Ohne durchgängige Infrastruktur stößt die Digitalisierung schnell an ihre Grenzen; Steckverbinder und elektrische Anschlusstechnologien spielen eine zentrale Rolle in der Vernetzung der ­Produktion von morgen. Als Hauptschnittstelle zwischen Maschinen, Steuerungen und Datenverarbeitungsanlagen bilden sie sozusagen eine Grundlage für das Funk­tionieren, die einfache Handhabung und die Zuverlässigkeit der Automatisierungstechnik.

Dabei beeinflussen drei Trends die ­Entwicklung der industriellen Steckverbinder: Digitalisierung, Dezentralisierung und Miniaturisierung. 

Im Zuge der Dezentralisierung wandern immer mehr Funk­tionen in die Geräte- und Feldebene. Dadurch kommt es zu einem steigenden Bedarf an durchgängiger Verbindung zwischen Geräten entlang der horizon­talen und vertikalen Achse der Auto­matisierungspyramide. Auch eine Erweiterung um intelligente Funktionen gehört zur Dezentralisierung. 

Daher hat sich das BMBF-Projekt „Intelligente elektrische Steckverbinder und Anschlusstechnologie mit elektronischer Signal­aufbereitung“ (kurz ISA) damit beschäftigt, neue Verbindungstechnologien und Integrationstechniken zu erforschen, um intelligente Steckverbinder für Sensoren und Aktuatoren umzusetzen. 

Die Integration von Sensor- und Diagnosefunktionen direkt in den Steckverbinder macht zusätzliche Sensorik überflüssig. Wie das konkret aussehen kann, zeigt das Beispiel eines intelligenten Steckverbinders von Weidmüller. Der smarte Steckverbinder entstand im Rahmen des ISA-Projektes und wurde anlässlich der Hannover Messe 2019 vorgestellt. 

Elektronische Signalaufbereitung

Der smarte Steckverbinder befindet sich innerhalb der Anschlussleitung, wo er verschiedene elektrische Werte erfasst und diese zum Beispiel in eine APP, eine Cloud, ein ERP- oder SCADA-System überträgt.

© Weidmüller Interface

Der intelligente Steckverbinder kann sich in der beziehungsweise den Anschlussleitungen von Fertigungsanlagen, -modulen oder -inseln befinden. Er dient der Energieversorgung sowie zur Signal- und Datenanbindung an die SCADA- oder ERP-Ebene. 

Im smarten Infrastruktur-Steckverbinder werden Strom, Spannung und Leistung auf den drei Phasen erfasst. Dabei beträgt der Maximalstrom 3 x 72 Ampere. Die Spannungsmessung geschieht direkt an L1-L3, ohne galvanische Trennung. Auch eine Temperaturerfassung ist integriert. 

Der Steck­verbinder arbeitet im Temperaturbereich zwischen –40 und +125 °C, mit einer Spannung von 3 x 230 V(AC) und einer Signalfrequenz von 50/60 Hz. Die Strommessung erfolgt mit Hallsensoren, also ohne Unterbrechung des Stromkreises.

Der Steckzyklenzähler

Die Anzahl der Steckzyklen bestimmt unter anderem die Funktionsfähigkeit und den ‚Verschleiß‘ eines Steckverbinders. Weidmüller realisiert die Zählfunktion mit einem energieautarken piezobasierten Miniatursystem: Die während des Steckzyklus aufgebrachte Kraft erzeugt eine Energie, um das nachgelagerte elektronische System mit Strom zu versorgen. Im Kraftfluss des Stecksystems – im oder am Steckverbinder – befindet sich der Energiewandler. Die Energiezufuhr aktiviert das elektronische Zählwerk. ÜberPlausibilitätskriterien findet die ­Validierung statt, ob der Steckvorgang sicher durchgeführt wurde. Bei erfolgreicher Validierung wird der Zähler um 1 erhöht. In einem nicht flüchtigen Speicher wird der absolute Wert gesichert. Beim Erreichen der festgelegten maximalen Steckzyklenzahl erfolgt eine visuelle ­Markierung am Messsystem. Daraufhin lässt sich der Zählerstand kontaktlos über eine RFID-Schnittstelle auslesen, wobei das System während des Lesevorgangs über die RFID-Schnittstelle mit Energie versorgt wird.

Autor: 
Horst Kalla ist Referent Fachpresse bei Weidmüller Interface in Detmold.