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Wireless oder verkabelt – beides ist möglich

Grenzwertschalter erfüllen hohe Anforderungen
Wireless oder verkabelt – beides ist möglich

Grenzschalter werden seit Langem in einer Vielzahl industrieller Anwendungen genutzt. Langlebigkeit und Robustheit der Gehäuse haben dafür gesorgt, dass sie selbst unter schwierigsten Bedingungen zuverlässig eingesetzt werden können. Durch die Einführung von Wireless-Schaltern sind die Auswahlmöglichkeiten noch umfangreicher geworden. Jetzt können Konstrukteure ihre Grenzschalter danach auswählen, wie sie mit dem Rest des Systems kommunizieren.

James MacDonald ist Application Engineer EMEA für industrielle Schalter bei Honeywell Sensing and Control in Motherwell/UK

In Maschinen werden Schalter zur Positionserfassung verwendet, um sicherzustellen, dass alle beweglichen Teile für einen reibungslosen Betrieb korrekt positioniert sind. Bei Fahranwendungen werden sie als Sicherheitskomponenten in mechanische Teile integriert, um zu erkennen, wann das Ende des Fahrwegs erreicht ist. In der Sicherheitstechnik ermitteln Grenzschalter, ob eine Tür oder ein Fenster bewegt wurde. Weil die Schalter so zuverlässig sind, eignen sie sich ganz besonders auch an abgelegenen Orten, wo Wartungsaktivitäten problematisch sein können.
Immer mehr Auswahl
Mit der Spezialisierung der Industriesektoren hat sich auch die Bandbreite an Anforderungen und möglichen Anwendungen weiterentwickelt, in denen Grenzwertschalter eingesetzt werden. Die Auswahl von Konfigurationsmöglichkeiten wurde bei den Schaltern in der Regel über die Wahl der Schaltung oder die Verfügbarkeit verschiedener Betätiger bestimmt. Durch die Einführung von Wireless-Schaltern sind die Auswahlmöglichkeiten noch umfangreicher geworden.
Jede industrielle Anwendung stellt natürlich ihre eigenen Anforderungen an Funktionen und Produktmerkmale. Eine größere Auswahl erlaubt den Endbenutzern mehr Flexibilität bei der Planung und Auslegung ihrer Anlagen. Sowohl kabelgebundene als auch Wireless-Schalter bieten widerstandsfähige Gehäuse, die für robuste Anwendungen erforderlich sind. Mit den Kommunikationsoptionen haben Konstrukteure die Wahl, ob ein Schalter direkt mit der Anlagensteuerung verkabelt werden soll oder ob er mit einem Wireless-Schalter übermäßige Kabelwege vermeidet. Letzteres kann die Kosten und den Zeitaufwand für Implementierung und Wartung deutlich reduzieren.
Technische Herausforderungen
Bei der Auslegung von modernen kabelgebundenen und Wireless-Schaltern sind technische Herausforderungen zu bewältigen. Bislang neigten diese Schalter zu überkompliziertem Design, nutzten preiswerte Technologien oder litten an mangelnder Leistungsfähigkeit. Bei vielen Designs wurden auch die weltweit erforderlichen technischen Zertifizierungen nicht ausreichend berücksichtigt. Aber die Zeiten haben sich geändert: Zuverlässigkeit, Stabilität und Leistungsfähigkeit wurden zu den wichtigsten Parametern.
Wireless-Grenzschalter von Honeywell haben zum Beispiel eine austauschbare 3,6-V-Lithium-Thionylchlorid-Batterie im Gehäuse, die etwa ein Jahr lang die Energieversorgung sichert, und der Leistungsrückgang der Batterie wird auf der Empfängerseite angezeigt. Mit dieser Art der Stromversorgung gehören Leistungsprobleme der Vergangenheit an, die bei Systemen mit selbst produzierter Energie entstehen können. Das dedizierte Pairing-System von drahtlosem Schalter und Empfänger nutzt Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. Sie funktioniert unabhängig von WiFi-Protokollen.
Welche Typen von Schaltern stehen zur Verfügung?
