Phoenix Contact – Effiziente Lösungen für den Schaltschrank

Der Markt der industriellen Fertigung hat in den letzten zwei Jahrzehnten einen beispiellosen Wandel erlebt. Industrielle Leistungsverbesserungen, die durch transformative Initiativen wie der Industrie 4.0 angeführt werden, sind für die Einführung des Internets der Dinge (IoT) in den Fabriken verantwortlich.

Der Einsatz hochmoderner industrieller Steuerungs-, Überwachungs- und Analysesysteme ist heute alltäglich. Grund für diese technologische Entwicklung ist die Notwendigkeit einer effizienten Schaltschrankplanung, da der verfügbare Platz knapp bemessen ist. Mit mehr Technologie in einem einzigen Schaltschrank, kann die Unterbringung von Stromversorgung, Signalaufbereitung, Konnektivität und Sicherheitssystemen eine Herausforderung sein. In diesem Artikel wird der strukturierte und rationalisierte Ansatz von Phoenix Contact bei der Schaltschrankplanung hervorgehoben, mit dem Kunden Ihre Systeme sicher implementieren können.

Industrieller Wandel

Mit dem technologischen Fortschritt können auch Anwendungen und Anwendungsfälle ermöglicht werden, die zuvor nicht möglich waren. Aber nur, wenn der Fortschritt zum richtigen Zeitpunkt erfolgt. Und der Zeitpunkt war richtig, als sich die Initiativen zur Verbesserung der industriellen Leistung und zur Transformation mit dem aufkommenden industriellen Internet der Dinge (IIoT) deckten. Der Einsatz von Technologie zur Überwachung, Analyse und Anpassung von Fertigungsprozessen in Echtzeit führt zu Produktivitäts- und Effizienzsteigerungen. Die Leistung von Produktionsanlagen, von kompletten chemischen Prozessen über einzelne Produktionslinien bis hin zu einzelnen Elektromotoren, kann optimiert werden, um einen höheren Durchsatz zu erzielen und gleichzeitig ungeplante und kostspielige Ausfallzeiten auf ein Minimum zu reduzieren. Die industrielle Umgebung kann jedoch für viele elektronische Geräte eine Herausforderung darstellen, da statische Elektrizität, Feuchtigkeit, Vibrationen und große Temperaturschwankungen auftreten, um nur einige Aspekte zu nennen.

Platzmangel in der Fabrik

In der Regel ist der Platz in der Fabrik aus Kostengründen sehr knapp bemessen, daher gibt es für jede wichtige Produktionsanlage normalerweise nur einen Schaltschrank. Das wiederum schränkt die Anzahl der in jedem Schrank untergebrachten Geräte ein. Die Hersteller von Maschinen und Anlagen für die industrielle Automatisierung sind sich dieser Herausforderungen bewusst und bemühen sich, platzsparende Schaltschränke zu bauen und gleichzeitig die Implementierungskosten auf ein Minimum zu halten. Dies ist besonders wichtig, damit ihre Kunden von den wirtschaftlichen Vorteilen einer gesteigerten Produktivität profitieren können.

Die Unterbringung einer großen Anzahl von Bauteilen auf engstem Raum ist jedoch nicht ganz unproblematisch. Da elektronische Systeme bei steigender Umgebungstemperatur nicht mehr zuverlässig funktionieren, ist es nicht ratsam Schaltgeräte, Stromversorgungen, Prozesssteuerungen und IIoT-Edge-Knoten, die auf Hutschienen montiert sind, im Schaltschrank dicht an dicht zu packen. Auch der Zugang und die Übersichtlichkeit der Verkabelung sind wichtig für eine einfache Wartung und den Austausch der Geräte. Das Aufspüren von Fehlern und das Verfolgen von Kabeln in einem dicht gepackten und in Betrieb befindlichen Schaltschrank stellt auch ein Sicherheitsproblem für das Wartungspersonal dar. Die meisten Schaltschränke, die heute gebaut werden, müssen alle Aspekte des kontrollierten Prozesses integrieren, von der Stromversorgung über die Eingänge von Edge-Sensoren und Prozesssteuerungenbis hin zur Netzwerkanbindung an Cloud-Dienste. Ein strukturierteres Vorgehen bei der Anordnung von Komponenten und Kabelabschlüssen in einem beengten Schaltschrank kann daher die Wartung und Fehlersuche erheblich erleichtern.

