PROZESSAUTOMATISIERUNG & DIGITALISIERUNG

Klassische Analogtechnik im Profinet-Netzwerk

Integration von Analog- und Digitalsignalen


Auch in modernen Prozessanlagen wird die klassische Analogtechnik nach wie vor gern genutzt. Weite Verbreitung findet hier das 4…20mA-Signal, das besonders bei Planern, Installateuren und Instandhaltern einen guten Ruf genießt. Mit der Produktfamilie Mini Analog Pro ermöglicht Phoenix Contact nun die Integration dieses Signals in Profinet-Netzwerke und eröffnet damit neue Potenziale für die Anlagenbetreiber.

Ohne das 4…20mA-Signal geht in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik nach wie vor nicht viel. In industriellen Anlagen messen Sensoren seit Jahrzehnten physikalische Werte – etwa Temperatur, Durchfluss und Druck – und wandeln sie in analoge elektrische Signale um. Diese werden an eine zentrale, im Schaltschrank verbaute Steuereinheit übertragen und dort verarbeitet. Anschließend leitet die Steuereinheit die Signale an Aktoren weiter, zum Beispiel Elektromotoren oder Regelventile. Die etablierte 4…20mA-Technik bietet dabei einige wesentliche Vorteile: Die entsprechende Systemwelt erweist sich als wartungsfreundlich und universell verwendbar. Eine Fehlersuche in 4…20mA-Messkreisen gestaltet sich einfach und ist ohne besonderes Equipment durchführbar. Zudem wird fast jede Art von Sensorik mit eingebautem 4…20mA-Transmitter auf dem Markt zur Verfügung gestellt.

Trennverstärker und Messumformer der Produktfamilie Mini Analog Pro bilden einen wichtigen Baustein zur Signalaufbereitung in Mess-, Steuer- und Regelungssystemen

Trennverstärker mit vielfältigen Vorteilen

Speziell in prozesstechnischen Anlagen werden die Sensorik- und Steuerungsebene über teilweise sehr lange Leitungen miteinander verbunden. Die daraus resultierende Gefahr einer negativen Beeinflussung von Messsignalen ist groß. Als Beispiel seien Erdschleifen, unerwünschte Signaleinkopplungen oder Bürdenprobleme genannt. 

Als Folge ergeben sich Abweichungen, die erhebliche Auswirkungen auf die gesamte Messkette haben können. Abhilfe schaffen die Trennverstärker aus der Produktfamilie Mini Analog Pro. Auf einer Baubreite von lediglich 6,2 Millimeter stellen sie vielfältige Funktionen bereit, welche die Arbeit jedes Anlagenplaners und -betreibers vereinfachen. Neben modernen Schaltungstechnologien, die eine Abweichung von bis zu 0,05 Prozent im Vergleich zur Standardabweichung von 0,1 Prozent zulassen, umfassen die kompakten Geräte zahlreiche Konfigurationsoptionen über DIP-Schalter, Software oder die Mini Analog Pro-App.

Die App hat sich vor allem beim Einsatz vor Ort in der Maschine oder Anlage bereits bei vielen Anwendungen mit komplexen Parametrierungsanforderungen bewährt und als Standard etabliert. Auf der Grundlage der integrierten NFC-Chips (Near Field Communication) werden die Trennverstärker automatisch von der App erkannt und lassen sich auch im spannungslosen Zustand einstellen. Das zeigt sich als Vorteil, da nur ein NFC-fähiges Smartphone benötigt wird. Ein weiterer Nutzen resultiert aus der unterbrechungsfreien Strommessfunktion über spezielle, direkt am Modul angebrachte Servicebuchsen. Auf diese Weise kann der Instandhalter die Prozesswerte mit einem herkömmlichen Multimeter aufnehmen, ohne dass der Maschinen-/Anlagenbetrieb gestört wird. Die steckbaren Anschlussklemmen auf der Ein- und Ausgangsseite mit optional wählbarer Schraub- oder Push-in-Anschlusstechnik erlaubt eine schrittweise Inbetriebnahme oder Wartung der Applikation.

Mini Analog Pro bietet neben einer App vielfältige Möglichkeiten zur Inbetriebnahme der Trennverstärker und des Kommunikationsmoduls

Gateway macht I/O-Ebene und Eingangskarten überflüssig

Paarweise steckbare Klemmen haben einen zusätzlichen Vorteil: Sie bieten Platz für Innovationen – beispielsweise den Sprung von der analogen in die digitale Welt. Durch die aufsteckbaren Kommunikationsmodule der Produktfamilie Mini Analog Pro lassen sich verschiedene Feldsignale in digitale Protokolle überführen – und das ohne weiteren Platzbedarf. Bis zu acht frei kombinierbare Trennverstärker dienen als Plattform für das aufsteckbare Mini Analog Pro-Gateway, das seine Arbeit sofort sowie ohne zusätzliche Spannungsversorgung beginnt. Die kanalweise galvanische Trennung, präzise Signalübertragung und direkte Ankopplung an digitale Netzwerke ermöglichen den Verzicht auf die I/O-Ebene sowie teure signalspezifische Eingangskarten. Darüber hinaus stellen die Gateways die umfangreichen Parametrierungs- und Monitoring-Optionen der Baureihe Mini Analog Pro zur Verfügung. Daraus ergeben sich neue Anwendungsszenarien mit einer deutlichen Platzersparnis.

