E/A-Module

Julia Busse, Horst Kalla | Günter Herkommer,

Was moderne Remote-I/O-Systeme leisten

Sie sind eine Schlüsselkomponenten der dezentralen Automatisierung: Remote-I/O-Systeme. Welche Anforderungen heute an die E/A-Ebene gestellt werden und wie aktuelle Lösungen dem gerecht werden, zeigen die folgenden zwei Anwendungsbeispiele.

© Weidmüller

Beim Wettlauf mit der digitalen Information wird das Zeitfenster zwischen Redaktionsschluss und Auslieferung von Print-Produkten immer schmaler. Ein wesentlicher Bestandteil einer effizienten Zeitungsverarbeitung ist das zeitweise Aufwickeln der Printprodukte auf raumsparende Zwischenspeicher, so genannte Multi-Discs, wie sie etwa das auf Weiterverarbeitungssysteme für Zeitungs- und Zeitschriftenprodukte spezialisierte Unternehmen Ferag aus der Schweiz fertigt.

Die Wickelautomaten kommen als modularer Bestandteil in verschiedenen Teilbereichen einer Ferag-Anlage zum Einsatz, beispielsweise als dynamischer Puffer zwischen Druckmaschinen und Versandraum oder als Zwischenspeicher für Vordrucke und Beilagen, welche erst später verarbeitet werden. Sobald der leere Disc-Träger in die Wickelstation einfährt, startet ohne manuelles Zutun der Prozess des Aufwickelns. Volle Träger werden automatisch abgedockt und können mit einem Shuttle herausgenommen werden.

Zur fließenden Eingliederung des Aufwickelprozesses auf die Multi-Discs in die weiteren Verarbeitungsschritte ist eine präzise Vernetzung der einzelnen Teilsysteme gefordert. Insofern legten die Schweizer im Rahmen des Redesigns ihres Wickelautomaten MTD10 ein besonderes Augenmerk auf das einzusetzende E/A-System. Nach eingehender Untersuchung diverser Varianten fiel die Entscheidung letztendlich zugunsten des neuen u-Remote-Systems von Weidmüller – unter anderem aufgrund des besonders kompakten Aufbaus dieser Lösung.

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Speicher für die Zeitungs- und Magazinverarbeitung wie der Multi-Disc von Ferag müssen raumschonend konstruiert sein. Entsprechend kompakt ...

© Weidmüller

Konkret finden bei u-Remote auf einem Modul mit einer Breite von lediglich 11,5 mm in der Standardausführung 16 Anschlüsse Platz. Bis zu 64 dieser I/O-Module lassen sich mit nur einer einzigen Einspeisung am Koppler versorgen. Zwei mit 10 A belastbare Strompfade sind zudem intelligent getrennt, so dass eine separate Versorgung der Eingänge und Ausgänge erfolgt. "Besonders für dezentrale Schaltkästen wie an den Wickelautomaten ist dies sehr vorteilhaft, da diese dadurch besonders kompakt gehalten werden", so Stefan Sutter, Leiter Software-Entwicklung Steuerungen bei Ferag.

... müssen die Schaltschränke und damit nicht zuletzt die dort eingebauten E/A-Module aufgebaut sein.

© Weidmüller

Trotz des komprimierten Aufbaus fordert das System bei der Montage keine Kompromisse in puncto Handhabung. Dank der übersichtlichen Anschlussebene sind die Installateure bei Ferag in der Lage, die 48 Sensoren und 32 Aktoren pro Station mit vorkonfektionierten Leitungen anzuschließen. Hinzu kommt der effiziente Push-In-Direktsteckanschluss, der ohne Sicherheitsverluste eine erhebliche Zeitersparnis mit sich bringt. Der Anschluss an die übergeordnete Steuerung erfolgt bei den u-Remote-Stationen eines jeden MTD10-Automaten über Ethercat.

Neben einem stabil laufenden System zielten die Anforderungen von Ferag insbesondere in Richtung praxisgerechter Diagnosemöglichkeiten. "Ein großes Thema für uns sind sicherheitsrelevante Aspekte beim Aushändigen unserer Anlagen-Software. Vor diesem Hintergrund haben wir schon lange nach einer alternativen Lösung gesucht, um im Betrieb Diagnosen durchführen zu können", erklärt Projektleiter Norbert Bürge, der für die Software-Entwicklung der MTD-10-Wickelautomaten verantwortlich ist, und fügt hinzu: "Das u-Remote-System kam uns hier mit seinem integrierten Webserver sehr gelegen."

