Platz schaffen im Schaltschrank – 16 digitale Kanäle auf 12x100mm

Gerade in Zeiten der knappen Budgets, wie sie die aktuelle Wirtschaftskrise beschert, hat die Einsparung von Kosten ohne Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit höchste Priorität. Produktionsfläche wird zu einem wertvollen Gut und muss teuer bezahlt werden, der Platzbedarf einer Maschine spielt somit bei Kostenbetrachtungen eine entscheidende Rolle. Gleichzeitig werden Maschinen immer komplexer, allerdings auch kompakter. Ziel muss es daher sein, auch die Maschinenumgebung, insbesondere den Schaltschrank für die Steuerungsebene, möglichst klein zu halten. Erreichbar wird dieses Ziel durch den Einsatz von geeigneten, platzsparenden Steuerungskomponenten. Neue, extrem kompakte Feldbus-basierte IO-Systeme mit einer hohen Anzahl von Kanälen auf kleinstem Raum bei gleichzeitiger Flexibilität und Modularität eröffnen dem Anwender hierfür ganz neue Möglichkeiten. Wago Kontakttechnik bietet hierzu eine neue Lösung. Kosteneinsparung durch Platzgewinn Auch die zunehmende Komplexität der Maschinen spielt eine zunehmende Rolle, schließlich sollen die Stillstandszeiten immer weiter verkürzt werden, bei gleichzeitig erhöhter Laufgeschwin­digkeit und verringertem Ausschuss. Außer der konstruktiven Auslegung einer Maschine spielt bezüglich Platzbedarf die Größe des benötigten Schaltschrankes eine elementare Rolle. Bei externen Schränken ist das deren eigener Platzbedarf, bei direkt an der Maschine angebrachten Schaltschränken deren häufig sehr reduzierten Abmessungen. Die Reduzierung der Schaltschrankfläche und damit der Gewinn an Produktionsfläche sowie die Möglichkeit zum Aufbau kleinerer und komplexer Anlagen durch geringere Abmessungen der Steuerungskomponenten führen somit zu einer deutlichen Kosteneinsparung. Kosteneinsparung durch reduzierte Montagezeiten Weitere Kosteneinsparungen ergeben sich über die Verringerung der Montagezeiten. Da aufgrund des Fachkräftemangels immer weniger Personal für den Aufbau und Betrieb einer Anlage zur Verfügung steht, ist es umso notwendiger, dass entsprechende Steuerungskomponenten einfach zu installieren und zu verdrahten sind. Auch ein späterer Austausch von Komponenten muss schnell und ohne Spezialwerkzeug möglich sein. Hohe Packungsdichte schafft Platz im Schrank Der Einsatz von Feldbus-Kommunikationssystemen anstelle der früher üblichen aufwendigen Parallelverdrahtung hat sich mittlerweile weitgehend durchgesetzt und die meisten Anwender sind vertraut mit den Eigenschaften der verschiedenen Protokolle wie Profibus, Profinet, Ethernet IP, CANopen, DeviceNet u.a. Die entsprechenden Feldbus-basierten IO-Systeme waren zu Beginn des \’Feldbus-Zeitalters\‘ jedoch noch recht groß und unflexibel. Es gab meist nur feste Blöcke mit 16 Ein- oder Ausgängen. Wurden z.B. 17 oder 18 Eingänge benötigt, musste ein weiterer Block mit 16 Eingängen beschafft werden, was unnötige Kosten verursachte und immens viel Platz benötigte. Zu einer deutlichen Reduzierung der Kosten und des Platzbedarfs im Schaltschrank hat im weiteren Verlauf die Einführung von modularen Feldbus-IO-Systemen geführt. Diese bestanden damals aus 1- und 2-kanaligen Modulen. Damit konnte der Anwender erstmals seine Feldbusknoten streng applikationsbezogen, auch bitgranular genannt, aufbauen. Er musste nur genau die Anzahl der Ein/Ausgänge verbauen, die er wirklich benötigte. Da in vielen Applikationen die Anzahl digitaler Funktionen recht hoch ist, wurde später die Packungsdichte der modularen Feldbusmodule verdoppelt, was