Innovative intelligente Verbindungsmodule für Datentransparenz auf Feldebene in der industriellen Automatisierung

Entwicklern im Bereich der industriellen Automatisierung steht eine leistungsstarke Innovation zur Verfügung: ein intelligentes Verbindungsmodul (ILM), das einen Standard-Schutzschalter und ein Schütz verbinden kann, um eine intelligente digitale Lastspeisung für den Start von Motoren und andere elektrische Verteilungsanwendungen zu schaffen. Es eignet sich für Neuinstallationen oder Nachrüstungen.

Das ILM verwandelt herkömmliche Schaltanlagen in ein intelligentes Gerät zum Schalten, Schützen und Steuern sowie zur Echtzeitüberwachung von Spannung, Strom, Phasenasymmetrie, Überlastereignissen und mehr. Die integrierten Diagnosefunktionen beschleunigen die Fehlerbehebung und unterstützen die vorausschauende Wartung, was die Zuverlässigkeit und Betriebszeit verbessert.

Das ILM-System ist äußerst flexibel und kann mit einer Vielzahl von Schutzschaltern und Schützen verwendet werden. Darüber hinaus sind vormontierte intelligente Lastspeisungen (ILFs) mit einem ILM für bis zu 20 PS und 460 V erhältlich. Ein zweites verteiltes I/O-Modul unterstützt die netzwerkweite Digitalisierung, Datentransparenz und Leistungsoptimierung.

Siemens bietet 50.000 Modulkombinationen, mit denen Entwickler umfassende Digitalisierungslösungen vom Feld bis zur Cloud erstellen können. Die Produktlinie umfasst die kürzlich eingeführten ILMs und ergänzende skalierbare und flexible verteilte I/O-Systemmodule.

Das System „SIRIUS Modular“ von Siemens bietet eine umfangreiche und harmonisierte Familie von geprüften und zugelassenen Gerätekombinationen, die Kompatibilität und Zuverlässigkeit für den weltweiten Einsatz gewährleisten. Es stehen Komponenten für praktisch alle industriellen Steuerungsanwendungen zur Verfügung, vom einfachen Schalten bis zum komplexen Motorschutz und zur Überwachung (Abbildung 1).

Abbildung 1: Das SIRIUS-Modulsystem von Siemens ist ein umfassendes, flexibles und platzsparendes Portfolio industrieller Steuerungskomponenten für ein breites Spektrum von Anwendungen. (Bildquelle: Siemens)

Transparenz bis in die Feldebene wird immer wichtiger, aber nicht alle Geräte sind an das Automatisierungsnetz angeschlossen. Das bedeutet, dass wichtige Daten fehlen können. Die innovativen SIRIUS-ILMs 3RC7 von Siemens ändern das.

Während das gesamte SIRIUS-Modulsystem mehrere Standardgrößen (S00 bis S12) umfasst und Geräte für bis zu 250 kW beinhaltet, sind die innovativen ILMs 3RC7 für den Einsatz in kleinen bis mittelgroßen Anwendungen bis etwa 15 kW und in den Baugrößen S00 und S0 konzipiert. Das ist genau der Anwendungsbereich, der bei der Erfassung von Leistungsdaten auf der Ebene der Feldgeräte am häufigsten vernachlässigt wird.

ILMs eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Fördersysteme, Misch- und Zerkleinerungsvorgänge, Lüftungs- und Pumpenanlagen, elektrische Verteilertransformatoren, Gasentladungslampen und ähnliche Geräte.

Siemens bietet ILMs mit hohem Funktionsumfang an, die eine hybride Schaltungstechnologie mit Leistungshalbleitern für kontrolliertes Starten und Stoppen von Motoren sowie Relais für Dauerbetrieb und Energieeinsparungen umfassen. Das Ergebnis ist eine längere Lebensdauer, eine höhere Energieeffizienz und ein geringerer Wartungsaufwand.

Funktionsreiche ILMs bieten auch erweiterte Energieüberwachungsfunktionen, die über die Standardversion hinausgehen, einschließlich der Messung von Phasenspannung, Leistung und Leistungsfaktor der angeschlossenen Last.

Es gibt ILMs, die den Motorstart in eine Richtung (Direktmodelle) und in zwei Richtungen (Reversiermodelle) unterstützen. Das Modell 3RC71401EE10 ist ein Beispiel für ein leistungsstarkes Direktmodul für 0,4 A bis 4 A und bis zu 690 V_AC in der Baugröße S00.