Die Standardausführung eines Grenzschalters befindet sich in einem Zinkdruckguss-Gehäuse und hat einen abnehmbaren Kopf. Bei dieser Konstruktion kann der Kopf jeweils um 90° versetzt montiert und auf diese Weise an das System des Kunden angepasst werden. Die kabelgebundenen Grenzschalter sind mit Kabeleinführungen in zahlreichen Größen lieferbar, damit der Kunde die Anbindung des Schalters an sein System sehr flexibel handhaben kann. Alternativ bietet ein vorverkabelter Grenzschalter zusätzliche Dichtsicherheit für den Einsatz in rauen Spritzwasserumgebungen. Schalter können auch mit Schaltfolge, neutraler Mittelstellung, Schnappmechanismus oder als Schleichschalter mit Sicherheitsschwerpunkt ausgelegt sein.
Wireless-Schalter zeichnen sich zwar durch dasselbe zuverlässige Zinkgehäuse aus, der Schaltausgang wird jedoch nicht über ein Kabel durch die Kabeleinführung geführt. Der Wireless-Schalter verfügt stattdessen über eine integrierte HF-Platine, die mit einer Antenne an der Außenseite des Schaltergehäuses verbunden ist. Der Schalter kommuniziert bis zu 300 m weit mit einem Empfänger auf der Steuerungsseite, der mit einer SPS verbunden ist. Die Kommunikation erfolgt über das bewährte 2,4-GHz-System nach IEEE 802.15.4 (WPAN) – ein Wireless-Protokoll, das auch beim Kommunikationsprofil ZigBee eingesetzt wird. Anstatt einem Mesh-Netzwerk anzugehören, arbeitet zum Beispiel die Limitless-Produktreihe als Punkt-zu-Punkt-System, bei dem die Frequenz jedes Schalters ein eindeutiges Pairing mit einem Empfängerkanal ermöglicht. Ein regelmäßiger Kontakt in 30-Sekunden-Intervallen zwischen Schalter und Empfänger sorgt dafür, dass die Kommunikationsleitungen aktiv überwacht werden. Bei einer Unterbrechung des Signals wird eine Warnung ausgegeben.
Die Stärken der herkömmlichen Grenzschalter liegen in der Haltbarkeit der Gehäuse und der optimalen Anpassungsfähigkeit an die jeweilige Arbeitsumgebung, die auch durch die variable Auswahl des Betätigers ermöglicht wird. Beispiele veranschaulichen diesen Punkt:
Beim Schweißroboter besteht die grundlegende Aufgabe eines Grenzschalters darin, zu erkennen, dass Schweißmaterial zur Verfügung steht. Bei vorhandenem Schweißdraht bleibt der Grenzschalter aktiv und schließt den Stromkreis. Wenn jedoch der Schweißdraht in der Zuführschiene aufgebraucht ist, wird der Schalter ausgelöst und die Stromzufuhr für den Schweißlichtbogen unterbrochen. Dieser Mechanismus wendet Gefahren für die Umgebung ab und senkt zusätzlich der Stromverbrauch. Der Schalter widersteht Vibrationen, Temperaturbelastungen und Verschmutzungen. Durch die Nähe zur Arbeitsumgebung muss nur eine kurze Strecke zur Steuereinheit verkabelt werden.
Wireless oder drahtgebunden?
Bei der Gewichtserfassung in der Industrie muss häufig überwacht werden, ob die produzierten Materialien die erforderliche Masse erreicht haben. In Papierfabriken wird z. B. das neu produzierte Papier auf Rollen gewickelt. Beim Aufwickeln der Papierbahnen nimmt das Gewicht der Rolle immer mehr zu. Wenn die gewünschte Größe erreicht ist, wird ein Drehgrenzschalter aktiviert, um den Prozess zu stoppen und die volle Papierrolle zu entfernen. In dieser Betriebsumgebung etwa ist eine eigene Kabelführung verfügbar, die eine störungsfreie Verbindung ohne Gefahrenpotenzial gewährleistet.
Oft ist es sinnvoll, einen Wireless-Schalter einzusetzen. Wireless-Schalter sind ideal für Fälle, bei denen keine Festverdrahtung möglich ist, entweder wegen der hohen Kosten oder der Schwierigkeit der Installation (oft trifft beides zu), vor allem aber auch bei größeren oder eingeschränkten Standorten oder Anwendungen. Beispiele hierfür sind:
Bei Großkranen sind die Entfernungen zwischen dem Ende des Auslegers und dem Bodenniveau meist sehr groß. Hier sind Wireless-Grenzschalter die ideale Lösung, um zu erkennen, ob eine transportierte Last der mechanischen Konstruktion zu nahe kommt. Ein langlebiger Grenzschalter kann am Ende des Auslegers installiert werden. Er meldet den aktuellen Status an den Bediener, der sich meist in Bodennähe befindet. In diesem Fall muss keine Leitung von der Bedienerstation zur Auslegerspitze verlegt werden. Über diese Strecken kann ein Kabel sehr teuer sein und ein Hindernis für bewegliche Teile darstellen. ge
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