Die geschwungenen Seitenteile der Frontklappe drücken beim Schließen den Frontstecker in seine Endposition. So ist eine zuverlässige Kontaktierung gewährleistet. (Bild: Siemens)
Deshalb müssen moderne Automatisierungskomponenten möglichst kompakt sein. Häufig geht dabei die Miniaturisierung zu Lasten der Hantierbarkeit – nicht so bei den neuen 25 mm breiten IO-Baugruppen der Simatic S7-1500.
Das Bild zeigt die Rastnasen von außen in der Vorverdrahtungsstellung des Frontsteckers. Diese ermöglichen eine gezielte Führung des Frontsteckers in der Baugruppe zum definierten Stecken. Bild: Siemens
Die Arbeit eines Konstrukteurs oder Anlagenplaners ist umso schwieriger, je weniger Platz für Automatisierungskomponenten zur Verfügung steht. Es gibt viele Anwendungsbeispiele, bei denen Platzmangel herrscht, wie etwa in klimatisierten Reinräumen für die Halbleiterherstellung oder auf Schiffen und Bohrinseln. Und in der Investitionsgüterindustrie kostet Platz richtig viel Geld. Deshalb ist der Trend einer fortschreitenden Miniaturisierung der Geräte auch in der Automatisierungstechnik zu beobachten – nicht nur in der Konsumgüterindustrie.
Das haben sich auch die Entwicklungsingenieure von Siemens bei dem neuen Peripheriesystem ET 200MP auf die Fahne geschrieben. Die IO-Baugruppen wenden sich in erster Linie an Applikationen mit sehr beschränkten Platzverhältnissen. Höhe und Tiefe sind bei den neuen Baugruppen identisch mit den Abmaßen der 35 mm breiten Baugruppen. Interessant ist bei ET 200 MP allerdings die Breite von 25 mm.
Mit den kompakt kreierten Baugruppen wird das IO-Spektrum der S7-1500 attraktiv erweitert. Sie können entweder zentral im Zusammenspiel mit einer S7-1500 CPU betrieben werden oder aber dezentral mit einer ET 200MP-Kopfbaugruppe, welche die Anbindung an Profinet und Profibus ermöglicht.
Bei den neuen Digitalbaugruppen handelt es sich um einfache, preiswerte IO-Baugruppen, ohne Parameter und ohne Diagnose. Neben je einer 16- beziehungsweise 32-kanaligen digitalen Ein- oder Ausgabebaugruppe steht zusätzlich eine digitale Mischbaugruppe mit 16 Eingängen und 16 Ausgängen zur Verfügung.
Gleichteileprinzip erlaubt Mischbarkeit von Baugruppen
Die Beibehaltung der 1:1-Zuordnung von Status-LED, Klemme, Beschriftung und Verdrahtungsplan ermöglicht eine Überprüfung der Verdrahtung –
sowohl während der Erstinbetriebnahme als auch bei nachträglichen Änderungen. Bild: Siemens
Durch die reduzierte Breite ist es möglich, dass eine ET 200MP im Vollausbau, bestehend aus der Kopfbaugruppe (IM), einer Systemstromversorgung (PS) und bis zu 30 IO-Baugruppen, auf eine 830 mm breite Profilschiene montiert werden kann. Dabei wird eine Kanaldichte von 960 digitalen IO-Punkten erreicht. Natürlich sind die 25 mm breiten Versionen beliebig mit den 35 mm breiten Baugruppen innerhalb einer Station kombinierbar. Dafür sorgt ein ausgeklügeltes Gleichteile- und Ersatzteilkonzept. So können zum Beispiel die S7-1500-Hutprofilschiene und die U-Verbinder weiter verwendet werden.