Auswahl des Schaltschranks

Um den Anforderungen der industriellen Anlagenbauer gerecht zu werden, hat Phoenix Contact die COMPLETE-Linie von Schaltschranklösungen entwickelt, die alle notwendigen Dokumentationen und Schaltpläne für die zuverlässige Implementierung und den Betrieb enthält.

Zuverlässige Stromversorgung

Einer der vielleicht wichtigsten Aspekte eines Schaltschranks ist die Stromversorgung. Alle integrierten Systeme und externen Geräte sind auf eine zuverlässige Stromquelle angewiesen. Der Schutz vor Netzüberspannungen, Hochspannungstransienten, Überspannung und Überstrom ist sehr wichtig, ebenso wie die Notwendigkeit, Redundanz und alternative Stromquellen, wie z. B. ein Batterie-Backup, bereitzustellen. Abbildung 1 verdeutlicht die Komplexität der Energieversorgung für eine industrielle Anwendung.

Abbildung 1 – Überlegungen zur Stromversorgung und zum Schutz für die Bereitstellung einer zuverlässigen Stromversorgung in einem Schaltschrank (Quelle Phoenix Contact)

Bei der Stromversorgung sind vier Aspekte zu berücksichtigen: Schutz, Umwandlung, Überwachung und Verteilung. Das COMPLETE-Sortiment bietet eine Reihe von Modulen und Messgeräten (z. B. Energiezähler oder speicherprogrammierbare Steuerungen) sowie elektrische Anschlussmöglichkeiten. Der Schutz umfasst die Verhinderung von schädlichen Transienten, die den Betrieb von Geräten unterbrechen und möglicherweise dauerhafte Schäden an elektrisch empfindlichen Komponenten verursachen.

Die Energieumwandlung umfasst AC/DC- und DC/DC-Wandler zur Versorgung der geschlossenen Systeme und zur Bereitstellung einer redundanten Versorgung entweder durch Netzstrom oder durch unterbrechungsfreie Batteriesysteme. Die ständige Überwachung der Stromversorgungen trägt dazu bei, die Energieeffizienzziele des Unternehmens zu erreichen, und zeigt Anzeichen für drohende Maschinenausfälle oder fehlerhaftes Verhalten an.

Die Stromverteilung wird oft übersehen, ist aber ebenso wichtig für eine zuverlässige Stromversorgung. Jedes Kabel im Schaltschrank hat einen bestimmten Zweck, daher ist eine zweckmäßige, sichere und zuverlässige Verbindung unerlässlich.

Konnektivität

Abbildung 2 verdeutlicht die Vielfalt der Konnektivitätsüberlegungen in einem Schrank. Kabelverbindungen zu Produktionsanlagen, Host-Computer-Servern, Sensoren und Aktoren müssen im Rahmen des Schaltschrankbaus angeschlossen werden. Auch die Stromanschlüsse und -verbindungen müssen zu diesen Geräten geführt werden. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Spannungen und Ströme, die von einer Reihe von Kabelgrößen übertragen werden. Einige Leitungen können abgeschirmt sein, um die Signalintegrität zu wahren, und müssen entsprechend abgeschlossen werden. Sensorkabel können analoge oder digitale Signale enthalten. Für die Erfassung digitaler Signale, sehen Sie sich das Phoenix Contact E/A-Klemmenmodulan, das für den Einsatz in einer Inline-Station vorgesehen ist.

