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Steuern & regeln

Schalttechnik Den intelligenten Kommunikations-lösungen auf Steuerungsebene folgt deren komfortableIntegration in die Steuerungsarchitektur bis auf dieFeldebene. Nach dem AS-Interface nimmt eine weitereLösung an Fahrt auf: IO-Link, eine maschinennaheKommunikation, die auch den Einsatz von Überwa-chungsrelais spürbar komfortabler macht.

Christian Knorr*

*Christian Knorr, Siemens AG,Industry Sector

Die Automatisierung wird zusehendskomplexer, wodurch bereits vorJahrzehnten durch die Entwicklung

von Bussystemen eine wichtige Entwick-lung auf der Steuerungsebene stattge-funden hat. Das hat dazu geführt, dass

Intelligenter AufpasserÜberwachungsrelais kommunizieren über IO-Link direkt mit der Steuerung

netzt und verstärkt in die höheren Busto-pologien mit eingebunden wird. Die For-derung nach „Totally Integrated Automa-tion“ bekommt damit weiteren Nach-druck, um komplexe Aufgabenstellungenmöglichst einfach umsetzen zu können.Ein entsprechendes Signal für diese

Entwicklung setzt IO-Link, die standar-disierte Kommunikationslösung, mit dersich industrielle Schaltgeräte verdrah-tungs- und signaltechnisch einfach andie übergeordnete Steuerung anbindenlassen. Ein praktisches Beispiel für denhohen Nutzwert von IO-Link sind dieÜberwachungsrelais aus dem Sirius-Pro-duktprogramm von Siemens, das im Fol-genden genauer betrachtet werden soll.

auf der Steuerungsebene eine intelligen-te Verbindung sämtlicher Teilnehmerstattfindet. Ein wesentlicher Trend, derin der industriellen Automation seit eini-ger Zeit deutlich zu Tage tritt, ist, dassauch die Schaltebene „intelligent“ ver-

Als maschinennahe Kommunikationermöglicht IO-Link einen spürbarkomfortableren Einsatz von Über-wachungsrelais. Bilder: Siemens

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Die Schemazeichnung zeigt, dass sich industrielle Schaltgeräte mithilfe von IO-Link sehreinfach an die Steuerungsebene anbinden lassen.

Denn die wichtigsten Kenngrößen wieetwa Ströme und Temperaturen inner-halb einer Automatisierung lassen sichmit diesen Überwachungsrelais komfor-tabel erfassen und die entsprechendenWerte nun ohne großen Geräte-, Verka-belungs- und Steuerungsaufwand andie Maschinen- bzw. Anlagensteuerungübertragen.

IO-Link vereinfacht Einsatzvon ÜberwachungsrelaisEin wesentlicher Vorteil, der zualler-

erst ins Auge fällt, ist der einfache Sys-temaufbau mit IO-Link. So lassen sichdie IO-Link-Master innerhalb des Sie-mens-Portfolios beispielsweise direkt indessen dezentraler Peripherie SimaticET 200SP stecken, die ihrerseits überProfibus oder Profinet mit der Steuerungverbunden ist. Vom IO-Link-Master aus-gehend, der hier bis zu vier Kanäle ver-arbeitet, können entsprechend viele IO-Link-Teilnehmer bzw. Überwachungsre-lais angesteuert werden.Auch die Parametrierung und der Da-

tenaustausch sind mit diesem Kommu-nikationsbus überaus einfach. Währendbisher nämlich die Überwachungsrelaisdirekt am Gerät selbst parametriert wer-den mussten, können nun die entspre-chenden Werte über die Steuerung insGerät geladen werden. Dadurch ergibtsich gleich der nächste Vorteil, der im-mer dann offensichtlich und als komfor-tabel erkannt wird, wenn ein Geräte-tausch ansteht: Mussten im Servicefallbisher die Geräte manuell parametriertwerden, genügt es nun einfach, das Ge-rät anzuschließen. Über den automati-schen Datenabgleich und die automati-sche Neuparametrierung mithilfe einesentsprechenden Parameterservers ver-einfacht sich dies alles.

