Dezentrale Stromversorgung Sichere Stromversorgung im Feld mit Schutzart IP67

Autor / Redakteur: Marc Plückebaum, Johanna Westermeier * / Gerd Kucera

Dezentralisierung im Maschinenbau und der Fabrikautomation erfordert neue Konzepte für die zuverlässige Stromversorgung. Trio-Power-IP67 heißt eine Stromversorgung für die Installation im Feld direkt am Verbraucher.

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Bild 1: Trio-Power-IP67-Stromversorgungen sind speziell für die Anwendung im Feld entwickelt und halten sehr hohen Anforderungen stand.
Bild 1: Trio-Power-IP67-Stromversorgungen sind speziell für die Anwendung im Feld entwickelt und halten sehr hohen Anforderungen stand.
(Bild: Phoenix Contact)

Der Trend zur dezentralen Automatisierung in den Bereichen Maschinenbau und Fabrikautomation ist weiterhin ungebrochen. Modulare Anlagenkonzepte und die Unterteilung von Maschinen in Teilabschnitte ermöglichen eine individuelle Planung und Auslegung der Anlage. Kundenwünsche können so besser berücksichtigt und die Maschinen schneller getestet und in Betrieb genommen werden. Zudem werden neue Maschinen immer intelligenter und vernetzter. Industrie 4.0 und Cloud-Lösungen prägen aktuell die Automatisierung und führen dazu, dass immer mehr Sensordaten gesammelt, weitergegeben und ausgewertet werden. Durch den wachsenden Bedarf an Sensorik werden bereits heute vermehrt I/O-Systeme für die Feldinstallation genutzt. Somit werden die Signaldaten unmittelbar in der Nähe der Sensoren und Aktoren eingesammelt und weitergeleitet.

Einfache und hochverfügbare I/O-Systeme

Seit der Entwicklung von Bussystemen in der Automatisierung stellen Busteilnehmer eine essenzielle Komponente in der Kommunikation mit den Sensoren und Aktoren der Feldebene dar. Busteilnehmer in Form von I/O-Systemen sind und waren immer ein wichtiger Bestandteil im Automatisierungsportfolio von Phoenix Contact. Ein Blick auf das aktuelle Automatisierungsangebot zeigt neben modernen I/O-Systemen ein breites Lösungsspektrum für zukunftsorientierte Automatisierungsaufgaben. Warum also sollen nicht auch I/O-Systeme und weitere Systemkomponenten ausgelagert werden? Mehr dazu am Artikelende.

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Deutlich mehr Platz im Schaltschrank

Im klassischen Anlagenentwurf sind zentrale Schaltschrankkonzepte weit verbreitet. Diese vereinen alle elektrischen und elektronischen Komponenten einer Maschine und befinden sich gruppiert an zentralen Positionen, etwas entfernt bzw. in der Umgebung einer Maschine. Da ein zentraler Ansatz jedoch vielfach lange Leitungslängen bis zur Maschine bedingt und eine Erweiterung des Schaltschrankkonzeptes teuer sein kann, wird oftmals auf kleinere, dezentrale Schaltkästen zurückgegriffen. Auf diese Weise kann auch die Stromversorgung direkt ins Feld verlagert werden. Diese dezentralen Schaltkästen werden aktuell häufig von den Unternehmen selbst geplant, ausgelegt und installiert.

Für Applikationen, in denen diese Schaltkasten-Lösungen aufgrund mangelnder Erweiterbarkeit oder Platzmangel nicht installierbar sind, bietet Phoenix Contact jetzt neben den klassischen Stromversorgungen für den Schaltschrank in Schutzart IP20 auch Stromversorgungen mit höherer Schutzart für eine schaltschranklose Installation direkt im Feld an. Eine Installation und Auslagerung der Stromversorgung schafft Platz im Schaltschrank, reduziert dort die Wärmeentwicklung und erzeugt die 24-V-Spannung zur Energieversorgung genau dort, wo sie benötigt wird: nahe dem Verbraucher (Bild 2).

Die neuen Stromversorgungen mit Schutzart IP67 ergänzen somit das umfangreiche Power-Produktprogramm von Phoenix Contact und geben dem Anwender die Möglichkeit, den Grad der Modularität seiner Anlage selbst zu gestalten.

