Vereinfachte Signalverdrahtung

DER AUTOR Torsten Schloo ist Mitarbeiter im Produktmarketing Energy, Industrial Cabinet Connectivity bei Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg

Klassische Rangierwaben stehen schon länger nicht mehr im Fokus der Verbindungstechnik – die Technik stammt aus den 70er Jahren. Die Formfaktoren aus dieser Zeit, in der Steckkarten und Relais-Technik in die Industriesteuerungen einzogen, haben jedoch überlebt. Die neue Baureihe von Phoenix Contact überwindet stringente Formfaktoren und antiquierte Montagearten – die Wabe kommt nun auch auf der Tragschiene zum Einsatz.

Damals hatten die Steuerschränke eine Breite von 19 Zoll − in der IEC60297 und DIN41494 war sie festgeschrieben. Die Höhe der Einschübe orientierte sich an Höheneinheiten (Units), die mit den Verschraubungen der Rack-Rahmen abgestimmt waren. Eine Höheneinheit beträgt 1,75 Zoll – also U = 44,45 mm. Alle Komponenten mussten sich im Vielfachen der Höheneinheiten montieren lassen. Die Rangierwaben wurden aufgrund der weit verbreiteten Steckkarten und Montagerahmen auf drei Höheneinheiten ausgelegt: 3 U = 133,35 mm. Um die Montage bei übereinander angeordneter Bauweise zu vereinfachen, wurde von der absoluten Länge noch 1/32 Zoll (0,787 mm) subtrahiert, sodass sich bei 3 U eine Länge von 132,56 mm ergibt. Da bei der aufkommenden Digitaltechnik alle E/A-Signale in Bits und Bytes gerechnet wurden, brauchte man eine Bauform, die acht übereinander liegende Potentiale − 1 Byte hat 8 Bit − von vorne und hinten zugänglich machte.

Dabei kann jeder einzelne Kontaktpunkt in einer Matrix wie auf einem Schachbrett alphanumerisch bezeichnet und definiert werden − was die Dokumentation in Schaltplänen vereinfacht. Zunächst hatten diese Rangierwaben Löt-, Wire-Wrap- oder Termi-Point-Anschlusstechnik. Abspleißende Litzen oder unvorsichtige Handhabung beim Verdrahten konnten dabei leicht zu Störungen oder Kurzschlüssen führen. Später kamen deshalb Flachsteck- und Zugfederanschluss hinzu.

Zielindustrie dieser Rangierwaben waren und sind hauptsächlich Kraftwerke und prozesstechnische Anlagen. Dort werden tausende von Signalen im Feld aufgenommen und in Stammkabeln oder auch auf Busleitungen zu den Leit– und Steuerräumen geführt. In den 70er Jahren hatte man meist Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen, heute sind Punkt-zu-Bus oder Bus-zu-Bus-Lösungen üblich. Letztere kommen fast ganz ohne Rangierverbinder aus, da jeder einzelne Sensor oder Aktor über eine eigene Adresse verfügt und via Bus einzeln über die Busleitung angesprochen und ausgewertet werden kann.

Beim Bus-zu-Bus-Konzept ist eine Fehleranalyse allerdings nur noch mit Notebook und Analyse-Software möglich − das klassische Multimeter hat ausgedient. Fehler wirken sich häufig nicht nur auf einzelne E/A-Signale aus, sondern auf ganze Baugruppen. Außerdem benötigen Techniker und Service-Kräfte eine spezielle Ausbildung.

Daher finden sich eher Punkt-zu-Bus- oder auch Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen in den Spezifikationen der Kraftwerke und der prozesstechnischen Anlagen. Zum einfachen Eingrenzen von Fehlern dient die sogenannte Rangierebene: dort werden die E/A-Signale der Steuerungen auf Anschlusspunkte verbunden, und dort werden auch die Sensoren und Aktoren aus der Feldebene auf die Stammkabel oder aber die Stammkabel auf die Steuerungen verdrahtet.

Weil nun die Steuerungen immer leistungsfähiger und die Anlagen immer komplexer werden, und weil aus Effizienzgründen Prozesse zunehmend am maximalen Arbeitspunkt gefahren werden, ist die Rangierebene weiterhin ein wichtiger Anlagenbestandteil. Eine übersichtliche Signalübertragung und kurze „Down-Times“ im Fehlerfall lassen sich am besten mit einer Kombination aus Punkt-zu-Bus- sowie Punkt-zu-Punkt-Konzepten erreichen.

Mit den modularen Rangierwaben der PTMC-Baureihe wird frei konfiguriert – in Punkto Polzahl, Bauhöhe und Baubreite – durch einfaches Aneinanderrasten einzelner Kontaktblöcke. Es gibt sie in vier- und sechspoliger Ausführung mit je zwei bzw. drei Anschlusspunkten des gleichen Potentials auf der Vorder- und Rückseite. Leiter zwischen 0,14 bis 1,5 mm² mit Aderendhülse und Kunststoffkragen werden bei Spannungen bis 250 V und Strömen bis 17,5 A mittels Push-in-Technik angeschlossen. Bei einer benachbarten Baureihe – FTMC – wird mit Schraubendreher oder werkzeuglos verdrahtet. Die Kontaktblöcke werden wie Bauklötze über- und nebeneinander gestapelt.

Die stabilen Führungen rasten in den Endpositionen zuverlässig ein. Die früher fest vorgegebenen Konturen von drei Höheneinheiten spielen keine Rolle mehr, auch das klassische 8-Bit-Muster kann durchbrochen werden. Fast jede Aneinanderreihung ist denkbar, selbst L-förmige Kombinationen sind kein Problem.

Vorteilhaft ist auch die farbige Varianz der Kontaktblöcke. Statt des üblichen grauen, weißen oder blauen Einerlei können die Farben der Steuerleitungen, wie in der DIN0815 beschrieben, auch auf die Verdrahtung abgebildet werden. So werden Montage-Fehler vermieden und die Potentialsuche im Fehlerfall vereinfacht. Auch die Befestigung der Rangierwaben wird flexibler. Alternativ zur Wand-Durchführung im Blechausschnitt gibt es Rastfüße für die 35-mm-Tragschiene.

Weil bei komplexen Industriesteuerungen eine übersichtliche Markierung und eine einfache Prüfmöglichkeit wichtig sind, bietet jeder Kontaktblock einen zusätzlichen Prüfkontakt für Multimeter-Messspitzen – was bei der reinen Bus-zu-Bus-Verdrahtung nicht möglich ist. Gerade beim Übergang vom Stammkabel zur Feldverdrahtung zeigt die neue Baureihe ihre Stärken. Selbst in kleinen dezentralen Schaltkästen geht das Konzept der PTMC-Baureihe auf – dank flexibler Größe und Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten und dank alternativer Montage auf der Tragschiene.

Im Schaltschrankbau für die Leittechnik werden Steuerungen und Rangierebene vormontiert. Effizienter wird die Installation durch standardisierte Baugruppen, die einen Stecker auf der Seite der E/A-Baugruppen sowie eine Rangierwabe am anderen Ende haben. Dabei können die Farben der Signalleitungen in der Anschlusswabe beibehalten werden. Diese Schränke stehen meist in der Raummitte, sodass später auf der einen Seite die Steuerungen mit der Systemverdrahtung montiert werden und auf der Rückseite die Stammkabel aufgelegt werden − inklusive Schirmanbindung. ge

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