Automation for the Future

DIE AUTOREN Dipl.-Wirt.-Ing. Oliver Gerber, Mitarbeiter im Marktmanagement des Geschäftsbereichs I/O and Networks, und Benjamin Homuth B.Sc., Mitarbeiter im Produktmarketing des Geschäftsbereichs Control Systems, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont www.phoenixcontact.de

So ist mit Axioline ein flexibles I/O-System entstanden, das sich aus den Produktfamilien Axioline F in Schutzart IP20 für den Einsatz im Schaltschrank sowie Axioline E in Schutzart IP67 zur dezentralen Anbindung im Feld zusammensetzt. Axioline E kann folglich direkt an der Maschine montiert werden, sodass der Schaltschrank entfällt, was knappen und teuren Platz in der Applikation einspart. Über die Verwendbarkeit in jeder Anwendungsumgebung hinaus zeichnet sich Axioline durch seine Netzwerk-Offenheit und damit hohen Flexibilität aus. Denn beide Produktfamilien lassen sich sowohl in Profibus-Systemen als auch in allen relevanten Ethernet-basierten Netzwerken wie Profinet, Sercos, Modbus, Ethercat und Ethernet/IP nutzen.

Axioline F in Schutzart IP20 wird bereits heute in schnellen Applikationen des Maschinen- und Anlagenbaus eingesetzt. Aufgrund seiner blockmodularen Bauweise können bis zu 63 I/O-Module an einen einzigen Buskoppler angereiht werden. Der Grund hierfür liegt im schnellen Lokalbus des I/O-Systems, der die Prozessdaten mit einer typischen Zykluszeit von weniger als 10 µs an die überlagerte Steuerung übergibt. Also bestimmt das überlagerte Netzwerk die Gesamtzykluszeit der Applikation. Durch die schnelle Übertragungsrate lassen sich kurze Reaktionszeiten erreichen, weshalb sich der Maschinen-Output und dadurch die Produktivität der Anwendung entsprechend erhöht. Synchronisations-Mechanismen innerhalb des Systems erzielen außerdem eine präzise Regelung der Maschine, was wiederum die Qualität des hergestellten Produkts weiter steigert.

Automatisierungssysteme müssen ferner robust ausgeführt sein, um den rauen Umgebungsbedingungen hinsichtlich mechanischer und elektrischer Beanspruchung in der industriellen Fertigung standzuhalten. Beide Axioline-Produktfamilien überzeugen durch eine solche Robustheit. Dies wird unter anderem aufgrund ihrer Schockfestigkeit bis 30 g gemäß IEC 60068-2-27 bestätigt. Die hohe Schutzart IP67 von Axioline E und die robuste Bauform erlauben zudem die Montage der I/O-Module direkt in der Maschine. Die Produktfamilie Axioline F verfügt darüber hinaus über einen robusten, komplett geschirmten Bussockel, welcher die einzelnen Module mit dem Buskoppler verbindet. Auf diese Weise wird die Kommunikation selbst unter erschwerten EMV-Bedingungen aufrechterhalten und eine hohe Störfestigkeit erreicht.

Im Ergebnis verzeichnet eine mit Axioline-Modulen oder Axiocontrol aufgebaute Maschine weniger Störungen und Ausfälle und folglich längere Laufzeiten sowie geringere Instandhaltungskosten.

Hinter der Forderung nach einer einfachen Inbetriebnahme verbirgt sich, dass die I/O-Module selbst von angelernten Arbeitskräften des Anwenders handhab- und bedienbar sein müssen. Vor diesem Hintergrund sind die Steckplätze auf den Axioline-E-Modulen in Schutzart IP67 farblich nach Funktion gekennzeichnet. Somit gibt es eine farbliche Unterscheidung zum Netzwerkanschluss, der Spannungsversorgung sowie den Ein- und Ausgängen. Das erhöht die Übersichtlichkeit und einfache Inbetriebnahme vor Ort. Durch die Speedcon-Schnellverriegelung lässt sich im Weiteren die Montagezeit um 90 % reduzieren, denn der M12-Steckverbinder wird mit lediglich einer halben Drehung angebracht. Eine einfache Handhabung bedingt auch eine intuitive und schnelle Montage der Komponente. Dies wird mittels einer unverlierbaren Befestigungslasche auf der Rückseite des Moduls realisiert. Eine eindeutig zugeordnete Signalisierung direkt am Steckplatz vereinfacht ferner die Diagnose.

Im Rahmen der Dezentralisierung ist es wichtig, dass im Feld möglichst wenige Leitungen einfach verlegt werden. An diesem Punkt setzt der kompakte M12-Power-Steckverbinder des Axioline-E-Systems an. In nur einer Leitung werden alle benötigten Versorgungsspannungen zugeführt und bei Bedarf an die nächste Komponente weitergeleitet. Der genormte M12-Power-Steckverbinder vereint dabei ein kompaktes Gehäuse mit hoher Stromtragfähigkeit von zweimal 12 A. Großbauende 7/8-Zoll-Steckverbinder gehören also der Vergangenheit an. Die zahlenmäßige Begrenzung auf eine Zuleitung spart neben den Material- auch Installationskosten ein und vereinfacht die Installation. Bei den Komponenten in Schutzart IP20 ist es die werkzeuglose Push-in-Technology, welche die Installationszeit durch schnelle Verdrahtung erheblich senkt.