Der 1:1-Vergleich der 35-mm-Baugruppe von Siemens mit der neuen 25 mm breiten Version vom Typ ET 200MP zeigt deutlich die Platzersparnis bei einem typischen Stationsausbau mit 12 IO-Modulen. Bild: Siemens
Ein wesentlicher Grund, warum die schmale Bauform realisiert werden kann, ist die Nutzung moderner Klemmentechnik. Die 25 mm breiten Baugruppen verwenden hier konsequent die bewährte Push-in-Technik. Diese erlaubt die Realisierung von 40 Klemmen auf kleinstem Raum. Die Verdrahtung erfolgt dabei ohne Werkzeug. Zusätzlich wird der Stecker mit jeder Baugruppe ausgeliefert, sodass der Anwender diesen nicht mehr separat bestellen muss. Logistik und Ersatzteilhaltung vereinfachen sich damit erheblich.
Bei gleichem Baugruppentypus, etwa einer 16- oder 32-kanaligen Digitaleingabebaugruppe, sind Pinning und Verdrahtung bei der 25 mm-Variante und bei den 35 mm-Baugruppen identisch. Damit kann der Anwender immer die gleichen Schaltschrankmakros und Verdrahtungspläne verwenden. Er kann sich noch im Nachhinein entscheiden, ob er eine Baugruppe mit Diagnose und erhöhter Funktionalität einsetzen möchte oder eine einfache, preiswerte, ohne Diagnose. Maschinenbauer und OEMs sind auf diese Weise flexibel bei der Gestaltung ihrer Maschinen.
Fehler vermeiden ist besser als Fehler suchen und beheben. Deshalb wurde beim Design der 25-mm-Baugruppen sehr viel Wert darauf gelegt, dass in der Praxis bewährte Features weiterhin beibehalten werden. So findet sich der Anwender sehr schnell mit den neuen Baugruppen zurecht. Außer der Baubreite gibt es praktisch in der Nutzung keine Unterschiede zu den 35-mm-Baugruppen.
Nachdem die Baugruppen auf die Aluminiumprofilschiene montiert sind, beginnt ein Elektriker in der Regel mit der Verdrahtung. Um ihn dabei zu unterstützen, verfügen alle Baugruppen über eine sogenannte Vorverdrahtungsstellung. In dieser Stellung ragt der Frontstecker rund 10 mm aus der Baugruppe heraus, sodass die Klemmen gut sichtbar und zugänglich sind. Die Push-in-Klemmentechnik erlaubt nun eine werkzeuglose Verdrahtung, sofern massive Adern oder welche mit Aderendhülse beziehungsweise ultraschallverschweißten Adern verwendet werden.
Das Pinning am Frontstecker ist identisch. Dies ermöglicht die Wiederverwendung von Schaltplanmakros und Verdrahtungsplänen sowie eine Festlegung auf einen bestimmten Baugruppentypus zu einem späteren Zeitpunkt. Bild: Siemens
Unterstützt wird der Elektriker dabei von einem auf der Innenseite der Frontklappe aufgedruckten Verdrahtungsplan, sodass er neben seinem Schaltplan keine weiteren Unterlagen benötigt. Dieses Feature ist auch dann hilfreich, wenn im laufenden Betrieb Änderungen vorgenommen oder Anlagenfehler korrigiert werden müssen.
Zuverlässige Kontaktierung durch integrierte Hilfsmittel
Nachdem der Frontstecker fertig verdrahtet ist, bringt ihn der Anwender in seine Endstellung. Erst jetzt wird der galvanische Kontakt zwischen der Baugruppe und den Prozesssignalen hergestellt. Um eine zuverlässige Kontaktierung zu gewährleisten, unterstützen zwei in die Baugruppe und den Stecker eingearbeitete Features den Anwender: Zum einen befinden sich am unteren Stecker links und rechts „Rastnasen“. Hebt man den Stecker an, so fangen sich diese in einer, in die Baugruppe eingearbeiteten Nut.
Der Stecker gelangt so fast automatisch in seine Endposition. Nur ein leichter Druck nach hinten genügt, damit der er zuverlässig in seiner Endposition auf der Baugruppe einrastet. Sollte in der Hektik eines Anlagenstillstands, wo jede Minute zählt, um einen Fehler rasch zu beheben, der Stecker versehentlich nicht ganz in seine Endposition gebracht werden, so verfügt das System über einen weiteren Sicherungsmechanismus, der eine zuverlässige Kontaktierung herstellt. Die Seitenteile der Frontklappe sind nicht gerade ausgeführt, sondern weisen eine Kurvenform auf. Sie sind oben dicker als unten. So drücken diese Seitenteile den Frontstecker „zwangsweise“ in seine Endposition.