Robust und zuverlässig trotz rauer Umgebung

Die Trio Power-IP67-Stromversorgungen sind speziell für die Anwendung im Feld entwickelt und halten sehr hohen Anforderungen stand. Durch das robuste Aludruckgussgehäuse in Schutzart IP67 sind die Stromversorgungen vor dem Eindringen von Wasser und Fremdkörpern geschützt. Auch hinsichtlich der Stoß- und Vibrationsfestigkeit genügen die neuen Stromversorgungen sehr hohen Anforderungen. Die Vibrationsfestigkeit von Geräten wird entsprechend der Norm IEC 60068-2-6 gemessen. Dies geschieht im laufenden Betrieb mit Frequenzen von 10 Hz bis 150 Hz bei einer Amplitude von ±2,5 mm. Die TRIO-IP67-Stromversorgungen sind bis 4 g belastbar. Stoßprüfungen nach IEC 60068-2-27 werden sogar mit 30 g je Raumrichtung durchgeführt. Die Geräte arbeiten also auch bei extrem schnellen Bewegungen zuverlässig.

Auch der weite Temperatureinsatzbereich der neuen Stromversorgungen ermöglicht eine hohe Flexibilität bezüglich möglicher Einsatzbereiche. Überall dort, wo Wärme entsteht, wird diese direkt durch die Leiterplatte geführt und über die Gehäusefläche abgeleitet. Bei Umgebungstemperaturen von -25 bis +70 °C arbeiten die Netzteile zuverlässig ohne Leistungsminderung. Die Geräte kommen hierbei ohne innenliegende Kühlkörper aus, die Kühlung erfolgt ausschließlich über das Gehäuse. Auch auf Verguss wurde bei den Geräten bewusst verzichtet - dies verlängert die Lebensdauer der intern verbauten Komponenten und ist zusätzlich schonender für die Umwelt hinsichtlich Herstellung und Recycling.

Neben der robusten Mechanik verfügen die Trio-IP67-Stromversorgungen auch über eine robuste und verlässliche Elektronik. So sind die Geräte beispielweise eingangsseitig spannungsfest bis 300 VAC. Standardmäßig besitzen Trio-Power IP67-Stromversorgungen zudem über einen AC- und DC-Weitbereichseingang und sind somit in unterschiedlichen Versorgungsnetzen weltweit einsetzbar.

Für ein zuverlässiges Starten großer Lasten haben die Stromversorgungen über eine dynamische Leistungsreserve. So liefern sie für bis zu fünf Sekunden den 1,5-fachen Nennstrom. Ein Wirkungsgrad von >93% sorgt für eine hohe Energieeffizienz.

Stecker für werkzeuglose Installation

Für eine flexible Installation sind die neuen Trio Power Stromversorgungen mit drei unterschiedlichen Geräteanschlüssen erhältlich: 7/8 Zoll, M12 und Installation Power Distribution (IPD). Einzig der DC-OK-Signalstecker, der als Schaltkontakt ein Absinken der Nennausgangsspannung unter 90% erkennt, ist bei allen verfügbaren Varianten als M12 A-kodierter Stecker ausgeführt.

Der optionale 7/8-Zoll-Schraubanschluss ist eine weltweit verbreitete Anschlusstechnik, die vor allem für die Leistungsversorgung von aktiven I/O-Modulen eingesetzt wird.

In der M12-Ausführung ist der Eingangsstecker S-kodiert und die Ausgangsbuchse verwendet die neue L-Kodierung. Die M12-Steckverbinder besitzen eine kompaktere Bauform und ersetzen sukzessive die älteren Steckverbinder-Designs.

Beide Steckverbindersysteme, sowohl 7/8 Zoll als auch M12, ermöglichen eine schnelle und fehlerfreie Verdrahtung aufgrund standardisierter und kodierter Anschlüsse. Vorkonfektionierte Leitungen in beliebigen Längen bieten darüber hinaus weiteres Sparpotenzial.

Die IPD-Anschlusstechnik, als dritte Wahloption, ist vor allem für eine einfache Energieverteilung im Feld bekannt. Die Anschlusstechnik nutzt feldseitig einen Push-in-Anschluss, bei dem die entsprechende Leitung durch eine Tülle geführt und direkt gesteckt wird. IPD ermöglicht somit einen komfortablen Anschluss von freien Leitungsenden ohne konfektionierte Stecker (Bild 4).