Bild 2 – Die Vielfalt der Anschlussmöglichkeiten in einem typischen Schaltschrank (Quelle Phoenix Contact)

Das COMPLETE-Sortiment umfasst alle gängigen Arten von Anschlüssen, Schnittstellen und Touchpanels sowie Montageoptionen.

Empfohlenes Produkt

Touchscreen 5,7″ 320 x 240 IP65 Ethernet/USB/CAN, Phoenix Contact

Touchpanel mit 14,5 cm/5,7″ analog-resistivem (Polyester) TFT-Aktiv-Display, 320 x 240 Pixel(s) (QVGA), 65536 Farben, Arm9TM, 200 MHz, 2x USB-Host 2.0, 1 x Ethernet (10/100 Mbps), RJ45, Windows CE 5.0, und Benutzersoftware: TSvisRT (Bussystem: CAN). Erfahren Sie mehr über die Auswahl des richtigen Touchpanels.

Signalumschaltung und -aufbereitung

Der industrielle Bereich ist eine elektrisch verrauschte Umgebung mit vielen elektrischen Transienten, die beim An- und Abschalten von Motoren und dem Betrieb anderer Produktionsanlagen entstehen. Analoge Sensorausgangssignale sind besonders anfällig für diese Transienten, so dass neben der Abschirmung der Kabel und der Umsetzung von Maßnahmen zur Verhinderung elektromagnetischer Störungen (EMI) auch eine Form der Signalaufbereitung erforderlich ist. Phoenix Contact bietet eine Reihe von analogen und digitalen Signalkonditionierungsmodulen zur Verbesserung der Integrität und Isolierung von Sensorausgängen an – siehe Abbildung 3.

Abbildung 3 – Die Signalumschaltung und -aufbereitung umfasst viele verschiedene Signale mit Strömen von Milliampere bis zu Hunderten von Ampere (Quelle Phoenix Contact)

Empfohlene Produkte

Elektronischer Motorstarter, Phoenix Contact

E/A-Klemmenmodul 16DI 0DO 24VDC, Phoenix-Kontakt

Signalaufbereiter, Phoenix-Kontakt

Sicherheit

Alle Steuerungssysteme und Produktionsanlagen fallen in den Geltungsbereich international anerkannter Vorschriften zur funktionalen Sicherheit wie IEC 61508, ISO 13849 und ISO 62061. Diese Normen legen das erforderliche Sicherheitsverhalten von Geräten fest, um das Risiko von Verletzungen und Schäden für Bediener und Wartungspersonal zu verringern. Ein Sicherheitsintegritätslevel (SIL) gibt die Wahrscheinlichkeit eines Geräteausfalls sowie die möglichen Folgen und die Schwere einer daraus resultierenden Verletzung an. Die COMPLETE-Serie umfasst konforme Relais, Schaltgeräte, Motorantriebe und andere Schutzgeräte.

Abbildung 4 zeigt einen Teil des Phoenix Contact COMPLETE-Sortiments an Schutz- und Sicherheitsgeräten für die DIN-Schienenmontage (Quelle: Phoenix Contact)

Produktivität im Schaltschrankbau

Zur Unterstützung der Konstruktion und Auslegung der COMPLETE-Schaltschrankreihe bietet Phoenix Contact ein umfassendes Angebot an Werkzeugen, Hilfsmitteln und Zubehör an – siehe Abbildung 5.

Bild 5 – Hohe Produktivität in der Schaltschrankkonstruktion und -implementierung mit dem COMPLETE-Lösungsangebot von Phoenix Contact (Quelle: Phoenix Contact)

Die kostenlose Software-Suite von Phoenix Contact für die Montage und Kennzeichnung von Hutschienen erleichtert die Auswahl und Platzierung der Geräte auf der DIN-Schiene und prüft das korrekte Layout. Es bietet auch die Möglichkeit, Beschriftungsinformationen auszudrucken. ID-Lösungen vervollständigen den Bauprozess mit einer Vielzahl von Desktop- und tragbaren Druckern, die auf eine Reihe von Materialien drucken können.

