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Bussystem, Ethernet, Profibus, Modbus, RFID, Internet of things, Industrie 4.0

pepperl02161Fachartikel

Hannover Messe Halle 9, Stand D76

Das K-System war vor 25 Jahren das erste Tragschienen-orientierte Interfacesystem von Pepperl+Fuchs und ist seitdem weitgehend unverändert auf dem Markt. Viele Quasi-Industriestandards haben ihren Ursprung im K-System. Heute bietet das K-System mit etwa 200 Trennbarrieren und rund 150 Signaltrennern für alle Signale und Anwendungen das größte Produktportfolio vergleichbarer Systeme. Der Beitrag beschreibt die Entwicklungsgeschichte.



Ein Vierteljahrhundert nach der Markteinführung des K-System von Pepperl+Fuchs sind heute viele Features Branchenstandards. In den 1970er Jahren waren in der Elektrotechnik die Europakarten etabliert. Dabei handelt es sich um bestückte Leiterplatten, die in einen Baugruppenträger gesteckt werden und mit Hilfe einer Kontaktleiste über Busverbindungen Signale mit anderen Einheiten austauschen. Beim K-System dagegen werden die Trennbausteine auf das sogenannte Power Rail gesteckt, einem 35 mm-Tragschienenprofil mit Einlegeteil mit goldbeschichteten Stromschienen. Über das Power Rail werden die Module versorgt und eine Sammelfehlermeldung ermöglicht. Im Vergleich zu den Europakarten spart das K-System etwa 80 % der Installationskosten. Hinzu kommen Einsparungen durch höhere Packungsdichte.        

Die Idee: Module zum Aufstecken


pepperl02162Leichte Austauschbarkeit, genormte Größen sowie Herstellerunabhängigkeit - aufgrund dieser Eigenschaften waren Europakarten über viele Jahre in der Automatisierungstechnik weit verbreitet. Die Größen dieser Karten sind in der DIN 41494 oder IEC 60297 festgelegt, das meistverbreitete Format ist 100 mm × 160 mm und ist auf die Zahl und Größe der in den 70er und 80er Jahren genutzten Bauteile ausgelegt. Mit zunehmender Miniaturisierung der Elektronik wurde aber der Platz einer Europakarte nicht unbedingt immer benötigt.

So begannen Ende der 80 Jahre die Interface-Entwicklerteams des Automatisierers mit der Entwicklung einer Lösung, die nicht nur diesem Trend gerecht wurde, sondern auch andere Nachteile des Europakarten-Systems vermied. Die Idee: Module zum Aufstecken auf eine kostengünstige DIN-Schiene, die über einen Einsatz die Module versorgt und Fehlermeldungen der Module sammeln kann. Ein 19-Zoll-Rack ist dann nicht mehr erforderlich. Zudem entfällt die aufwändige Verdrahtung der Kartenstecker, beispielsweise die Verlötung oder das Führen auf Schraubklemmen. Weiterer Vorteil eines Tragschienen-orientierten Systems ist die einfachere Wartbarkeit: Während bei den Europakarten Indikator-LEDs und Verdrahtung zwangsläufig räumlich so ungünstig angeordnet sind, dass in der Regel zwei Personen zur Fehlerbehebung benötigt werden, lassen sich beim K-System Anzeigen und Verdrahtung mit einer Person beobachten und bedienen.

Anfang der neunziger Jahre kam das K-System als erstes Tragschienen-orientiertes Interfacesystem auf den Markt. Die Herausforderung dabei bestand für die Entwickler nicht nur darin, Komponenten zu entwickeln, die zum damaligen Zeitpunkt ohne Vorbild waren. Es war zudem notwendig, ein komplettes System zu entwickeln, das alle Signalarten und Gerätefunktionen mit allen wichtigen Ex-Zulassungen umfasst und verbreiteten Anforderungen wie landestypischen Versorgungsspannungen gerecht wird.

K-System heute


pepperl02163Zum K-System in seiner heutigen Form gehören Trennbausteine, das Power Rail, die Einspeisung sowie Zubehör zur Inbetriebnahme und Installation. Das Power Rail besteht aus einem 35 mm-Tragschienenprofil mit Einlegeteil mit goldbeschichteten Stromschienen. Über diese Stromschienen erfolgt die Energieversorgung aller auf der Tragschiene montierten Module durch die Einspeisebausteine, zudem wird eine Sammelfehlermeldung ermöglicht.

