Knoten für die Busvernetzung

Leider gibt es immer noch zu viele Bus-Systeme, die die Anbieter alle unterstützen müssen, um keine Kunden zu verlieren. Feldbusunabhängige, dezentrale Ein-/Ausgangs-Systeme bieten hier wirtschaftliche Alternativen.

Die Feldbustechnik revolutioniert seit einigen Jahren die Automation, schließlich ersetzt eine einfache Datenleitung die bisherige aufwändige Parallelverdrahtung. Das Gerangel auf diesem heftig umkämpften Markt hinterlässt allerdings inzwischen Spuren. Die großen Anbieter setzen sich zwar immer stärker durch. Aller Normung zum Trotz behaupten sich meines Erachtens aber immer noch zu viele Feldbussysteme auf dem Markt. Das bringt für viele Unternehmen erhebliche Probleme, weil sie für Ihre Kunden möglichst jeden gewünschten Feldbus bedienen müssen. Eine Möglichkeitbesteht darin, mit modular aufgebauten, feldbusunabhängigen, dezentralen Ein-/Ausgangs-Systemen ¿ E/A- oder I/O-Systeme genannt ¿ auch schwierige Steuerungsaufgaben wirtschaftlich zu lösen. Die hier dargestellte I/O-System-Serie 750 von Wago in Minden hat sich bereits in vielen unterschiedlichen, anspruchsvollen Anwendungen bewährt.

Ziel der Entwicklung war es, die Sensor/Aktor Anbindung an den Feldbus zu vereinfachen, und so die Kostenfalle auf dieser ¿niedrigen Ebene¿ zu vermeiden. Heraus kam eine äußerst wirtschaftliche und universelle Feldbusanbindung, mit der sich alle relevanten Feldbussysteme erfassen lassen. Und weil heute zunehmend die durchgängige Datenübertragung zwischen Fabrik und Büro, sowie die problemlose Anbindung des Anlagenfeldes an lokale und globale Netze gefordert wird, gehört Ethernet TCP/IP ebenfalls dazu.

Ein rationeller Baukasten

Solche vielseitigen Feldbusknoten bestehen aus einem Koppler sowie beliebig kombinierbaren digitalen und analogen Ein- und Ausgangsklemmen. Hierbei definiert allein der Koppler eines Knotens das Feldbusprotokoll, denn die Ein-/Ausgangs-Klemmen sind selbstverständlich feldbusunabhängig.

Der Aufbau aus schmalen, ein-, zwei- und vierpoligen Klemmen-Bausteinen erlaubt es den Anwendern, sowohl die Zahl als auch die Art der Ein- und Ausgänge genau an die jeweilige Aufgabe anzupassen. Das ist natürlich genau das Richtige für international tätige Anlagenbauer und ähnliche Branchen, die alle relevanten Feldbussysteme bedienen müssen. Beim Wechsel des Feldbusses muss nur der Koppler ausgewechselt werden. Die Ein- und Ausgangsklemmen passen ja immer. Davon gibt es zunächst ein Standardsortiment das die meisten Anwendungen abdeckt. Dazu gehören Eingangsklemmen für binäre und analoge Signale einschließlich Spannungsversorgung sowie Ausgangsklemmen für Nennspannungen von 5,0 bis 250 Volt. Darüber hinaus stehen Lösungen für spezielle Anwendungen wie beispielsweise Spezialklemmen für Thermoelemente im Programm. Wem das noch nicht reicht, dem entwickeln die Mindener gegebenenfalls eine eigene kundenspezifische Klemmen-Ausführung.

