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Die Evolution der Feldbusstation

Text: Jörg Kuhlmann, Turck
Das Empire State Building war einst mit 381 Metern das höchste Gebäude der Welt. Bis zum Ende des Jahrzehnts soll der Kingdom Tower in Saudi-Arabien mit rund einem Kilometer Höhe das Maß aller Dinge sein. Ein Ende der Entwicklung lässt sich nicht vorhersagen. Das ist in der industriellen Automation nicht anders: Jede neue Gerätegeneration lässt ihre Vorgänger alt aussehen - so auch bei Feldbusstationen.

Eine Herausforderung der zukünftigen Entwicklung liegt darin, mit weniger Varianten größere Einsatzbereiche abzudecken. Dazu muss jedes einzelne Gerät mehr können, soll dabei aber in der Einrichtung, Anwendung und Wartung nicht komplexer, sondern einfacher werden. Bei Ethernet-Feldbusstationen kommt hinzu, dass die Protokollstacks wachsen und moderne Feldbusstationen alle Features beherrschen sollen, die Nutzerorganisationen und Hersteller spezifiziert haben. Turck hat im Zuge dieser Entwicklung jüngst Fast-Start-up- und Quick-Connect-Funktionen zum schnellen Hochlauf in alle Ethernet-Geräte integriert. Auch die relativ jungen Multiprotokoll-Ethernet-Block-I/O-Geräte und Multiprotokoll-Ethernet-Gateways beherrschen den Hochlauf. Die Multiprotokoll-Geräte selbst waren ein großer Schritt auf dem Weg zu weniger Varianten und sie beherrschen deutlich mehr als die Vorgänger-Generation.

Evolution statt Revolution

Auf diesem Weg geht Turck weiter und stellt mit den Modellen TBEN und TBDP eine grundlegend überarbeitete Generation seiner Block-I/O-Module vor. Die Ethernet-fähige TBEN-Reihe ist – wie ihre Vorgänger – als Multiprotokoll-Geräte ausgeführt. Sie lassen sich aufgrund der automatischen Protokollerkennung ohne Anwendereingriff in Profinet-, Ethernet/IP- und Modbus-TCP-Netzen betreiben. Die Block-I/Os unterstützen in Profinet- und Ethernet/IP-Netzen neben dem schnellen Hochlauf auch die Redundanzfunktionen Media Redundancy Protocol für Profinet und Decive Level Ring bei Ethernet/IP. Für Applikationen mit erhöhter Ausfallsicherheit lässt sich damit eine redundante Kommunikationsverbindung aufbauen. Die Ethernet-Geräte sind wie bisher mit einem integrierten Switch ausgestattet, der neben der Stern- und Baumtopologie auch eine Installation in Linien- oder Ringtopologie ermöglicht. Linienstrukturen sind flexibler in der Installation und reduzieren außerdem den Verdrahtungsaufwand.

Einen weiteren Anwendervorteil bieten die TBEN-I/Os durch die LLDP-Topologieerkennung für Profinet-Netze (LLDP = Link Layer Discovery Protocol). Diese Informationsblöcke fragt die Steuerung bei den einzelnen Teilnehmern ab und ermittelt automatisch aus der Gesamtheit der Informationen die Topologie eines Netzwerks inklusive jedes einzelnen Teilnehmers. Wie ihre Vorgänger sind die Geräte mit Hilfe von GSD- oder EDS-Dateien in der Engineering-Software der verschiedenen Steuerungen projektierbar. Über ihren integrierten Webserver sind die Ethernet-Geräte jederzeit zusätzlich ansprechbar, um beispielsweise Diagnosemeldungen in Klartext zu erhalten. Für Profibus-DP-Anwendungen legt Turck die TBDP-Reihe auf. In beiden Reihen konnten die Funktionen erweitert und Varianzen vereinheitlicht werden, um die Produktvielfalt zu senken, ohne dabei den Leistungsumfang einzuschränken.

Einsetzbar von -40 bis +70 °C

Die Block-I/O-Geräte der Reihen TBEN und TBDP können jetzt von -40 bis +70 °C eingesetzt werden. Bisher waren die Geräte nur von 0 bis +55 °C einsetzbar. In vielen Applikationen im Außenbereich oder extremeren Klimazonen kamen die Geräte damit an ihre Grenzen. Mit dem erweiterten Temperaturbereich sind die Geräte nun in fast allen Outdoor-Applikationen von Sibirien bis in die Tropen einsetzbar. In sicherheitsgerichteten Applikationen ist es wichtig, Eingangs- und Ausgangspotenziale galvanisch zu trennen, um Ausgänge sicher durch eine übergeordnete Anschaltung stromlos schalten zu können. Das hat bisher dazu geführt, dass die Geräte mit frei konfigurierbaren I/Os, bei denen jeder Kanal als Ein- oder Ausgang betrieben werden kann, hier nicht zum Einsatz kommen. Sie hätten die galvanische Trennung aufgehoben.