Mit Axiocontrol AXC 1050 bietet Phoenix Contact jetzt ebenfalls eine Steuerung für das I/O-System an. Automatisierungsaufgaben lassen sich nun komplett mit den beiden Produktfamilien umsetzen. Der AXC 1050 ermöglicht die direkte Anreihung der I/O-Module in Schutzart IP20 sowie die Anbindung dezentraler I/O-Stationen via TCP/IP, UDP oder Modbus TCP. Aufgrund der in die Kleinsteuerung integrierten Profinet-Device-Funktion können außerdem intelligente Unterstationen zu einem Profinet-Controller aufgebaut werden. Die Kombination der Steuerung und des I/O-Systems führt zu kurzen Reaktionszeiten. Dies resultiert aus der direkten Anreihung der I/O-Module an die SPS und der darauf ausgelegten Steuerungsarchitektur, sodass die Geschwindigkeit des I/O-Systems genutzt werden kann. Sofort nach Beendigung des Steuerungszyklus liegen sämtliche Daten innerhalb weniger Mikrosekunden an den jeweiligen Ausgängen vor oder können von den Eingängen gelesen und im nächsten Steuerungszyklus verarbeitet werden. Wie das gesamte I/O-System erweist sich die Steuerung als besonders robust. Diese Eigenschaft wird durch die in den AXC 1050 eingebaute unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) unterstützt. Sie erlaubt eine umgehende Reaktion der SPS auf einen Spannungsausfall, was die Verfügbarkeit der kompletten Applikation erhöht.

In den AXC 1050 sind darüber hinaus zahlreiche IT-Protokolle implementiert, die in Verbindung mit den integrierten Ethernet-Schnittstellen die Einbindung in das Unternehmensnetzwerk erleichtern. Mit dem eingebauten Webserver lässt sich eine Web-basierte Visualisierung erstellen, welche der Anwender direkt aus dem Standard-Browser heraus aufrufen und so schnell auf die Produk-tionsdaten zugreifen kann. Über eine Micro-USB-Schnittstelle werden die Steuerung und die angeschlossenen I/O-Module einfach vor Ort parametriert und diagnostiziert. Wie bei allen Steuerungen des Herstellers erfolgt die Programmierung des AXC 1050 mit der Entwicklungs-Umgebung PC Worx. Dazu stehen die fünf Sprachen der IEC 61131-3 zur Verfügung. Durch die Verwendung des internationalen Standards vereinfacht sich der Einstieg in die Steuerungswelt des Herstellers. Zudem kann der vorhandene Programmcode weiter genutzt werden. Die neue Axiocontrol-SPS lässt sich auch mit der kostenfrei erhältlichen sowie funktional reduzierten Software PC Worx Express programmieren.

Das optimale Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik und Informationstechnik stellt für viele Maschinen- und Anlagenbauer eine Herausforderung dar. Daher hat Phoenix Contact mit „Automation for the Future“ einen zukunftssicheren Lösungsbaukasten entwickelt, der sich aus den Axioline-I/O-Modulen in Schutzart IP20 und IP67 sowie der Axiocontrol-Steuerung zusammensetzt. Sämt- liche Komponenten zeichnen sich durch einfache Handhabung, robustes Design und schnelle Datenübertragung aus. Unterstützt wird dies durch die Ethernet-basierte Kommunikation. Während sich mit dem AXC 1050 Lösungen auf Basis von Standard-Ethernet, Modbus und Profinet realisieren lassen, binden verschiedene Buskoppler der Axioline-Produktfamilien die I/O-Komponenten via Profibus, Profinet, Sercos, Modbus, Ethercat oder Ethernet/IP an entsprechende Steuerungen an. Mit „Automation for the Future“ bietet Phoenix Contact somit einen Lösungsbaukasten für jede Umgebung und jedes Netzwerk an, der den Ansprüchen von morgen schon heute gerecht wird. ge

Aufgrund der in die Kleinsteuerung integrierten Profinet-Device-Funktion können außerdem intelligente Unterstationen zu einem Profinet-Controller aufgebaut werden. Die Funktion Profinet-Device eröffnet damit Möglichkeiten zur hierarchischen Kopplung von Steuerungen:

Mit Axioline und Axiocontrol hat Phoenix Contact einen flexiblen Baukasten für alle Automatisierungs-Anforderungen geschaffen. Die I/O-Komponenten des Systems bieten neben Profibus auch für Ethernet-basierte Netzwerke wie Profinet, Sercos, Modbus, Ethercat oder Ethernet/IP stets die passende Lösung an. Während die Module von Axioline F in Schutzart IP20 für den Schaltschrank konzipiert sind, stehen die Axioline-E-Module in Schutzart IP67 für die dezentrale Anbindung im Feld zur Verfügung. Die systemischen Vorteile wie Einfachheit, Robustheit und Schnelligkeit lassen sich somit ebenfalls in der rauen Industrieumgebung nutzen. Sie sind zudem auf die neuen Steuerungen der Produktfamilie Axiocontrol übertragen worden. Die Kleinsteuerung AXC 1050 erlaubt den Aufbau von intelligenten Stationen, an welche die Axioline-F-Module direkt angereiht und so an das Profinet-System angekoppelt werden können. Die Steuerung der dezentralen I/O-Module kann hier über Modbus TCP respektive UDP oder TCP/IP erfolgen.