Automatisierung und Kontrolle

Für die Automatisierung und Steuerung von Systemen hat Phoenix Contact eine Reihe von programmierbaren Steuerungen, dezentralen E/As und Gateways sowie Industrie-PCs und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) entwickelt. Drei davon sind in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6 – Beispiele für drei Automatisierungs- und Steuerungslösungen von Phoenix Contact (Quelle Phoenix Contact)

In Abbildung 6 wird in Beispiel 1 eine SPS gezeigt, die mit einem Gateway und einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) verbunden ist. Die HMI dient zur Visualisierung des Betriebs eines Ventils, und das Gateway bietet Netzwerkkonnektivität zu bestehenden Geräten.

Phoenix Contact bietet eine skalierbare Palette von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) an, von einfachen Steuerungen mit einer Funktion bis hin zu solchen, die SCADA-Anwendungen in Echtzeit unterstützen. PLCnext-Logiksteuerungen bieten unendliche Automatisierung, indem sie Lösungen für jede IoT-Anwendung bereitstellen. Nutzen Sie die modulare Engineering-Software PLCnext, den PLCnext-Store, die Cloud-Integration und die PLCnext-Community-Sharing-Plattform. PLCnext ermöglicht intelligente Automatisierung im Schaltschrank, im Feld und in intelligenter Industrie- oder Gebäudeinfrastruktur.

Empfohlene Produkte

Speicherprogrammierbare Steuerung, Dual-Core 800MHz Cortex-A9, 512MB RAM 0DO , Ethernet/PROFINET, Phoenix Contact

Die SPS kann sich mit der PROFICLOUD IoT-Plattform verbinden und ist gemäß IEC 61131-3 programmierbar. Merkmale: PROFINET-Unterstützung, Gigabit-Ethernet, Cloud-Kommunikation und -Speicherung, Kompatibel mit der PLCnext-Software-Suite.

Programmierbare SIL3-Sicherheitssteuerung 5DI 3DO 24V, Ethernet/PROFINET/USB, Phoenix Contact

Diese programmierbare SIL3-Sicherheitssteuerung wird über den PLCnext Engineer oder Eclipse programmiert und ist nach IEC 61131-3 und programmierbar. Sie erfüllt die Sicherheitsanforderungen nach SIL 3 und PLe. Merkmale: PROFINET-Unterstützung, Gigabit-Ethernet, Cloud-Kommunikation und -Speicherung, Kompatibel mit der PLCnext-Software-Suite.

Vernetzung und Sicherheit

Jede IIoT-Implementierung ist auf Netzwerkkonnektivität angewiesen, egal ob drahtgebunden oder drahtlos. Jede Infrastruktur, die auf einem mit dem Internet verbundenen Netzwerk basiert, ist einer Vielzahl von Cybersicherheitsrisiken, Schwachstellen und der Möglichkeit eines Missbrauchs ausgesetzt. Die Implementierung und Verwaltung eines widerstandsfähigen Netzes mindert das Risiko einer Gefährdung durch Angreifer. Die Netzwerk- und Sicherheitslösungen von Phoenix Contact – siehe Abbildung 7 – bieten skalierbare, zuverlässige und robuste Konnektivität und Schutz, unabhängig vom verwendeten Kommunikationsmedium.

Bild 7 – Das Phoenix Contact COMPLETE-Angebot an Netzwerklösungen (Quelle Phoenix Contact)

Effiziente Schaltschranklösungen

Distrelec ist ein zuverlässiger Vertriebspartner für Phoenix Contact-Produkte. Weitere Informationen über das COMPLETE-Sortiment an Schaltschränken, Lösungen und Geräten finden Sie hier

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