Die aufsteckbaren Gateways ermöglichen die einfache Integration von bis zu acht verschiedenen Mini Analog Pro-Modulen in digitale Übertragungsprotokolle

Das Profinet-Kommunikationsmodul erlaubt eine einfache Skalierbarkeit des Systems über eine integrierte Switch-Funktion

Feldsignalintegration ohne zusätzlichen Platzbedarf

Mit dem neuen Kommunikations-Gateway Mini MCR-2-V8-PN lassen sich jetzt auch unterschiedliche Analog- und Digitalsignale in Profinet-Netzwerke integrieren. Profinet etabliert sich immer mehr als Standard in der Automatisierungstechnik und löst die bestehenden Knoten aus der seit den 1980er Jahren verbreiteten Profibus-Technologie ab. Insbesondere für Refitting-Projekte erweist sich der Umstieg vom Profibus- auf das Profinet-Protokoll als interessant. Für dieses Einsatzszenario bietet die Produktfamilie Mini Analog Pro mit dem neuen Kommunikations-Gateway eine flexible und effiziente Lösung an. Das Gerät wurde von der Profibus Nutzerorganisation gemäß Conformance Class C zertifiziert und lässt sich somit problemlos in eine Vielzahl von Applikationen migrieren.

Bei diesem Anwendungsfall zählt ebenfalls das Plug&Play-Prinzip: Ausgangsklemme an den Trennverstärkern Mini Analog Pro entfernen, Kommunikations-Gateway für Profinet aufstecken und Netzwerkleitungen anschließen – das war´s. Eine Neuheit bildet die Dual-Port-Architektur. Ein in das Modul eingebauter Switch erlaubt die direkte Verbindung von mehreren Profinet-Kommunikationsmodulen der Produktfamilie Mini Analog Pro. Dadurch entstehen neue Möglichkeiten, zum Beispiel die effiziente Integration von mehr als acht Feldsignalen ohne weiteren Platzbedarf im Schaltschrank. Doch das Kommunikations-Gateway zeigt sich nicht nur in der physischen Applikation als nutzerfreundlich in der Handhabung. Die Implementierung in ein Profinet-Netzwerk gestaltet sich ebenso einfach. Die dazu notwendige GSDML-Beschreibungsdatei lädt sich der Anwender kostenfrei von der Produktseite auf der Phoenix Contact-Homepage herunter. Nach der Implementierung in den Busaufbau erfolgt die Zuweisung der Prozessdaten. Auch die Geräteparametrierung geschieht über das Busprotokoll. Folglich kann der Anwender sämtliche Prozessdaten im Blick behalten und verwalten.

Messumformer für alle gängigen Signale

Aufgrund der direkten Netzwerkanbindung der Trennverstärker Mini Analog Pro entfallen die signalspezifischen Eingangskarten an der Steuerung. Mit den einfach aufsteckbaren Kommunikationsmodulen lässt sich jedes Gerät der Produktfamilie mit Strom- oder Digitalausgang platzsparend in das Netzwerk integrieren. Der Anwender kann Strom- oder Spannungssignale, Temperaturen, Frequenzen, NAMUR-Schaltkontakte oder Potentiometer beliebig kombinieren: Für alle gängigen Signale steht ein geeigneter Messumformer zur Verfügung. Gleichzeitig profitiert er von der durchgängigen galvanischen Trennung bis in die CPU sowie zwischen den einzelnen Kanälen. Jeder Messumformer bietet eine sichere Trennung gemäß EN 61010.

App zur drahtlosen Kommunikation

Alle Mini Analog Pro-Module verfügen über eine NFC-Schnittstelle zur drahtlosen Kommunikation mit den Android-Smart Devices des Anwenders. Dieser profitiert ganz ohne Zubehör von den vielen Funktionen der App, die er sich kostenlos auf sein Smartphone oder Tablet herunterladen kann. Je nach mobilem Endgerät und Produkttyp bietet die Anwendung den Abruf von Modulinformationen und einer DIP-Schaltereinstellhilfe. Sie erlaubt die Konfiguration der multifunktionalen Module per NFC mit dem Android-Gerät und per Bluetooth mit dem Android- oder iOS-Gerät und dem Bluetooth-Adapter, außerdem ermöglicht sie die Überwachung von Prozessdaten der multifunktionalen Module per Bluetooth mit dem Android- oder iOS-Gerät und dem Bluetooth-Adapter.

Fazit

Der besondere Vorteil bei der Nutzung von Mini Analog Pro liegt in der hohen Flexibilität in der Anwendung. Diese ergibt sich zum einen aus dem umfangreichen Produktprogramm von Trennverstärkern und Messumformern, das für fast jede Applikation die passende Lösung bereitstellt. Auf der anderen Seite ermöglichen die optional aufsteckbaren Kommunikations-Gateways eine einfache Integration von klassischen Signalen aus der Analogtechnik in digitale Übertragungsprotokolle. Mit der neuen Profinet-Schnittstelle lässt sich ferner mittels Daisy Chaining ein neues Maß an Skalierbarkeit umsetzen. Aus der Verbindung von Trennverstärkern und Kommunikations-Gateways resultiert außerdem eine kompakte, flexible und effiziente Lösung für den nächsten Schritt in Richtung Digitalisierung und Industrie 4.0. Denn Mini Analog Pro macht das 4…20mA-Signal fit für Profinet.

Mehr Informationen


Moritz Jung, M.Sc.
Produktmanager im Bereich Interface Analog

Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

Messtechnik

Prozessautomatisierung & Digitalisierung