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Herkömmliche Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung ist zeitaufwendig, fehlerträchtig und in größerem Umfang nur zeitintensiv nachvollziehbar. Eine standardisierte Systemverkabelung, die das Prozedere im einfachsten Fall auf das Verbinden vorkonfektionierter Leitungen mit standardisierten Frontsteck- und Anschlussmodulen reduziert, kann im Vergleich dazu bis zu 80 % Verdrahtungszeit und somit Kosten sparen.

Elektronische Anlagen funktionieren nur dann richtig und zuverlässig, wenn sie fehlerfrei verdrahtet sind. Eine Voraussetzung, die auch beim Zusammenspiel jeder speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) mit den Sensoren und Aktoren erfüllt sein muss. Darüber hinaus beeinflusst die Verdrahtung auch die Lieferzeit und die Gesamtkosten einer Anlage, da sie sich von der Projektierung und die Beschaffung über den Schaltschrankaufbau und die Inbetriebnahme bis hin zur Wartung auf weitere Bereiche auswirkt. Besonders aufwendig und dazu fehlerträchtig ist die herkömmliche Einzelverdrahtung über Reihenklemmen auf einer Rangierebene. Je komplexer eine Anlage ist, umso schwieriger wird es, den Überblick zu behalten und umso mehr muss kontrolliert werden. Das erschwert auch spätere Wartungsarbeiten und Modifizierungen.

Systemverkabelung beugt Fehler vor
Die in zwei Ausprägungen erhältliche Systemverkabelung Simatic Top Connect, die Siemens für die Steuerungsfamilien Simatic S7-300 und S7-400 anbietet, macht das Verdrahten einfacher und effizienter. Das höhere Einsparpotenzial realisiert der „vollmodulare Anschluss“, ein einfach zu handhabender, standardisierter Baukasten. Auch der „flexible Anschluss“ mit gebündelten, in Frontsteckern vormontierten, durchnummerierten Einzeladern hat im Vergleich zur üblichen Vorgehensweise immer deutliche Vorteile. Beide Ausprägungen reduzieren die Fehlermöglichkeiten, wie vertauschte Kontakte, wirken Kabelsalat entgegen und minimieren somit das zeit- und kostenintensive Kontrollieren der Verdrahtung.

Wenige Stecker statt vieler Einzelklemmen
Der vollmodulare Anschluss (Bild 1) setzt sich aus steuerungsspezifischen Frontsteckmodulen, vom Anwender oder montagefertig konfektionierten Verbindungsleitungen sowie Anschlussmodulen für unterschiedliche Aufgaben zusammen. Auf der Steuerungsseite vereinfachen robuste Frontsteckmodule den Anschluss. Es gibt Varianten für die Anbindung digitaler und analoger Signale, woran zwei oder vier Verbindungsleitungen mit jeweils acht Kanälen einschließlich Spannungsversorgung einfach und verpolungssicher über Stecker angeschlossen werden können. Das erspart aufwendiges, fehleranfälliges Auflegen von bis zu 40 Einzeladern pro Baugruppe und deren Überprüfung.

Anstelle der üblichen Reihenklemmen werden auf der Rangierebene (Hutschiene) kompakte Anschlussmodule montiert, die dank unterschiedlicher Funktionalität exakt an die jeweilige Aufgabe angepasst sind. Das Portfolio umfasst derzeit folgende Varianten:
• Basismodule zur direkten Verbindung einer IO-Baugruppe mit dem Feld, in Versionen für digitale und analoge Signale, für den Anschluss von einem bzw. drei Leitern bzw. Zwei-Leiter-Initiatoren bis 2 A, jeweils mit Schraub- oder Federzugklemmen,
• Signalmodule in oben genannten Versionen, jedoch mit zusätzlichen LED zur Anzeige digitaler Signalzustände und der Versorgungsspannung sowie
• Funktionsmodule in Varianten mit Relais zur Potenzialanpassung der Ausgangs- oder Eingangssignale. Es gibt Module für 24-V-Ausgabebaugruppen mit Schaltleistungen >24 V/0,5 A und Ausgängen mit 230 V/3 A sowie für 24-V-Ein-gabebaugruppen bei AC-230-V-Eingangssignal und Ausgängen mit 24 V. Zuletzt wurde die Reihe der Anschlussmodule um ein Optokopplermodul zum schnellen Steuern hoher Lasten von bis zu 4 A bei 24 V mit einer Schaltfrequenz bis 500 Hz erweitert. Dessen acht Kanäle sind überlast- und kurzschlussfest. LED visualisieren die Betriebszustände, wobei grünes Licht einen geschalteten Ausgang und rotes Drahtbruch oder Überlast signalisiert. Bei Fehlern an einem Ausgang spricht ein Summenfehlermeldekontakt an.