Reversiermodule steuern zwei Schütze mit integrierter Logik, um die Reihenfolge und Verriegelung der beiden Schütze zu handhaben, wie es für die Änderung der Motorrichtung erforderlich ist, was die Programmierung der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) vereinfacht. Das Modell 3RC71414EE11 ist ein Rücklaufstarter mit Hybridschaltung, ausgelegt für 3,5 A bis 32 A bei bis zu 690 V_AC, in Baugröße S0 (Bild 2).

Abbildung 2: ILM-Rücklaufstarter der Größe S0 mit Hybridschaltung. (Bildquelle: Siemens)

Steckverbindungen

Die mit ILMs und anderen Geräten verwendeten Steckverbinder ermöglichen eine schnellere, zuverlässigere und vibrationsfeste Verdrahtung. Außerdem verkürzen sie die Installationszeit und verbessern die Systemverfügbarkeit. Drei der zahlreichen Vorteile sind:

• Die Installation wird beschleunigt, da Drähte, insbesondere solche mit Aderendhülsen, direkt und ohne Werkzeug eingeführt werden können, was die Verdrahtungszeit im Vergleich zu Schraubklemmen um bis zu 50% reduziert.
• Die Frontverdrahtung ermöglicht höhere Verdrahtungsdichten in Schaltschränken und kompaktere Lösungen.
• Der federbelastete Mechanismus sorgt für einen gleichmäßigen Druck, so dass die Gefahr des Unter- oder Überdrehens wie bei Schraubverbindungen ausgeschlossen ist. Der federbelastete Mechanismus sorgt außerdem für eine gleichbleibend starke und sichere Verbindung, die unempfindlich gegen Vibrationen ist. Dadurch entfällt das bei Schraubklemmen erforderliche regelmäßige Überprüfen und Nachziehen, was einen kontinuierlichen, zuverlässigen Betrieb gewährleistet (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die ILMs von Siemens verwenden eine Federsteckertechnologie, die stark und äußerst vibrationsbeständig ist und eine schnelle Installation ermöglicht. (Bildquelle: Siemens)

Bei Nachrüstungen muss unbedingt sichergestellt werden, dass die vorhandenen Komponenten mit Federsteckverbindern ausgestattet sind, um die Kompatibilität mit den ILMs 3RC7 zu gewährleisten.

Neben der Verwendung der SIRIUS-ILMs 3RC7 zum Aufbau digitaler Lösungen sind die ILMs auch als Teil von kompletten, vormontierten Einheiten erhältlich. Diese vollständig verdrahteten und mechanisch verbundenen Baugruppen werden als intelligente Lastspeisungen (ILF) bezeichnet.

Intelligente Lastspeisungen

Ein ILF besteht aus einem ILM 3RC7 sowie dem erforderlichen Schütz und Motorschutzschalter. ILFs sind für den Direktstart oder für Reversieranwendungen erhältlich.

Der intelligente funktionsreiche Lastspeisungs-Direktstarter 3RA84121EE10 ist beispielsweise für 0,4 A bis 4 A bei bis zu 690 V_AC ausgelegt. Er hat die Baugröße S00 und besteht aus einem ILM 3RC7140-1EE10, einem Schutzschalter 3RV2311-1EC20 und einem Schütz 3RT2017-2BB42 (Abbildung 4).

Abbildung 4: Explosionsdarstellungen der Baugrößen S00 (links) und S0 (Mitte) sowie eine fertige Baugruppe der intelligenten Lastspeisung 3RA8 des Modells 3RA8412-1EE10 der Baugröße 00 (rechts). (Bildquelle: Siemens)

ILFs können dort eingesetzt werden, wo in der Vergangenheit Kombinationen aus Schutzkomponenten für Motorstarter, Schützen und Überlastrelais verwendet wurden. Sie bieten eine schnelle und einfache Möglichkeit zur Modernisierung und Digitalisierung von Abläufen. Sowohl die ILMs 3RC7 als auch die ILFs 3RA8 lassen sich schnell in Schaltschränke mit SIMATIC-I/O-Systemen ET 200 integrieren.

Netzintegration

Die I/O-Systeme ET 200, wie die ET 200SP, ET 200MP und ET 200pro, sind spezifische Produktfamilien innerhalb der SIMATIC-Plattform ET 200. Jede Produktfamilie ist auf unterschiedliche Anforderungen zugeschnitten, wie z. B. Schaltschränke (ET 200SP/MP) oder Feldinstallationen (ET 200AL/pro), mit unterschiedlichen Anforderungen an Leistung, Dichte und Umweltverträglichkeit.

