I/O-Module und Webserver - Bild: Weidmüller

Dank vernetzter I/O-Module und Webserver kann die Wartung der Anlage von außerhalb des Betriebsortes erfolgen. Bild: Weidmüller

Global gesehen und an der Anzahl von Projekten gemessen führen die USA in neun von zehn Segmenten, gefolgt von Europa. Die Asien-Pazifikregion hat über alle Bereiche hinweg das größte Wachstumspotenzial. Insgesamt liegen die Themen Industrie 4.0 mit 141 Projekten und Smart City (128 Projekte, bei denen Europa mit Barcelona, London und Wien die Vorreiterrolle spielt) deutlich vorn. Darauf folgen Anwendungen im Energie- und Automobilsektor, der mit kommunizierenden Fahrzeugen den am weitesten entwickelten Bereich darstellt. Im Mittelfeld liegen vernetzte Anwendungen in Landwirtschaft, Gebäuden und im Gesundheitswesen. Handel und Logistik bilden knapp darauf das Schlusslicht. Basierend auf dieser Liste wurden von IoT Analytics weitere Datenpunkte herangezogen und die gesamte Anzahl von aktuellen Projekten weltweit, inklusive noch nicht bekanntgegebener, auf etwa 7000 bis 10.000 extrapoliert. Doch was bedeutet die grundsätzlich steigende Vernetzung für Hersteller von Komponenten wie Sensoren, Aktuatoren und I/O Modulen?

Energiesparend mit Standard-Schnittstellen

Die wachsende Zahl an Komponenten, die mit Steuereinheiten verbunden werden, verlangt nach intelligenten und kostensparenden Konzepten. Installationsaufwand gilt es zu minimieren, Inbetriebnahmen einfach und schnell zu realisieren und den Betrieb mit hoher Verfügbarkeit zu gewährleisten. Komponentenhersteller wie Balluff bieten daher zum einen Hubs an, um die Verkabelungen stark zu reduzieren. Der IO-Link Sensorhub mit acht Ports für 16 Ein- und Ausgänge bietet dabei eine Signalreichweite von bis zu 20 Meter. Für mehr Flexibilität lässt sich ein zweiter Hub oder Ventilinselstecker anschließen und so die Gesamtreichweite verdoppeln. Steckplatz 7 des Hubs wird dazu einfach als Erweiterungs-Port parametrisiert.

Durch die Plug-and-Play-Verdrahtung von Sensoren mit vieradrigen Standard-Leitungen können Installationskosten teilweise halbiert werden, da über den IO-Link auch eine automatische Übernahme der Parameterdaten aus dem Steuerungssystem erfolgt. Zum anderen wird die Sicherstellung des Betriebs von Anlagen beispielsweise durch eine kontinuierliche Überwachung der Stresslevel mit Heartbeat-Netzgeräten möglich. Neben der Strombelastung für eine Maschine, deren Anstieg ein Indiz für einen bevorstehenden Ausfall sein kann, zeigt das Netzgerät auch die erwartete verbleibende Lebensdauer des Geräts an.

Mehr Platz im Schaltschrank

Über einen M12-Steckverbinder oder Federkraftklemmen an das I/O Modul angeschlossen, können alle relevanten Parameter und Daten zu Überlast, Temperatur oder aktuellem Stresslevel und Betriebsdauer an Diagnosesysteme zur Auswertung gesendet werden. Je nach Umgebungsbedingungen können Netzgeräte mit Schutzgrad IP20 im Schaltschrank oder mit IP67 direkt im rauen Umfeld eingesetzt werden. Die Ausgangsspannung lässt sich dabei über den IO-Link ein- und ausschalten, um Energie zu sparen, sobald Teile der Anlage nicht in Betrieb sind.

Auch in Schaltschränken muss Platz eingespart werden. Eine Lösung stellen dezentrale Installationskonzepte dar. Um unterschiedlichen Schutzanforderungen gerecht zu werden, liefert Murr Elektronik seinen Anlagenkunden zwei Varianten von Feldbusstationen. Cube 20 wird im staubgeschützten Schaltschrank eingesetzt. Die kompakten und widerstandsfähigen Cube-67-Module, deren M8- oder M12-Steckplätze sich frei für den Empfang von Signalen oder die Ansteuerung von Aktuatoren parametrieren lassen, können direkt an den Maschinen montiert werden. Im Systemkabel sind sowohl Daten- als auch Energieleitung gebündelt, was eine platzsparende Montage von bis zu 32 Modulen mit nur einer Knotenadresse bei Stranglängen von bis zu 2 mal 30 Metern erlaubt.