zu 4-Kanal-Modulen mit den Abmessungen vormaliger 2-Kanal-Module führte. Mehrere Jahre später gelang es den ersten Herstellern, die Packungsdichte noch einmal zu verdoppeln: Es gab dann und gibt bis heute 8-Kanal-Module mit den Abmessungen eines 4-Kanal-Moduls. Systeme, die solche Module bieten können, vereinen eine hohe Modularität mit einer hohen Anzahl von Ein/Ausgängen bei geringem Platzbedarf und haben daher die starren, nicht erweiterbaren Blockmodule weitestgehend abgelöst. Genug ist nicht genug Die Miniaturisierung schreitet jedoch weiter voran. Wir kennen das aus dem privaten Bereich, wo manche Mobiltelefone so klein geworden sind, dass sie sich kaum noch bedienen lassen. Aber auch in der Automatisierung ist der Trend nach kleineren Abmessungen ungebrochen. Ein Beispiel dafür sind Reihenklemmen zur Schaltschrankverdrahtung. Hier hat Wago auf den Druck zur Miniaturisierung reagiert, indem die neue Top Job S Serie 2000 bereits letztes Jahr vorgestellt wurde. Diese Reihenklemmen bieten die Funktionalität einer bisherigen 5mm breiten Klemme auf jetzt nur noch 3,5mm. Die Familie wurde auch um Doppelstockklemmen erweitert, welche den Anschluss von 8-Leitern bei nur 5,2mm Baubreite ermöglichen. Weiterhin wurde das Steckverbindersystem X-COM durch die Serie 2020 auf rekordverdächtige 3,5mm getrimmt. Auch bei den modularen Feldbussystemen wurde die Kanalanzahl der Module von einigen Herstellern erhöht. Der Kanalpreis wurde teilweise zwar ein wenig gesenkt, aber diese Module wurden doch erheblich größer als bisherige 8-Kanal-Module. Der Anwender hatte also einen nur geringen Platzgewinn beim Einsatz solcher Systeme. Warum es nicht kleiner ging? Es war die Verlustleistung, die hier Grenzen setzte. Eine größere Anzahl von Kanälen erzeugt auch mehr Verlustleistung, die erst einmal abgeführt werden muss. Zudem waren die Gehäuse nicht kleiner zu fertigen, da auch die Anschlusstechnik bezüglich Verkleinerung ausgereizt war. Mehr Klemmstellen benötigen auch mehr Platz. Es schien also, als wäre die Miniaturisierung bei den Feldbussystemen gestoppt. Bis heute. Kasten: Highlights der Neuentwicklung – 16 Kanäle auf nur 12x100mm konzentriert – Zusätzlicher Platzgewinn bis zu > 60% gegenüber bisherigen Lösungen – Reduzierte Kanalkosten – Reduzierte Schaltschrankkosten – Einfache Verdrahtung durch Direktsteck- Technik mit Cage Clamp S – Ausgänge sind rückwirkungsfrei für den Einsatz in Sicherheitsfunktionen – Auch mit Flachbandkabelanschluss lieferbar – 16DI, 16DO, 8DI/8DO – 4-Kanal IO-Link Master Neue Lösung Das Wago-I/O-System gehörte von Anfang an zu den kompaktesten Systemen am Markt. Es wurde seither ständig weiter entwickelt und gehört nach wie vor zu den beliebtesten Systemen am Markt auch aufgrund seiner hohen Modularität, der feinen Granularität und der geringen Abmessungen. Den Entwicklungsingenieuren jedoch ließ der anhaltende Wunsch der Anwender nach noch geringeren Abmessungen keine Ruhe. So wurde eine Klemme entwickelt, deren Realisierung den Entwicklern anfangs nahezu unmöglich erschien: Die Packungsdichte der vorhandenen 8-Kanal-Klemmen wurde noch einmal verdoppelt. Das Ergebnis war eine 16-Kanal-Klemme mit einer Fläche von nur 12x100mm. Damit konnte der Platzbedarf gegenüber den bisherigen, schon sehr kompakten 8-Kanal-Klemmen um weitere 50% gesenkt werden. Bei einem durchschnittlich dimensionierten Feldbusknoten mit ca. 15 Klemmen kann damit – bei gleichem Platzbedarf – die Anzahl von bisher 120 Kanälen auf 240 Kanäle erhöht oder aber der Platzbedarf für die 120 Kanäle halbiert