Vereinfachte Diagnoseund InbetriebnahmeDie zentrale Fehlerdiagnose und -or-

tung sowie die vereinfachte Inbetrieb-nahme bzw. Instandhaltung sind nebender bereits dargestellten einfacherenSystemarchitektur zusammengenommender zweite wesentliche Aspekt, der IO-Link so interessant macht. Allein beimBetrieb von Elektromotoren gibt es eineVielzahl von Anwendungsfällen, dieÜberwachungsrelais notwendig machen,wie sie Siemens im Sirius-Systembau-kasten anbietet.

Ein typischer Fall aus der Praxis ist dieNetz- bzw. einphasige Spannungsüber-wachung. Hierfür gibt es im genanntenPortfolio die Geräte Sirius 3UG48, diezwischen Verbraucherabzweig und Motorplatziert werden. Neu ist nun, dass dieGeräte steuerungstechnisch über IO-Linkdirekt an den Master angeklemmt wer-den und damit ein geschlossener Kom-munikationskanal bis zur Steuerung vor-handen ist. So können Netz- und Span-nungsfehler frühzeitig erkannt und beho-ben werden, bevor weit größere Folge-schäden auftreten.In der gleichen Gerätefamilie gibt es

auch Varianten zur einphasigen Strom-überwachung bzw. „cos φ“- und Wirk-stromüberwachung. Auch diese sindlängst mit IO-Link-Anschluss erhältlich.So erhält die Steuerung rechtzeitig Infor-mationen über Verschleißerscheinungenund Fehler. Letztendlich lassen sich da-durch Wartungsarbeiten rechtzeitig pla-

nen bzw. durchführen und Anlagenaus-fälle vermeiden. Beides erhöht die Ver-fügbarkeit von Maschinen und Anlagen.

Überwachungsrelais direktan die Schütze steckenFür Elektrokonstrukteure ist aus die-

sem Portfolio auch das Überwachungs-relais Sirius 3RR2 zum direkten Anbauan die Schütze Sirius 3RT2 für die mehr-phasige Stromüberwachung interessant.Ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwandim Hauptstromkreis können über dieÜberwachung auf Stromüber- und unter-schreitung hinaus auch noch ein Kabel-bruch, Phasenausfall, Phasenfolgefehleroder Fehlerstrom sowie eine Motorblo-ckierung detektiert werden. Auch hiergilt: Über die direkte Anbindung mithilfevon IO-Link lässt sich der Aufwand fürdie signaltechnische Integration in dieSteuerungsarchitektur erheblich ver-

Servic

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Schaltgeräte kommunizieren direkt mit der Steuerung

Der Trend zu einer durchgängigen Kommunikation von der Steuerungsebenebis in die Feldebene nach dem Vorbild von „Totally Integrated Automation“bekommt mit IO-Link eine breitere Basis. Immer mehr industrielle Schaltgerä-te unterstützen diese komfortable Signalübertragung, so auch der Sirius-Sys-tembaukasten aus dem Siemens-Angebot. Darin enthalten sind eine Reihevon Überwachungsrelais, die sich nun über IO-Link direkt an die Steuerunganbinden lassen. Dadurch vereinfacht sich die Systemarchitektur der jeweili-gen Automatisierung und die damit geschaffenen steuerungstechnischenMöglichkeiten bieten in der Praxis viele Vorteile: Denn über eine Anschluss-leitung lassen sich all die Informationen nutzen, die von den Überwachungs-relais erfasst werden. Kurzum: Mit IO-Link ist die umfassende Integration derSchaltgeräte in die Steuerungsebene einfach und günstig möglich.

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einfachen. Kurzum: Nur ein Gerät zumÜberwachen des Motors entlang der ge-samten Drehmomentkurve, also ohneseparate Stromwandler, und nur eine An-schlussleitung für die Datenkommunika-tion, über die sämtliche Messwerte, Di-agnosedaten und Parameterinformatio-nen ausgetauscht werden.Neben den reinen Überwachungsrelais

für IO-Link, die selbst ohne Anbindungan eine Steuerung ihre Aufgabe zuverläs-sig erfüllen, bietet Siemens weitere Ge-räte mit Diagnose- und Messwertübertra-gung an eine Steuerung an.Mit dem Überlastrelais Sirius 3RB24

