Kommunikation im Feldbereich

Dipl.-Ing. Ulf Schirmer-Kägebein

Die gesamte Feldebene einer Maschine oder Anlage läßt sich durch AS-Interface in viele einzelne dezentrale Hardwarebausteine zerlegen. Diese können genau dort montiert werden, wo Signale entstehen und Informationen benötigt werden. Diese sogenannte Feingranularität macht AS-Interface zu einem „echten“ dezentralen Peripheriesystem.

Durch die flexible Netzwerkstruktur können AS-i-Netze beliebig aufgebaut werden (Abb. 1). Die maximale Länge eines AS-i-Netzes kann hierbei max. 300m (mit Repeater) betragen. Einschränkungen hinsichtlich Struktur und Verteilung der E/A-Module gibt es bei AS-Interface nicht. Das vereinfacht und verkürzt nicht nur die Projektierung, sondern ermöglicht auch ein problemloses Erweitern vorhandener Anlagen.

Die Kommunikation mit der SPS wird bei AS-i über einen Master geregelt. Hierbei ist es gleichgültig, ob für die Steuerung eine SPS oder ein PC eingesetzt wird. Für jede Steuerungslösung gibt es den entsprechenden AS-i-Master. Selbst das Nachrüsten vorhandener Anlagen ist einfach, denn AS-i-Master verhalten sich wie Standard-E/A-Baugruppen. Damit ist eine umständliche Änderung der Anlagensoftware nicht notwendig.

Dem AS-i-Anwender steht heute ein abgerundetes Spektrum an digitalen, analogen und pneumatischen E/A-Baugruppen in den Schutzarten IP20 bis IP67 zur Verfügung. Alle diese Module können durch die bewährte Durchdringungstechnik schnell, einfach und sicher installiert werden. Lediglich ein Schraubendreher wird noch benötigt, das Abisolieren von Einzeladern entfällt komplett.

Als ein echtes Zweileitersystem werden bei AS-i Schaltsignal und Steuerleistung (24V DC) nur über eine einzige ungeschirmte und nicht verdrillte Zweidrahtleitung übertragen. Damit reduziert sich der sonst benötigte Kabelaufwand erherblich. Bei Verwendung der speziell geometrisch kodierten AS-i-Leitung lassen sich zusätzlich Anschlußkosten minimieren und Verdrahtungsfehler aus-schließen.

Ein Beispiel für das AS-Interface-Gerätespektrum von Siemens sind die AS-i-Module der Kompaktbaureihe in Schutzart IP67, die sich durch optimierte Handlingseigenschaften und vergrößerte Anwenderfreundlichkeit auszeichnen.

Durch Verwendung dieser Module können Montage- und IBS-Zeiten von AS-interface um bis zu 40% gesenkt werden. Zusätzliche LEDs informieren über die wichtigsten Betriebszustände des Moduls und erhöhen somit die Verfügbarkeit von Anlagen. AS-i Module der Kompaktbaureihe verfügen weiterhin über eine Anschlußmöglichkeit für Schutzleiter (PE) und ermöglichen mittels der integrierten Elektronik die Erkennung von Erdschluß.

Zur Familie der AS-i-Kompaktmodule gehören digitale, analoge und pneu-matische E/A-Module. Die schmalsten AS-i-Module (22,5mm breit) in IP20 für Schaltschrankanwendungen heißen SlimLine. Sie reduzieren die Schaltschrankbreite, sind diagnosefähig und können über eine Adressierbuchse auch im eingebautem Zustand adressiert werden. Zum Spektrum der SlimLine-Module gehören digitale Ein-/Ausgabe-Module zum Anschluß von Standard-Sensoren/-Aktoren, ein Zählermodul und ein Modul zur Erkennung von Erdschlüssen.

Als ein reines dezentrales Peripheriesystem verfügt das AS-Interface über eine Reihe an „intelligenten“ E/A-Baugruppen. Diese dienen zum Anschluß von Sensoren und Aktoren über genormte M-12-Steckverbinder, Schraubklemmen oder Cage-Clamp-Technik.

Durch den Einsatz von „intelligenten“ Aktoren und Sensoren, also Geräte mit integrierter AS-i-Schnittstelle, läßt sich sogar noch dieses Schnittstellen-Modul einsparen. Ergebnis ist ein AS-i-Teilnehmer, der die zur Verfügung stehenden 4Bit pro Teilnehmer z.B. für Diagnose (Vorausfallmeldung) und zur Erfassung verschiedener Schaltbereiche nutzen kann. Die Energieversorgung erfolgt hierbei genau wie bei einem Standardsensor über die gelbe AS-i-Leitung.