Der Aufbau mit einer DIN-Schiene vermeidet eine Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung für die Versorgung, reduziert so den Verdrahtungsaufwand und ermöglicht eine redundante Spannungsversorgung. Es gewährleistet zudem eine kosteneffektive Montage der Module, sie werden unkompliziert per Schnappverschluss auf dem Power Rail befestigt; das System ist problemlos erweiterbar.

Über die Einspeisebausteine wird die Versorgungsspannung auf das Power Rail eingekoppelt. Ein vom Interfacebaustein erkannter Leitungsfehler wird über den potentialfreien Kontakt des Einspeisebausteins ausgegeben. Das Portfolio der Interfacemodule in seinem heutigen Umfang ist für ein breites Spektrum von Anwendungen ausgelegt: Für den Einsatz in gemischten Anwendungen kommen Trennbarrieren für den explosionsgefährdeten Bereich und Signaltrenner für den sicheren Bereich in Frage. Für alle Signalarten mit vielen Gerätefunktionen gibt es derzeit etwa 200 Trennbarrieren und rund 150 Signaltrenner. Das stellt das größtes Produktportfolio seiner Art dar. Bauformen mit 12,5 mm Breite für kompakte Single Loop Integrität und 20/40 mm Breite für höchste Packungsdichte und Funktionalität sowie Klemmen jeweils abziehbar Schraub- und Federklemmen (bei breiten Modulen als Nachrüstpack) vervollständigen das Angebot ebenso wie Module für Versorgungsspannungen von 24 VDC, für Netzspannungen von 100 VAC (Japan), 115 VAC (USA), 230 VAC (Europa) oder mit Weitbereichsversorgung (DC: 20 V ... 90 V; AC: 48 V ... 253 V).

Alle Module sind horizontal und vertikal ohne Herabsetzung der Betriebswerte oder Abstand zwischen den Geräten montierbar und erhöhen die Verfügbarkeit des Gesamtsystems. Multifunktionale Geräte haben Drucktasten und Anzeigen für das Parametrieren sowie Software (FDT-DTM) für ein schnelles Parametrieren über PC. Interne Diagnosefunktionen mit Fehler-, Strom- und Eingangssignalstatus mit LEDs für jedes Gerät sowie Hart-Signaltransparenz für einfachen Zugriff auf Feldgeräte und abziehbare Klemmenblöcke mit Prüfbuchsen vereinfachen die Wartung der Interfaceebene.

Das K-System umfasst darüber hinaus Tools zur Installation unter besonders schwierigen Umgebungsbedingungen sowie zur Inbetriebnahme und für Prüfzwecke. Das sogenannte K-Duct ist ein metallischer Kabelkanal zur Montage auf DIN-Schienen. Die Verdrahtung für Feld- und Steuersignale erfolgt hier unterhalb der installierten Module, getrennt durch ein integriertes Trennelement, das eine räumlich Trennung von Feld- und Steuerungsverkabelung gewährleistet. Dies spart Platz im Schaltschrank, da Module so von vorne gesehen hintereinander angebracht sind. Klemmen mit Prüfbuchsen oder mit interner Klemmstellenkompensation erlauben die Anpassung jeder beliebigen Installation nach individuellen Anforderungen. Zudem ist ein aufsteckbarer Überspannungsschutz für das K-System verfügbar.

Wegbereiter für das Termination Board basierte H-System


Eine Reihe von Quasi-Industriestandards heutiger Interface-Systeme haben ihren Ursprung im K-System. Dazu zählt vor allem die Philosophie Tragschienen-basierter Modulmontage und -versorgung sowie Sammelfehlermeldung. Die durchgängig frontseitigen Bedienelemente und Status LED’s pro Kanal sowie leistungsreduzierte elektronische Schaltungen mit geringer Erwärmung sind ebenso heute weit verbreitete Merkmale. Ein aufsteckbarer Überspannungsschutz gibt es bis heute ausschließlich im K-System. Auch auf Modulebene wurden im Laufe der Zeit mit dem K-System Meilensteine gesetzt. Standard Trennverstärker in nur 20 mm Baubreite, 1- und 2-kanalig, 40 mm für komplexere Geräte waren genauso erstmals im K-System zu finden wie 20 mm schmale Geräte mit abziehbaren Klemmen und die ersten Interfacemodule mit 12,5 mm Baubreite mit bis heute höchster Single-Loop-Integrität. Last but not least: Das K-System mit der ersten Systemverkabelung über Termination Boards war auch der Beginn einer anderen Produktfamilie, dem Termination Board basierten H-System – dies ist speziell für den Großanlagenbau konzipiert.
developmentscout TV – Interview       weiterer Beitrag des Herstellers          Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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