Alle Varianten haben zusätzliche Klemmen zum Durchschleifen der Versorgungsspannung. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich Aderöffnung und Befestigungsmechanismus auf einer Ebene befinden, sodass Schraubendreher und Adern aus einer Richtung angesetzt werden können. Das vereinfacht das Arbeiten bei eingeschränkter Sicht auf die Module, insbesondere im unteren Bereich von Schaltschränken.

Schnell installiert und projektiert
Störungsfreien Signalfluss zwischen SPS (Frontsteckern) und Anschlussmodulen gewährleisten im Idealfall anschlussfertig (in verschiedenen Längen) vorkonfektionierte und geprüfte Verbindungsleitungen (16-polige Rundleitungen) mit beidseitig angepressten IDC-Steckern. Alternativ hat der Anwender die Möglichkeit, individuelle Längen aus Meterware (16- oder 2 × 16-polige Flachrundleitung) selbst zu konfektionieren und mit Steckern zu versehen. Mit beiden Ausführungen reduziert sich das Verdrahten auf wenige Handgriffe, die das Verpolen und zugleich zwei von drei potenziellen Fehlermöglichkeiten ausschließen (das Verdrahten an der Baugruppe und auf der Reihenklemme). So bleiben auch komplexe Installationen überschaubar und sind in kürzerer Zeit zu prüfen. Das zahlt sich ebenso bei der Wartung im laufenden Betrieb und bei Erweiterungen aus, weil es die Verfügbarkeit der Maschine hoch hält. Beide Varianten sind auch mit Kupfergeflechtschirm für störungssichere Anbindung analoger Signale lieferbar.

Mit gebündelten, durchnummerierten Einzeladern vorkonfektionierte Frontstecker ermöglichen einen flexiblen direkten Anschluss (Bild 2). Damit ist nur noch die Gegenseite zu verdrahten, was wertvolle Zeit spart. Mit einem Querschnitt von 0,5 mm ² sind die einfach austauschbaren Adern auch für größere Ströme geeignet.
Die Komponenten für Simatic Top Connect sind in das Online-Bestellwesen über das Simatic Selection Tool integriert (Bild 3). Das macht auch die Projektierung und den Einkauf noch effizienter: Nach Auswahl der gewünschten Ein-/Ausgabebaugruppe werden nun auch alle dafür verfügbaren (und nur die technisch möglichen/sinnvollen) Top-Connect-Produkte angezeigt. Die Bestellung erfolgt per Mausklick.

Effizientere Verdrahtung rechnet sich
Die Schaltschrankverdrahtung mit dem vollmodularen Anschluss spart Zeit und Kosten. Bei der Verdrahtung einer typischen Anwendung mit einer Simatic S7-300 und sechs 16-kanaligen Baugruppen an der Peripherieschnittstelle kann die Verdrahtung in etwa einer halben Stunde fertig sein. In herkömmlicher Einzelverdrahtung benötigt man etwa zweieinhalb Stunden. In diesem Beispiel ergeben sich Kosteneinsparungen von etwa 20 %.
Unberücksichtigt ist dabei, dass die Verdrahtung nicht mehr zwingend eine Fachkraft ausführen muss, die somit wichtigere Aufgaben erledigen kann. Nicht zu unterschätzen ist zudem die Außenwirkung eines sauberen, systemverkabelten Schaltschranks, die bei identischer Funktionalität zweier Anlagen zum kaufentscheidenden Argument werden kann. Auch die Qualität der Verdrahtung lässt Rückschlüsse auf die der Gesamtanlage zu.