes Mini-Analog-Modul umfasst acht Klemmen, die den Anschluss von Zwei-, Drei- und Vierleitertechnik bei der Temperaturmessung mit Widerstandsthermometersensoren, eine Signalvervielfachung sowie Wechsler-Schaltausgänge bei analogen Schwellwertschaltern erlauben. Die durchgängige Klemmenbelegung optimiert außerdem die Verdrahtung. Der Anwender kann zwischen Zugfeder- oder Schraubanschluss­technik wählen. Die Konfiguration mithilfe von DIP-Schaltern erweist sich immer dann als vorteilhaft, wenn Maschinen und Anlagen weltweit gewartet und instandgesetzt werden müssen. Das Einstellen der DIP-Schalter ist einfach und ohne Software oder Konfigurationskabel möglich. Stehen dringende Service-Arbeiten oder Instandsetzungsmaßnahmen an, sind die entsprechenden Kabel und Software-Updates zudem meist nicht zeitnah verfügbar. Modultausch im laufenden Betrieb Insbesondere bei kompakten Geräten ist eine schnelle und fehlerfreie Verdrahtung bei gleichzeitig schwer zugänglichen Anschlussklemmen wichtig. Aus diesem Grund hat Phoenix Contact ein flexibles Systemverkabelungs- und Energiebrückungskonzept für die Mini-Analog-Familie entwickelt, mit dem sich Zeit und Kosten einsparen lassen. Um einzelne Module einfach zu versorgen und schnell aus einem Verbund lösen zu können, bieten sich Energiebrückungssysteme für die Standard-Tragschiene an (Bild 4). Bei der Lösung von Phoenix Contact werden die Trennverstärker von unten mit der benötigten Hilfsspannung von 19,2…30VDC versorgt. Gegenüber den üblicherweise auf der Anschlussklemmen-Ebene angebrachten Energiebrückungssystemen hat dies den Vorteil, dass einzelne Module entnommen werden können, ohne den kompletten Verbund außer Betrieb nehmen zu müssen. Die modularen T-Connectoren eröffnen zudem die Möglichkeit, das System jederzeit zu verkleinern oder zu erweitern, ohne dass die bis dato vorhandenen Brückungskomponenten erneuert werden müssen. Mit dem Energiebrückungssystem lassen sich bis zu 80 Trennverstärker redundant über eine konturgleiche Einspeiseklemme versorgen. Ferner kann das System über eine Mini-Systemstromversorgung dezentral mit ei­ner Weitbereichsversorgung von 85 bis 264VAC eingesetzt werden. Systemverkabelung reduziert Installationsaufwand Die Reduzierung der Installationszeit bei der Wartung, Erweiterung und beim Neuaufbau von Maschinen und Anlagen durch einfache und fehlerfreie Systemanbindungen trägt maßgeblich zur Senkung der Installationskosten bei. Mit dem Mini-Analog-System­adapter lassen sich acht Signalkonverter mittels Systemverkabelung direkt an die SPS koppeln. Dabei sind nur vier Steckaktionen erforderlich, um den Frontstecker für die Steuerung, ein 16-poliges Kabel und den Systemadapter zu installieren. Der Anwender muss weder verdrahten noch die korrekte Belegung der Klemmen auf der Trennverstärker- und Steuerungsebene überprüfen, sodass sich sein Installationsaufwand um etwa 80% reduziert. Die Produktfamilie Mini-Analog verfügt über zahlreiche Zulassungen. Unter anderem werden alle Anforderungen der Zündschutzart \’n\‘ erfüllt, was einer Atex-Zulassung für die Zone 2 entspricht (Bild 5). Anwender versuchen heute die Ex-Zonen 0 und 1 so klein wie möglich zu halten und die Signale in der kostengünstigeren Zone 2 oder im Nicht-Ex-Bereich zu verarbeiten. Aufgrund der durchgängigen UL-Zulassung lassen sich die mit Mini-Analog-Modulen ausgestatteten Maschinen und Anlagen auf dem gesamten nordamerikanischen Markt verkaufen. Die Zertifizierung durch den Germanischen Lloyd (EMC2, Kategorie D) erlaubt die Verwendung der Trennverstärker in maritimen Anwendungen wie Schiffen oder Offshore-Windkraftanlagen, wo sie bereits heute eingesetzt werden. Fazit Planer, Projektierer und Techniker verlangen nach qualitativ hochwertigen, einfach und schnell zu installierenden und zu konfigurierenden sowie kostengünstigen Trennverstärkern, die gegenüber Standardprodukten viele Vorteile bieten. Mit der Produktfamilie Mini-Analog, die sich in zahlreichen Anwendungen bewährt hat, stellt Phoenix Contact ein komplettes, platz-sparendes und systemfähiges Programm für alle Anwendungsbereiche der analogen Signalverarbeitung zur Verfügung. Kasten 1: Funktionen eines Trennverstärkers im Überblick Galvanische Trennung Wichtigste Aufgabe eines Trennverstärkers ist die galvanische Trennung der Signale. Mini-Analog ermöglicht deshalb eine durchgängige Trennung von Eingang, Ausgang und Versorgung. Auf diese Weise werden Erdstromschleifen bei Potenzialdifferenzen vermieden, die zu einer Verfälschung der gemessenen Prozesswerte führen würden. Signale wandeln Ein Vorteil der Signalwandlung liegt in der Anpassung der vom Sensor gelieferten Signale, die ansonsten nicht von der Steuerung verarbeitet werden können. So wandeln die Mini-Analog-Temperaturmess­umformer beispielsweise PT100-Widerstände in Normsignale um oder störempfindliche 0-bis-10V-Signale werden von Drei-Wege-Trennverstärkern in unempfindlichere 0-bis-20mA-Stromsignale geändert, da diese mit höherer Leistung übertragen werden. Signale verstärken Signale müssen immer dann verstärkt werden, wenn große Leitungslängen zu überwinden oder hohe Lasten zu treiben sind. Die Trennverstärker der Mini-Analog-Familie stellen hier bei geringer Eingangs- eine hohe Ausgangsleistung bereit. Signale filtern In Industrieumgebungen treten oftmals Störungen durch hochfrequente Signale auf. Die Eingangsfilter der Mini-Analog-Trennverstärker filtern deshalb solche Störsignale zuverlässig heraus. SPS/Drives/IPC: Halle 9, Stand 341