Konkret lässt der integrierte Web-Server Simulationen von Eingängen und Forcen von Ausgängen zu, ohne dass das System mit der Steuerung verbunden sein muss. So lassen sich Maschinenmodule bereits in einer frühen Installationsphase testen. Außerdem sind auf diese Weise auch einfache Analysen bei der Systemwartung möglich, etwa für den Fall, dass in der Steuerung keine Klartext-Ausgaben für Fehlermeldungen hinterlegt wurden.

Beim Probelauf einer Anlage sowie auch im laufenden Betrieb kommen zudem die Vorteile der eindeutigen Zuordnung von Status und Diagnose zum Tragen. Diese erfolgt bei u-Remote mit einer LED direkt am Kanal sowie Statusanzeigen an jedem Modul. Techniker können somit Fehler sofort erkennen und beheben.

Von der Zeitung zur Pasta

Szenenwechsel: Der Anlagenbauer Anselmo liefert von Italien aus schlüsselfertige Lösungen für die Pasta-Produktion bis hin zu speziellen Verpackungs- und Lagerungssystemen in insgesamt 25 Länder auf vier verschiedenen Kontinenten. "Neben hochwertigen Rohstoffen zählen in der Pasta-Herstellung vor allem auch modernste Produktionstechniken", so Valter Clerico von Anselmo. Jüngst wurde vor diesem Hintergrund auch hier ein Redesign der Automatisierungsarchitektur für die kompletten Produktionsanlagen in Angriff genommen.

Die applikationsspezifisch zusammengestellten I/O-Stationen sind in der Pasta-Anlage von Anselmo über den Feldbuskoppler, der zertifizierter Profinet-IRT-Teilnehmer ist, mit dem Industrial Ethernet verbunden. Der Koppler verfügt über ...

© Weidmüller

Ausgehend von ehemals lokalen Eingaben und Ausgaben im Hauptschaltschrank, setzt auch der italienische Anlagenbauer zukünftig auf Systeme mit dezentraler Struktur. Verteilte E/As entlang der Produktionslinien sollen einen noch flexibleren Anlagenaufbau ermöglichen, um so jeglichen Kundenanforderungen optimal gerecht werden zu können. Bei der Auswahl eines für das Redesign geeigneten Remote-I/O-Systems hatte Anselmo drei klare Anforderungen: Reduktion der Verdrahtung, Minimierung der Installationszeit und Verkleinerung des Bauraumes.

... Anschlussmöglichkeiten von bis zu 64 Teilnehmern und zwei Ethernet-Ports mit integriertem Switch zur Umsetzung einer Linien­netzwerkstruktur.

© Weidmüller

Entlang der Produktionslinien kommen je nach Anlagentyp zwischen sechs und neun Remote-I/O-Stationen – ebenfalls vom Typ u-Remote – zum Einsatz. Die hohe geforderte Kommunikationsleistung stellen bei dieser Anwendung Feldbuskoppler gemäß Profinet-IRT-Standard sicher, die eine besonders präzise und schnelle Synchronisierung zwischen den I/Os, der Steuerung und den beweglichen Teilen der Anlage zulassen.

Der Feldbuskoppler besitzt unter anderem zwei Ethernet-Ports mit integriertem Switch zur Umsetzung einer Liniennetzwerkstruktur. Über die USB-Serviceschnittstelle wie auch über die Ethernet-Ports lässt sich der Koppler mithilfe einer systemunabhängigen Webserver-Applikation ansprechen.

Der leistungsstarke Stationsbus des E/A-Systems erreicht bis zu 256 digitale I/Os in 20 μs. Die hierdurch bedingte kurze Reaktionszeit, schnelle Übertragungsrate des Systembusses von 48 Mbit/s sowie präzise Abbildung von Prozessen in der Anlage bei bis zu 1.024 I/O-Kanälen pro Station sorgen für ein reibungsloses Ineinandergreifen der Produktionsschritte. Zusätzlich profitiert Anselmo von den im System vorhandenen SIL-3-Einspeisemodulen, die einen unkomplizierten Aufbau dezentraler Safety-Lösungen ermöglichen.

Die Einspeisemodule besitzen hierfür Features wie die Einbindung von Not-Aus-Kreisen und Drahtbruch- beziehungsweise Kurzschlusserkennung. Unter Verwendung einer Standard-SPS und mit Standard-Stationsmodulen können auf diese Weise Statusmeldungen ausgetauscht und Aktoren in Notsituationen sicher abgeschaltet werden. Eine komplexe Funktionalität lässt sich somit einfach und flexibel realisieren.

Autoren:
Julia Busse ist Redakteurin bei Weidmüller;
Horst Kalla ist Referent Fachpresse bei Weidmüller.

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