Die neuen 16DXP-Module separieren die I/O-Kanäle nicht wie bisher in Eingänge und Ausgänge, sondern in zwei galvanisch getrennte Potenzialgruppen: abschaltbare und nicht-abschaltbare I/Os. So ermöglichen die flexiblen Gerätevarianten das sicherheitsgerichtete Abschalten von Anlagenteilen über Not-Aus. Lediglich beim Projektieren ist darauf zu achten, welche der Kanäle extern abgeschaltet werden und welche nicht. Darüber hinaus werden auch im sicheren Zustand von Anlagen vereinzelt noch Ausgangssignale benötigt, die problemlos von 16DXP-Modulen bereitgestellt werden können.

Sicherheitsgerichtet abschalten

Die maximale Leistung der digitalen Ausgänge hat Turck in allen neuen Modulen vereinheitlicht. Alle Ausgänge schalten jetzt bis zu zwei Ampere. Bisher waren Geräte mit unterschiedlichen Ausgangsströmen (0,5, 1,4 und bis zu zwei Ampere) verfügbar. Da mit zwei Ampere alle üblichen Verbraucher versorgt werden können, erübrigt sich die Lagerhaltung verschiedener Typen. Außerdem verfügt jeder I/O-Steckplatz nun über eine Hilfsspannung zur Unterstützung von Sensoren und Aktuatoren. Lichtvorhänge beispielsweise benötigen eine Hilfsspannung. Das Lichtgitter wird zwar über einen Ausgang geschaltet, die Leistung der LEDs aber über eine Hilfsspannung bezogen. Solche Aktoren können zukünftig über eine einzige Buchse am Modul angeschlossen werden. Höhere Flexibilität erlaubt auch das vereinfachte Schirmungs- und Erdungskonzept der Gerätefamilie: Im Auslieferungszustand sind Schirmung und Funktionserde durch Metallelemente am Gehäuse fest miteinander verbunden. Wenn die Applikation es erfordert, kann diese Verbindung einfach und schnell getrennt werden, indem der Anwender die entsprechende Metallklammer entfernt.

Mechanische Verbesserung

Statt vier haben die neuen Modulen nur noch zwei 6mm-Befestigungslöcher, die in die Mitte verlagert wurden. Die zuvor verwendeten kleinen M4/M5-Schrauben erwiesen sich in der Praxis teilweise als zu filigran. M6-Schrauben erleichtern hingegen die Montage und beschleunigen so den Austausch der Module im Servicefall. Auch zur Adresseinstellung ist nur noch eine Schraube zu lösen, was Veränderungen im Netzwerk vereinfacht. Zudem vergrößerten die Konstrukteure den Abstand der M12-Buchsen zueinander, was den Komfort bei Inbetriebnahme und Instandhaltung erhöht.

Die bewährten Vorteile der Block-I/O-Module hat Turck bei seiner Neuentwicklung beibehalten. So erlauben die Schutzarten IP65, IP67 und I69K den TBEN- und TBDP-Modulen auch eine Montage direkt in der Maschine oder Anlage. Das spart wertvollen Schaltschrankplatz und vereinfacht die elektrische Installation. Die Gehäuse sind weiterhin aus robustem Kunststoff, die Elektronik ist vergossen. Auch die Stecker und Buchsen tragen mit ihren stabilen Metallgewinden zur Langlebigkeit der Geräte bei. Bewährt haben sich außerdem die Drehschalter zur Adresseinstellung.

Vier Varianten

Die bereits verfügbaren Module bieten acht Steckplätze, die je doppelt belegt sind. Turck bietet die TBEN-Geräte in vier Varianten an: mit 16 digitalen Eingängen, acht digitalen Eingängen und acht Ausgängen, mit 16 digitalen Ausgängen oder mit 16 frei konfigurierbaren digitalen Ein- oder Ausgängen. Die TBDP-Block-I/Os sind entsprechend in den gleichen vier Varianten verfügbar.

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