AS-i-Module mit pneumatischen Ausgängen verfügen als voll feldtaugliche E/A-Module in Schutzart IP65/IP67 über bis zu vier digitale Eingänge zum Anschluß von Zwei- oder Drei-Leiter-Sensoren und zwei pneumatische Ausgänge für den direkten Anschluß pneumatischer Verbraucher. Beide pneumatische Ausgänge des Moduls sind über gesonderte Schieber auch von Hand steuerbar.

Für die Ausgänge gilt 100%ige Einschaltdauer für den Dauerbetrieb. Durch eine interne Regelung auf der Slave-Elektronik wird die Halteleistung beider Pilotventile soweit abgesenkt, daß selbst unter höchster Schaltfrequenz bei einer Umgebungstemperatur von 55°C noch die Bedingungen der Klasse T6 erfüllt werden. Ein Einsatz des Pneumatikmoduls in der Ex-Zone 2 und 11 ist unter bestimmten Voraussetzungen zulässig.

Durch seine kompakte Bauweise (45mmx80mmx44mm) eignet sich das Pneumatikmodul (Abb. 2) besonders für den Einsatz in mittransportierenden Systemen. Das ermöglicht eine leichtere Bauweise ganzer Systeme und spart zusätzliche Befestigungen. Ein weiterer Vorteil ist der feingranulare Aufbau, der eine direkte Montage des Moduls neben pneumatischen Verbrauchern interessant macht. Kurze Schlauchlängen garantieren schnelle Reaktionszeiten und sichern einen hohen Maschinentakt. Be- und Entlüftungszeiten werden minimiert. Durch die Verwendung von Sitzventilen als Schaltelemente an den Ausgängen sind kurze Schaltzeiten sichergestellt. Durch die Verwendung von Standardkomponenten paßt das Modul auf alle Standard-AS-i-Koppel-module. Für den Anschluß pneumatischer Verbraucher reicht der Pneumatikschlauch aus. Die beiden Pneumatikausgänge können auch, z.B. bei der Inbetriebnahme oder zu Testzwecken, ohne SPS von Hand gesteuert werden. Das ermöglichen zwei, an der Unterseite des Moduls angebrachte, Handbetätigungen. Daten und Energie für die Versorgung der Eingänge und Ausgänge werden über eine Leitung bereitgestellt. Eine zusätzliche Versorgung des Moduls mit einer Hilfsspannung von 24V (DC) ist nicht notwendig.

Das Pneumatikmodul mit Edelstahlkomponenten (Abb. 3) ermöglicht einen Einsatz in der Lebensmittel- und Chemieindustrie. Speziell für diese extremen Bedingungen werden die Befestigungsschrauben aus blauchromatiertem Stahl gegen Edelstahlschrauben und die Gummidichtungen gegen Viton-Dichtungen ausgetauscht. Für die Anbindung an die AS-i-Leitung kommen spezielle Flachkabel-Koppelmodule zur Verwendung. Diese sind werkseitig mit Edelstahlkomponenten und Vitondichtungen ausgerüstet.

Das AS-i-Pneumatikmodul in Bauform der Anwendermodule ist bereits mit Edelstahlkomponenten ausgerüstet und als spezielle Variante bestellbar. Neben den Befestigungsschrauben wurden hier zusätzlich alle Legris-Steckverbinder und die beiden Handbetätigungen in Edelstahl ausgeführt.

Um einen Einsatz in den unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen (z.B. in ölhaltiger Umgebung) zu ermöglichen, wird die AS-Interface-Leitung in verschiedenen Materialien (Gummi, TPE, PUR) angeboten. Für Spezialanwendungen ist es möglich, auch eine Standard-Rundleitung zu verwenden.

Kabelummantelungen aus PUR sind selbstverlöschend und dabei ohne halogenhaltige Flammschutzmittel gefertigt. Mit der Zulassung der amerikanischen Underwriter Laboratories (UL) eignet sich die AS-i-PUR-Leitung auch für den Export nach Übersee.

Anders als bei herkömmlichen Kabeln, die Ihre feuerhemmenden Eigenschaften durch das Beimischen hoher Anteile chlor-, fluor-oder bromhaltiger Flammschutzmittel erzielen, setzt der selbstverlöschende PUR-Mantel bei Überhitzung oder im Brandfall keine Halogene frei. So kann bei Kabelbränden die Bildung agressiver Säuren verhindert und der Ausstoß toxischer Gase drastisch minimiert werden.

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