I/O-Komplett-Lösung reduziert Montage- und Verdrahtungskosten EtherCAT-Steckmodule: Plug & Work

Redakteur: Silvano Böni

Die EtherCAT-Steckmodule der EJ-Serien stellen eine grosse Signalvielfalt zur Verfügung. Ihre elektromechanische Konstruktion ermöglicht das direkte Stecken auf ein anwendungsspezifisches «Signal-Distribution-Board». Diese Rangierplatine verteilt die Signale und die Spannungsversorgung über applikationsspezifische Steckverbinder an die Maschinenmodule per vorkonfektioniertem Kabel. Der Aufwand durch manuelle Einzeladerverdrahtung, wie im klassischen Schaltschrankbau üblich, wird damit eliminiert.

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Kodierstifte an der Unterseite der Module bieten, in Verbindung mit Kodierlöchern im Distribution-Board, optional die Möglichkeit, einen mechanischen Fehlsteckschutz zu realisieren.
Kodierstifte an der Unterseite der Module bieten, in Verbindung mit Kodierlöchern im Distribution-Board, optional die Möglichkeit, einen mechanischen Fehlsteckschutz zu realisieren.
(Bild: Beckhoff)

Die Beckhoff-Busklemme ist seit 1995 Benchmark für Signalvielfalt, Kompaktheit und Robustheit im Bereich feingranularer I/O-Systeme. Seit 2003 erweitern und optimieren die EtherCAT-Klemmen mit höchster Übertragungsperformance und noch umfassenderem Signalspektrum die Einsatzmöglichkeiten. Auch die EtherCAT-Steckmodule basieren auf der bekannten EtherCAT-Kommunikationstechnologie. In Bezug auf Aufbau, Montage und Verdrahtung der Komponenten bieten sie eine für Grossserien optimierte Lösung.

Die klassische Verbindung zwischen I/O-System und Sensor-/Aktor-Ebene basiert auf der traditionellen Maschinenverdrahtung. Dabei erfolgt die Signalverteilung über Einzeladerverdrahtung. Jede Verbindung zwischen einem I/O-Kanal und beispielsweise Initiatoren und Relais erfolgt durch das Verlegen von elektrischen Leitungen anhand eines Schaltplans. Die Leitungen werden vom I/O-System häufig über Reihenklemmen oder Steckverbinder zum Sensor/Aktor oder zu einem kompletten Maschinenmodul geführt. Dieses Konzept garantiert eine hohe Flexibilität, da die Sensor- und Aktor-Topologie einfach modifiziert und erweitert werden kann, das heisst Änderungen in der I/O-System-Kon- 
figuration sind flexibel und schnell möglich. Für kleine und mittlere Stückzahlen ist dieser Lösungsansatz «der Signalverteilung per Einzeladerverdrahtung» auf Grund seiner Flexibilität optimal geeignet, da er sich aus Standardkomponenten zusammensetzt und keinen besonders hohen Entwicklungsaufwand bedeutet.

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Allerdings verursacht die Signalverteilung per Einzeladerverdrahtung einen hohen Arbeitsaufwand, und sie erfordert Fachpersonal, da nach Schaltplan verdrahtet wird. Dennoch besteht immer das Risiko von Verdrahtungsfehlern, was durch zusätzliche Kontrolle der Verdrahtung minimiert werden soll, die wiederum den Bedarf an Fachpersonal erhöht. Daher entscheidet man sich bei Grossserien in vielen Fällen für eine kundenspezifische Black-Box-Lösung; ein Ansatz, der unflexibel ist und keine Möglichkeit zur Systemerweiterung bietet.

Standardisierung und Kostenreduktion bei hoher Flexibilität

Mit den EtherCAT-Steckmodulen wird eine Alternative zu dem klassischen System vorgestellt, welche bei hohen Maschinenstückzahlen eine Optimierung des Verdrahtungsaufwands, der Systeminstallationszeit und des Prüfaufwands bietet. Die der I/O-Lösung zugrundeliegende Idee ist eine Kombination aus Standardisierung und Flexibilität.

Das EJ-System besteht aus den EtherCAT-Steckmodulen und einem «Distribution Board». Das Distribution-Board – oder auch Rangierplatine – ist eine anwendungsspezifische Leiterkarte, mit der die Verbindung zwischen dem Sensor und Aktor oder den maschinenmodulspezifischen Steckverbindern und den EtherCAT-Steckmodulen hergestellt wird. Auf dem Distribution-Board sind, neben den Slots für die EtherCAT-Steckmodule, die Verbindungen in Form von Leiterbahnen zwischen I/O-Modul und Steckern sowie zusätzliche Komponenten, wie Relais, aufgebracht. Als Rangierebene ersetzt das Distribution-Board das manuelle Rangieren mit Einzeladern. Dies reduziert bei der Produktion von Serienmaschinen oder -anlagen das Fehlerrisiko auf ein Minimum und sorgt für einen schnelleren Aufbau des Steuerungssystems und eventuell sogar ohne den Einsatz von Facharbeitern.

Auf dem Distribution-Board sind die steckbaren EtherCAT-Module und die Steckerebene für Sensoren und Aktoren flexibel platzierbar. Die Entwicklung eines Distribution-Boards erfolgt durch den Anwender oder als kundenspezifische Lösung durch Beckhoff. Sinnvoll ist sie bei Grossserien, bei denen ein Grossteil der eingesetzten I/O-Module identisch ist, sodass der Plattformgedanke erfüllt wird.

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