Signalaufbereitung

Andreas Mühlbauer,

Messgrößen im Steckverbinder erfassen und aufbereiten

Ohne eine leistungsfähige, durchgängige Infrastruktur stößt die Digitalisierung schnell an ihre Grenzen. Zur Infrastruktur gehören auch Steckverbinder und Leitungen. Deren Bedeutung wird zukünftig weiter steigen und sich beispielsweise in „intelligenten“ Steckverbindern widerspiegeln.

Der Steckverbinder befindet sich innerhalb der Anschlussleitung und erfasst dort verschiedene elektrische Werte, die er in eine APP, Cloud, ERP- oder SCADA-Systeme überträgt. © Weidmüller

Die Entwicklung der Steckverbinder wird von drei Trends beeinflusst: der Digitalisierung, der Dezentralisierung und der Miniaturisierung. Bei der Dezentralisierung wandern im industriellen Umfeld immer mehr Funktionen in die Geräte- und Feldebene, wodurch es einen steigenden Bedarf an durchgängigen Verbindungen zwischen Geräten entlang der horizontalen und vertikalen Achse der Automatisierungspyramide geben wird. Auch eine Erweiterung um intelligente Funktionen gehört dazu. Die Integration von Sensor- und Diagnosefunktionen direkt in den Steckverbinder ermöglicht neue Anwendungsfelder und macht eine zusätzliche Sensorik überflüssig. Es lassen sich Messgrößen wie Strom, Spannung, Leistung und Temperatur erfassen und über eine App, ein ERP-/Scada-System oder eine Cloud speichern und auswerten. Einen solchen intelligenten Steckverbinder stellt Weidmüller auf der Hannover Messe vor. Der smarte Steckverbinder entstand im Rahmen des Förderprojektes „Intelligente elektrische Steckverbinder und Anschlusstechnologie mit elektronischer Signalaufbereitung (ISA)“ des BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung).

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Smarter Steckverbinder in der Praxis

Steckverbinder und elektrische Anschlusstechnologien spielen eine zentrale Rolle in der Vernetzung der Produktion von morgen. Sie sind die Hauptschnittstelle zwischen Maschinen, Steuerungen und Datenverarbeitungsanlagen und bilden somit die Grundlage für Funktionen, einfache Handhabung und Zuverlässigkeit der Automatisierungstechnik. Der smarte Steckverbinder kann sich in den Anschlussleitungen von Fertigungsanlagen, -modulen oder -inseln befinden. Er dient der Energieversorgung sowie der Signal- und Datenanbindung an die SCADA- oder ERP-Ebene.

Mögliche Realisierung eines intelligenten Infrastruktur-Steckverbinders mit Steckzyklenzähler. © Weidmüller

Im smarten Infrastruktur-Steckverbinder werden Strom, Spannung und Leistung als Messgrößen erfasst. Der Maximalstrom beträgt 3 × 72 A. Die Spannungsmessung erfolgt direkt an L1-L3 ohne galvanische Trennung. Auch eine Temperaturerfassung ist integriert. Zudem ist der Steckverbinder auf das industrielle Umfeld abgestimmt. Sein Temperaturbereich liegt zwischen –40 und 125 °C, die zulässige Spannung beträgt 3 × 230 V Wechselspannung bei einer Signalfrequenz von 50 oder 60 Hz. Die Strommessung erfolgt mit Hallsensoren, das heißt ohne Unterbrechung des Stromkreises.

Steckzyklenzähler für sicheren Betrieb

Die Anzahl der Steckzyklen bestimmt unter anderem die Funktion und den Verschleiß eines Steckverbinders. Weidmüller realisiert daher eine Zählfunktion mit einem energieautarken piezobasierten Miniatursystem. Das funktioniert folgendermaßen: Die aufgebrachte Kraft während des Steckzyklus erzeugt eine Energie, um das nachgelagerte elektronische System mit Strom zu versorgen. Der Energiewandler befindet sich im Kraftfluss des Stecksystems – im oder am Steckverbinder. Die Energiezufuhr aktiviert das elektronische Zählwerk. Über Plausibilitätskriterien findet die Validierung statt, ob der Steckvorgang sicher durchgeführt worden ist. Bei erfolgreicher Validierung wird der Zähler um eins erhöht. Gesichert wird der absolute Wert in einem nicht flüchtigen Speicher. Beim Erreichen der festgelegten maximalen Steckzyklenanzahl erfolgt eine visuelle Markierung am Messsystem. Der Zählerstand lässt sich kontaktlos über eine RFID-Schnittstelle auslesen. Dabei wird das System während des Lesevorgangs über die RFID-Schnittstelle mit Energie versorgt.

Mit den Funktionen des intelligenten Infrastruktur-Steckverbinders ermöglicht Weidmüller eine Effizienzsteigerung bei der Installation und Inbetriebnahme sowie beim zuverlässigen Betrieb von Maschinen und Anlagen. Der smarte Steckverbinder aus dem ISA-Projekt trägt somit zur Produktionsverbesserung bei.

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