Herstellerübergreifende Konzepte

In Zusammenarbeit mit anderen Herstellern sind eine Reihe ganz spezieller Bausteine entstanden. Dabei wandern immer mehr Funktionen von externen Umsetzern direkt in den Feldbusknoten. So ermöglicht eine als digitale Impuls-Schnittstelle ausgeführte Eingangsklemme den Anschluss von magnetostriktiven Wegsensoren. Eine spezielle Messeingangsklemme zur konsistenten Datenerfassung ist ein weiteres Beispiel dieser Kooperationen. Ventilsysteme von Bürkert passen dank einer geeigneten Schnittstelle ohne externe Verdrahtung in den Klemmenverband dieses Systems. Separate Adapter oder Montageträger entfallen. Aus der Kombination von elektrischen und pneumatischen E/A¿s an einem einzigen Buskoppler resultieren erhebliche Synergie-Effekte. Zwischenzeitlich gibt es hier über fünfzig verschiedene E/A-Klemmen. Das Sortiment wird kontinuierlich erweitert.

Vom Knoten zur Steuerung

Die vielseitigen Möglichkeiten derartiger Feldbusknoten lassen sich mit programmierbaren Feldbus-Controllern zu autarken Steuerungen erweitern. Sie übernehmen die dezentrale Verarbeitung und entlasten auf diese Weise den Feldbus. Bei einem Ausfall des Netzes kann der Controller als eigenständiges Havarie-System agieren, beispielsweise den jeweiligen Prozess kontrolliert anhalten, in einen Stand-by Modus setzen oder sogar ¿knotengesteuert¿ weiter betreiben.

Solche programmierbaren Controller machen Anlagenmodule zu eigenständig testbaren Einheiten, die sich zu unterschiedlichen Gesamtanlagen kombinieren lassen. Das spart Kosten, weil die Steuerungen nicht für jedes Projekt bis in die Sensor/Aktor-Ebene hinein neu programmiert werden müssen.

Die Controller lassen sich statt der Feldbuskopplers einfach an den Knoten anrasten. So können auch bestehende Knoten ohne Probleme umgerüstet werden.

Einige interessante Anwendungen demonstrieren die vielseitige Eignung derartiger Systeme:

Straßen im Härtetest

Rexroth Hydraulics greift gern auf dieses I/O-System zurück, weil sich damit die zahlreichen kleinen Einheiten einer Hydraulik-Anlage sehr kostengünstig busfähig machen lassen. Die modularen Knoten sind außerdem jederzeit erweiterbar und damit zukunftssicher.

Besonderen Belastungen sind die Komponenten in einer Prüfanlage der Bundesanstalt für das Straßenwesen ausgesetzt. Dort simuliert die Anlage mit tonnenschweren Hydraulikstößeln die Straßenbelastungen von rund 25 Jahren in nur 30 Tagen. Bei der Umstellung auf Profibus kamen Feldbusknoten zum Einsatz, die dank der schraubenlosen Cage-Clamp-Technik auch mit den Erschütterungen direkt vor Ort fertig werden.

Klärwerk ¿ saubere Abwässer

Bei den Klärwerken Nürnberg führte die Aufgabe, das Anlagenfeld busfähig zu machen, ohne die vorhandene, nicht busfähige, Leittechnik auszuwechseln, ebenfalls zum I/O-System 750. Da jeder noch so große Umbau im laufenden Betrieb erfolgen muss, kam es vor allem auf eine problemlose Inbetriebnahme an. Die modularen Feldbusknoten mit einem breiten Spektrum von digitalen und analogen Busklemmen schafften eine übersichtliche Struktur und lösten die bisherige Parallelverdrahtung auf der Sensor-Aktor-Ebene ab.

Die Vielseitigkeit dieses Systems lässt zwar kaum Wünsche offen, kann aber doch nicht alle Lücken ausfüllen. So gibt es für besonders kostenempfindliche Anwendungen eine preiswerte und platzsparende Modul-Ausführung mit 16 binären Ein- und Ausgängen. Für raue Industrieumgebungen steht darüber hinaus eine Ergänzung in Schutzart IP67 im Programm. Auch für PC-basierte Systeme finden Sie hier ein breites Spektrum an passenden Interface-Karten.

Bernhard Siegmund

Links: http://www.wago.com