z. B. gelingt per IO-Link die komfortableEinbindung der Schalttechnik in dieSteuerungsebene. Das Gerät ist in derLage, beliebige Motoren vor Überlast zuschützen und steuert darüber hinaus diedafür notwendigen Schütze entspre-chend der Befehle aus der Steuerungbetriebsmäßig an. Ströme bis 630 A proPhase werden mithilfe von externenStromwandlern erfasst und an die Steu-erung weitergegeben.Die Liste der Möglichkeiten, mithilfe

von Überwachungsrelais Maschinen undAnlagen ausfallsicherer zu gestalten, istheute entsprechend lang. In Verbindungmit der komfortablen IO-Link-Kommuni-kation erfährt die Anlagenverfügbarkeiteinen neuen Schub. Denn noch nie war

es so einfach wie jetzt, Überwachungs-routinen innerhalb der Feldebene einzu-planen, die ihre Informationen ohne gro-ßen technischen Aufwand an die über-geordnete Steuerung melden. Das ist dieZielsetzung von IO-Link, nämlich dieeinfache Integration intelligenter Senso-ren und Aktoren in die Steuerungsebene.

Komplette Abzweigemit IO-LinkDenn auch ganze Abzweige wie zum

Beispiel die Kompaktabzweige Sirius3RA6 gibt es mittlerweile mit dieser mo-dernen Kommunikationstechnik. Auchsie lassen sich mit nur einer Leitung mitder Steuerungsebene verbinden, was zueiner einfacheren Verdrahtung sowie ei-ner vereinfachten Signaltechnik führt.Wer Direkt-, Wende- oder Sterndreieck-Starter lieber konventionell aus einzel-nen Schützen zusammenstellen will, fin-det ebenfalls die passende Lösung imSirius Systembaukasten.Mit den Funkti-onsmodulen 3RA27 zum Anbau an dieSchütze 3RT2 lassen sich die gewünsch-ten Starterfunktionen einfach ohne gro-ßen Verdrahtungsaufwand kombinieren.Damit sind beispielsweise Zeit- und elek-trische Verriegelungsfunktionen bereitsenthalten. Auch bei den aus Einzelgerä-ten aufgebauten Abzweigen ist der direk-

te Anschluss an die Steuerung über IO-Link möglich.Die Liste der gerätetechnischen Mög-

lichkeiten, mithilfe von IO-Link Verein-fachungen im elektrischen Aufbau vonMaschinen und Anlagen zu erzielen, wirdnach den Angaben des Anbieters konti-nuierlich größer. Zu den weiteren Über-wachungsgeräten, die in der industriel-len Automation von großem Vorteil sind,gehört zum Beispiel das Fehlerstrom-Überwachungsrelais aus der Familie Si-rius 3UG4, das von Siemens Anfang2013 offiziell mit integrierter IO-Link-Kommunikation vorgestellt worden ist.Zudem gibt es ein Überwachungsrelais

zur Drehzahlüberwachung, das mit einerPeriodendauermessung entsprechendeImpulse erfasst und auswertet. Damitlassen sich nicht nur Drehzahlen, son-dern auch Bandlauf- und Taktzeitüber-wachungen realisieren bzw. Vorbeilauf-kontrollen umsetzen. Als weiteren Vertre-ter mit der modernen IO-Link-Kommuni-kation gibt es die Temperaturüberwa-chungsrelais 3RS14/15 zur Messung infesten, flüssigen und gasförmigen Medi-en. Außerdem eignen sich diese Geräteauch für die Temperaturregelung imLow-End-Bereich. [klu]

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Mit dem TemperaturüberwachungsrelaisSirius 3RS1 können Temperaturen in festen,flüssigen und gasförmigen Medien erfasstwerden. Über IO-Link lassen sich die Dateneinfach in die Steuerung übertragen.

Die Relais Sirius 3UG48 zum Überwachenvon Netzen, Strömen, Spannungen undDrehzahlen liefern via IO-Link wichtige In-formationen, um Fehler zu erkennen und soFolgeschäden vermeiden zu können.

Für die mehrphasige Stromüberwachunggibt es das Überwachungsrelais Sirius 3RR2mit IO-Link-Kommunikation, das direkt andie Schütze 3RT2 von Siemens angebautwerden kann.

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