Verkabelung minimieren durch Sensorhub - Bild: Balluff
Verkabelung minimieren durch Sensorhub mit 8 Ports für 16 Ein- und Ausgänge. Verdoppelung der Signalreichweite von 20 auf 40 Meter über Zusatzhub am Erweiterungsport. Bild: Balluff

Über das „Machine Option Management (MOM)“ von Cube67 können jeweils nur die aktuell im Einsatz befindlichen Komponenten aktiviert werden. Auch Weidmüller setzt mit den „u-remote“-I/O-Modulen auf verteilte, modulare und werkzeuglose Installationskonzepte sowie Condition Monitoring. Die Versorgung für Sensoren und Aktoren ist durch zwei hoch belastbare 10-A-Strompfade getrennt, was Einspeisemodule spart. Ein interner Versorgungspfad ermöglicht den Betrieb von 64 Modulen mit einer einzigen Einspeisung am Koppler. Zusammen mit einer Modulbreite von nur 11,5 mm erlaubt dies eine flexiblere Auslegung von Schaltschränken.

Schnittstellen bestehen über Feldbuskoppler für Profibus, Profinet, EtherCat, Modbus IDA und EtherNet/IP sowie DeviceNet und CANopen. Je nach Marktanforderung können die feldbusunabhängig ausgelegten I/O-Module durch Tausch des Kopplers einfach von einem auf einen anderen Feldbus im System migriert werden. Ein integrierter Web-Server vereinfacht die Inbetriebnahme. Wartungsarbeiten wie etwa ein Komponententausch können im laufenden Betrieb erfolgen, ohne Busanbindung und Spannungsversorgung zu unterbrechen. Die Kommunikation der I/O Module mit Sensoren und Aktoren ist über ein IEC61131-0 konformes System gewährleistet.

Hart im Nehmen

Durch die Vernetzung von Maschinen mit Sensoren und Aktoren unterschiedlichster Funktion wachsen die Anforderungen an die Steuerungsperipherie. Neben der Verringerung von Engineering-Aufwänden setzt Bosch Rexroth bei den E/A-Familien IndraControl auf Integration auch unter extremen Umgebungsbedingungen. Alle Module lassen sich bei Inbetriebnahme und Wartung über ihre elektronischen Typenschilder eindeutig identifizieren. Die Diagnose von System-, Bus- oder Peripheriefehlern erfolgt vor Ort per Diagnose- und Statusanzeigen. Zusätzliche kanalspezifische Diagnosemeldungen können über die Engineering-Umgebung IndraWorks sowie das SPS-Programm abgerufen werden. Die S67 Module mit Schutzklasse IP67 werden über M8- und M12-Stecker direkt an die Maschine oder über Adapter auf Hut- oder Profilschienen montiert.

I/O Module mit Schutzklasse IP67 - Bild: Bosch Rexroth
Die I/O Module mit Schutzklasse IP67 lassen sich bei Inbetriebnahme und Wartung eindeutig über ihre elektronischen Typenschilder identifizieren. Bild: Bosch Rexroth

Das optimierte Versorgungsspannungskonzept erlaubt Abstände von bis zu 50 Metern zwischen den Modulen in Anlagen mit maximal 500 Metern Gesamtlänge je Station. Alle E/A-Module sind in einem Temperaturbereich von -25 bis 60 Grad Celsius einsetzbar. Die robuste elektromechanische Ausführung der vollvergossenen S67-Module fängt Dauerschocks bis 30 g ab. Die Buskoppler unterstützen die Kommunikation mit dem international standardisierten Automatisierungsbus Sercos, über den der Systembus je nach Ausführung Update-Raten in nur einer Mikrosekunde pro Modul liefert. Profinet, Profibus und Ethernet/IP sowie die sichere Signalverarbeitung über Profisafe über Profinet und Profibus und CIP Safety über Sercos werden ebenfalls unterstützt. Externe Gebermess-Systeme können so kabellos in den Regelkreis eingebunden werden.