Fazit: Mit dem Bedarf an dezentralen Lösungen steigen auch die Anforderungen an die Geräte. Speziell entwickelt für Anwendungen im Feld sorgt die neue Stromversorgung TRIO Power mit Schutzart IP67 auch bei extremen Umgebungsbedingungen für eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Durch das robuste Aludruckgehäuse ist die Stromversorgung wasser- und staubdicht und verfügt zudem über eine hohe Stoß-, Vibrations-, und Spannungsfestigkeit. Durch die Verwendung kodierter Steckverbinder, die schnell und werkzeuglos anschließbar sind, werden Verdrahtungsfehler minimiert. Die Stromversorgung kann direkt im Feld, nahe am DC-Verbraucher, installiert werden. Dies schafft Übersicht, spart Leitungslänge und reduziert Leistungsverluste auf ein Minimum, ebenso den Platzbedarf und die Wärmeentwicklung im Schaltschrank.

Die Ergänzung M12-Power-Verkabelung

Mit dem M12-POWER-Verkabelungssystem für Ströme bis 16 A und Spannungen bis 690 V bietet Phoenix Contact eine Ergänzung zur TRIO IP67-Stromversorgung. Das Verkabelungssystem im kompakten M12-Design bietet hohe Leistung bei platzsparender Baugröße und vermeidet groß aufbauende Maschinen-Layouts. Standardisierte Komponenten wie konfektionierte Leitungen, Energieverteiler und konfektionierbare Steckverbinder vereinfachen die Energieverteilung. Eine Auswahl aus einer Vielzahl an Varianten und Leitungsqualitäten ist möglich. Elektromagnetische Belastungen werden durch die optiomierte 360°-Schirmung zuverlässig reduziert. Mit konfektionierbaren Steckverbindern sind unterschiedliche Leitungslängen vor Ort möglich. Die Push-Lock-Anschlusstechnik ermöglicht dabei den zeitsparenden und werkzeuglosen Anschluss starrer und flexibler Leiter. Die Klemmkammern werden mittels Hebelwerkzeug einfach geöffnet und lassen sich auch leicht wieder schließen. Der Anwender hat auf diese Weise beide Hände für die Leiterzuführung frei, sodass die Installation erheblich erleichtert wird.

Axioline E: dezentral und schaltschranklos

Eine weitere Ergänzung ist Axioline E (Bild 5), eine neue Generation I/O-System in Blockbauweise für die schaltschranklose dezentrale Automatisierung. Die Geräte sind an den aktuellen und zukünftigen Anforderungen der Feldinstallation ausgerichtet und für den direkten Einsatz an oder in einer Maschine unter rausten Umgebungsbedingungen konzipiert.

Die Stand-Alone-Geräte vereinen Buskommunikation und I/O-Funktionalität in einem Gerät und werden über leistungsstarke L-kodierte M12-Stecker bis zu 2 x 16 A Eingangsstrom mit Energie versorgt. Mit dem integrierten 2-Port-Switch und dem Power-Out-Anschluss können mehrere Geräte, auch über deutlich längere Kabelstrecken, in einer einfachen Linientopologie in einer Anlage installiert werden.

Die Anschlüsse auf dem Gerät sind in einer M12-Duo-Kontur ausgeführt, die eine flexible Feldverdrahtung sowohl mit bewährten M12-Schraubsteckverbindern als auch neuer M12-Push-Pull-Schnellanschlusstechnik ermöglicht.

Die Produktfamilie Axioline E bietet Lösungen für die dezentrale schaltschranklose Verarbeitung verschiedener digitaler Signale, wie zum Beispiel von Endschaltern. Die Axioline E-IO-Link-Master und die passenden IO-Link-Devices zur Verarbeitung digitaler und analoger Signale erweitern den Funktionsumfang der Applikation und minimieren Kosten sowie Verkabelungsaufwände.

* * Marc Plückebaum ... arbeitet im Produktmarketing bei Phoenix Contact Power Supplies, Paderborn. Johanna Westermeier ... ist Mitarbeiterin Marketing Communications bei Phoenix Contact Power Supplies, Paderborn.

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