Die zweite Raststellung der Frontklappe schafft zusätzlichen Kabelstauraum für Adern mit dicker Isolierung. Trotzdem sind die Adern sauber hinter der Frontklappe verstaut und aufgeräumt. Bild: Siemens
Die Frontklappe verfügt aber noch über ein weiteres interessantes Detail. Damit auch bei Adern mit dicker Isolierung – Stichwort „American Wire Gauge“ (AWG) – die Verdrahtung hinter der Frontklappe verschwindet und geschützt ist, kann die Klappe in eine zweite Raststellung gebracht werden. Ein extra Zubehörteil ist dazu nicht erforderlich.
Ehe die Anlage in Betrieb genommen wird, prüft der Schaltschrankbauer die einzelnen Signale auf korrekte Verdrahtung. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem sogenannten „Durchklingeln“ der Signale. Bei Digitaleingaben wird dabei der Sensor oder Schalter im Feld von einer Person betätigt.
Eine zweite Person prüft dabei an der Baugruppe, ob das korrekte Signal ankommt. Hier wird der Tester von mehreren Features der Baugruppe unterstützt. Zum einen verfügen die Baugruppen über Status-LEDs. Diese sind links und rechts an der Baugruppe angeordnet und entsprechen 1:1 den Klemmen am Frontstecker. So ist eine einfache und eindeutige Zuordnung möglich. Außerdem verfügen die Baugruppen über einen Beschriftungsstreifen auf der Frontseite der Klappe.
Hier kann der Anwender zum Beispiel die absoluten Adressen aus dem Schaltplan eintragen. Auch hier gilt die 1:1-Zuordnung zu den Status-LEDs beziehungsweise zur Klemme. Zusätzlich verfügt der Push-in-Frontstecker über Messöffnungen. Hier kann der Anwender mittels eines konventionellen Multimeters das Anliegen der korrekten Spannung überprüfen. Diese Beschreibung ausgewählter Highlights zeigt, dass eine kompakte, platzsparende Bauweise nicht zwingend zu Lasten einer guten Hantierbarkeit geht.
Nahtlose Einbindung in die digitale Welt
Um die neuen 25 mm breiten Baugruppen auch problemlos in CAX-Tools einbinden zu können, eines der wichtigsten Features für das Schaltschrankdesign, stehen entsprechende Dateien zum kostenlosen Download über die Siemens-Seiten zur Verfügung: DXF für Maßzeichnungen, STP für 3D-Modelle und EDZ für Eplan-Makros.
Selbstverständlich sind die Module für ein effizientes Engineering auch in das TIA-Portal eingebunden. Das Engineering ist dabei denkbar einfach. Da diese Module über keine Parameter und Diagnosen verfügen, müssen sie lediglich per Drag&Drop aus dem Hardwarekatalog in die jeweilige Station gezogen werden.
Dabei kann es sich, wie bereits erwähnt, sowohl um einen zentralen Aufbau handeln oder um einen dezentralen mittels ET 200MP an Profibus oder Profinet angebunden. Für letztgenannte Variante stehen auch GSD- beziehungsweise GSDML-Dateien zum Download bereit, sodass die Module auch mit jedem beliebigen anderen Engineering-Tool projektiert werden können.
Die neuen 25 mm breiten Peripheriebaugruppen der S7-1500 vereinen die Vorteile einer hohen Kanaldichte mit Montage und Verdrahtung. Ebenso erlauben sie ein durchgängiges digitales Engineering, vom Schaltschrankdesign bis zur Hardware-Projektierung. Dieses spart nicht nur Zeit und Geld, sondern vermeidet bereits im Frühstadium Fehler. Denn der Anlagenaufbau stellt die Grundlage für einen stabilen und zuverlässigen Anlagenbetrieb.
Autor: Norbert Brousek, Siemens