So eignet sich das ET 200SP mit seiner kompakten Bauweise und der Stecktechnologie hervorragend für den Einsatz mit ILMs und ILFs. Zu den Merkmalen gehören erweiterte Diagnosefunktionen für eine schnellere Fehlerbehebung und Hot Swapping von Modulen für eine hohe Verfügbarkeit. Außerdem ist es hochgradig skalierbar. Bis zu 16 ILMs können in Reihe geschaltet werden.

Das ILM 3RC7 ist für moderne, vernetzte Schalttafeln konzipiert und unterstützt Multiprotokoll-Kommunikation über Ethernet. Zu den unterstützten Protokollen gehören PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP und OPC UA.

Das im Rack montierte ET 200SP fungiert als Gateway und sammelt Daten von den ILMs. Die Daten werden über ein Schnittstellenmodul ET 200SP an die SPS gesendet, das die Lücke zwischen Feldgeräten wie ILMs, dem Steuerungs- und Betriebsnetz (OT) und dem Informationsnetz (IT) schließt. Dies ermöglicht einen detaillierteren Einblick in die Geräteleistung auf Feldebene in Echtzeit (Abbildung 5).

Abbildung 5: Die SIMATIC-I/O-Plattform ET 200SP (unten Mitte) kann SIRIUS-ILMs oder -ILFs (unten rechts) mit OT- und IT-Netzwerken verbinden. (Bildquelle: Siemens)

Schnelle Installation

Ist die Entscheidung für Datentransparenz bei Feldgeräten gefallen, unterstützen die SIMATIC-ILMs und -ILFs in Kombination mit der I/O-Plattform ET 200 eine schnelle und flexible Installation und Inbetriebnahme. Auf diese Weise kann das Unternehmen die Vorteile der erhöhten Datenverfügbarkeit schnell nutzen.

Kabel für den Anschluss von ILMs und ILFs sind in drei Längen erhältlich, 0,75 m, 1,5 m und 2 m, um die Flexibilität bei Anwendungen im Schaltschrank zu erhöhen. Die Flexibilität bei der Installation wird durch 0,5 m, 2 m, 5 m und 10 m lange Kabel für den Anschluss von ILMs und ILFs an ET-200-Steuerungen weiter unterstützt.

Das TIA-Portal (Totally Integrated Automation) von Siemens ist die Projektierungs- und Programmierumgebung des Unternehmens für die Automatisierungs-, Visualisierungs- und Antriebstechnik. Netzwerkdesigner, Maschinenbauer und Installateure können damit SIRIUS-ILMs 3RC7 und SIRIUS-ILFs 3RA8 schnell und einfach parametrieren, integrieren und in Betrieb nehmen.

Flexible Inbetriebnahme

Das TIA-Portal ist sowohl bei Neuinstallationen (Greenfield-Projekte) als auch bei Nachrüstungs- oder Modernisierungsprojekten für bestehende Systeme (Brownfield-Projekte) nützlich. Für neue Anlagen bietet das TIA-Portal ein integriertes Entwicklungs-Framework für den gesamten Automatisierungsprozess, von der digitalen Planung bis zum Betrieb.

Es vereint mehrere Software-Tools in einer einzigen, nahtlosen Plattform, die dazu beiträgt, die Entwicklungszeit und -kosten zu reduzieren. Die Simulations- und virtuellen Inbetriebnahme-Tools nutzen einen digitalen Zwilling, um die Inbetriebnahmezeit vor Ort zu verkürzen.

Das TIA-Portal kann auch Nachrüstungs- und Modernisierungsprojekte beschleunigen, einschließlich Tools und Services, die die Migration und Integration von Altsystemen unterstützen. Maschinen, die bisher über keine Vernetzung verfügten, können mit Hilfe von Komponenten des TIA-Portals nachgerüstet werden, um sie in moderne IT/OT-Netzwerke zu integrieren.

Die Abwärtskompatibilität erhöht die Flexibilität und kann genutzt werden, um den Zugriff auf alle früheren Versionen des TIA-Portals freizugeben und den Entwicklern die Möglichkeit zu geben, mit älteren Projekten in ihrer ursprünglichen Umgebung zu arbeiten, wenn eine vollständige Migration nicht sofort möglich ist.

Fazit

Die ILMs und vormontierten ILFs von Siemens bieten Entwicklern von Industrienetzwerken innovative Werkzeuge zur Überbrückung der Lücke zwischen Geräten der Feldebene wie Motoren und Schaltanlagen und höheren OT/IT-Netzwerkebenen. Sie bieten äußerst zuverlässige und flexible Lösungen sowohl für neue Projekte als auch für Nachrüstungen. Diese Lösungen liefern Echtzeitdaten zur Unterstützung von Systemtransparenz, Diagnose, vorausschauender Wartung und allgemeiner Systemtransparenz innerhalb des TIA-Portals.

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