werden. Wichtig ist auch, dass die Abmessung quer zur Tragschiene mit 100mm unverändert beibehalten wurde. Dadurch fügen sich diese Klemmen ohne Überstand in einen I/O-Knoten ein und die folgende Tragschiene kann im gleichen Abstand wie vorher zum I/O-Knoten gesetzt werden. So ergeben sich Platzeinsparungen von teilweise sogar weit über 60% gegenüber anderen Systemen. Mit dieser neuen Klemmentechnologie hat Wago nun endgültig die Vorteile von flexiblen, modularen Komponenten mit denen von hochkanaligen Blockmodulen in einem System vereint. Möglich wurde diese Ingenieursleistung durch das Know-how in der Gehäuse- und Kontaktfertigung im Hause Wago. Es wurde eine neue, extrem kompakte Feder (Cage Clamp S) entwickelt, die mit einem ebenfalls völlig neuartigen Gehäusekonzept eine bis dato nicht erreichbare Packungsdichte ermöglicht. Obwohl die Klemme bei gegenüber bisher unveränderten Abmessungen über die doppelte Anzahl Klemmstellen verfügt, hat die Bedienbarkeit nicht gelitten. Die gewohnt einfache Handhabung der Cage Clamp-Technik wurde beibehalten und zusätzlich noch die werkzeuglose Direktsteck-Technik für eindrähtige Leiter realisiert. Aber auch die Elektronikentwicklung hat entscheidend zur Verdoppelung der Packungsdichte beigetragen: Durch ein ausgeklügeltes Layout und den Einsatz modernster integrierter Schaltungen wurde die Verlustleistung im Zaum gehalten. So sind jetzt auch 16-kanalige Ausgangsmodule möglich, wobei jeder Kanal volle 0,5A schalten kann. Zudem ermöglicht der Einsatz neuester Technologien eine noch einmal deutliche Reduzierung des Kanalpreises. Zusätzliche, nützliche Neuerungen Weiterhin berücksichtigt Wago Kontakttechnik bei seinen neuen Entwicklungen grundsätzlich auch die Sicherheitstechnik mit ihren zukünftigen Anforderungen. Das bedeutet, dass die Ausgänge sich bereits für einen rückwirkungsfreien Einsatz in Sicherheitskreisen eignen. Wird hierbei die Versorgung der Feldseite über ein Sicherheitsschaltgerät abgeschaltet, verhalten sich die Klemmen passiv zur Sicherheitsfunktion und beeinflussen nicht die durch die Schaltung erreichten Werte von SIL bzw. Performance Level und \’Kategorie\‘ der Anlage oder Maschine. Auch IO-Link, der neue Kommunikationsstandard für die Sensorik und Aktorik auf den letzten Metern, wurde bereits implementiert. Aufgrund der neuen Gehäusegeneration konnte eine 4-Kanal IO-Link-Klemme entwickelt werden. Diese Klemme verfügt bei 4 Kanälen über die für IO-Link erforderliche 3-Leiter-Anschlusstechnik. Bei Einsatz dieser Klemmen hat der Anwender die Möglichkeit der freien Verwendung von Standardkabeln. Gehäusetechnisch wurde das Programm auch noch um Klemmen mit einem Flachbandkabelanschluss erweitet, die eine schnelle Verbindung zu externen Relaismodulen oder Ventilinseln ermöglichen. Fazit Kosten sparen ist angesagt: Maschinen werden kleiner, Schaltschränke schrumpfen und gleichzeitig steigt die Komplexität von Anlagen und Maschinen. Für die jeweilige Steuerungskomponente steht somit immer weniger Raum zur Verfügung. Gestützt auf sein außerordentliches Entwicklungs-Know-how und eine perfekte Fertigungstechnik hat Wago Kontakttechnik eine neue Klemmengeneration geschaffen. Die Packungsdichte wurde verdoppelt und damit eine Klemmentechnologie entwickelt, die 16 Kanäle mit dem Platzbedarf bisheriger 8-Kanal-Klemmen anbietet. Und die 16-kanalige Klemme ist erst der Anfang. Bereits jetzt stehen noch weitere interessante Klemmenvarianten auf der Agenda, die Anwender bei ihren Applikationen unterstützen und die Kosten weiter senken.