Wenn im Rahmen von Industrie 4.0 künftig Maschinen und Anlagen flexibel vernetzt werden sollen, muss die heutige Form des Schaltschrankbaus mit der klassischen Hutschiene einem einfach zu installierenden, kostengünstigen Konzept für die Infrastruktur weichen: der Vision des smarten T-Stücks.

Im Zuge der Integrated Industry entstehen immer mehr Smart Factories. Kennzeichnend für diese ist ein modularisierter Aufbau, mit dem Maschinen und Anlagen flexibel im Produktionsprozess kombiniert werden können. Voraussetzung dafür ist eine leistungsfähige Infrastruktur, welche die Automatisierungsmodule mit Daten, Signalen und Energie versorgt, wesentliche Managementfunktionen aufnimmt und so einen einfachen und vor allem hoch verfügbaren Betrieb bei maximaler Flexibilität und minimalem Aufwand ermöglicht.

Smart Factory KL
Für die Smart Factory KL, Kompetenzzentrum und herstellerunabhängige Demonstrations- und Forschungsplattform für innovative Fabriksysteme, spezifizierte ein Arbeitskreis aus Automatisierungs- und Netzwerk-Anbietern die wesentlichen Funktionen einer solchen Infrastruktur. Auf dieser Basis zeigte HARTING bereits 2014 eine leistungsfähige Infrastrukturbox, die mit hochperformanten Industriegeräten vollgesteckt war. Allerdings waren diese „Schaltschränke“ mit einem Gewicht von bis zu 30 kg und einem Volumen von 0,250 m3 noch zu unhandlich, um den Ansatz eines smarten und universellen T-Stücks für Maschinen und Anlagen der Smart Factories zu erfüllen. Die funktionale Nutzbarkeit wurde jedoch mit dem Schaltschrankaufbau bewiesen. Die Miniaturisierung der Schaltschränke ist jedoch die entscheidende Voraussetzung dafür, die Installations- und Kostenanforderungen der Anwender erfüllen zu können.

Einheitliche Infrastruktur
Die Smart Factory KL hat sich zur Aufgabe gemacht, für den Betrieb der SmartFactoryKL Anlage eine Infrastruktur mit einheitlichen Steckverbindern und standardisierten Hard- und Software-Schnittstellen zu spezifizieren.
Der Anlagen- oder Maschinen-Aufbau mit einer Infrastruktur verändert dabei auch die Anforderungen an die eingesetzten Industriesteckverbinder. So geht man innerhalb des Lebenszyklus aufgrund der hohen Flexibilität und der damit einhergehenden Um-Konfiguration von deutlich höheren Steckzyklen bis zu 10.000 aus. Daher ist die Verwendung von Harting HMC Steckverbindern, die speziell für diese Art von Anwendung entwickelt wurden, ein Schritt in Richtung der Industrie 4.0 – und zwar auf der Ebene von Installations-Komponenten, welche vielfach gar nicht im Kontext Industrie 4.0 betrachtet werden. In der Infrastrukturbox werden schon in der zweiten Generation HMC Han-Modular Steckverbinder eingesetzt.

Vier Bausteine - universell einsetzbar
Das technische Konzept für die Hard- und Software-Schnittstellen der Infrastrukturbox beinhaltet vier Bausteine.
Zunächst ein Schaltmodul mit galvanischer Trennung, elektronischer Sicherung und einer Messeinheit. Hinzu kommt ein Controller mit Web-Interface, OPC UA-Server sowie SQL-Server. Weitere Bestandteile sind ein 1 Gbit-Managed-Switch und die 24 V-Versorgung mit 10 A-Schaltnetzteil.
Die standardisierten Schnittstellen und Funktionen, wie der intelligente Informationsaustausch über OPC UA sowie integrierte Schalt- Warn-und Schutzfunktionen, sorgen dafür, dass die Infrastrukturbox universell eingesetzt werden kann. Insbesondere der Min.-/ Max.-Wächter ermöglicht durch die Überwachung von entweder Spannung, Strom oder Leistung die Zustandsüberwachung, beispielsweise, indem er Abweichungen elektrischer Werte, die zu Ausfällen führen können, frühzeitig erkennt. Eine weitere Funktion ist das Webinterface, über welches die Ausgänge ein- und ausgeschaltet und die Daten des OPC UA Servers abgerufen werden. Damit ist sowohl die Administration über das Netzwerk, als auch vor-Ort möglich.

85 % weniger Volumen
2015 stellte HARTING als Technologiestudie eine smarte Infrastrukturbox vor, deren Volumen gegenüber dem Vorgänger um 85 % reduziert wurde. Sie kommt damit der Vision vom smarten T-Stück sehr nahe und ist mit leistungsfähiger Hardware sowie mit verschiedenen Softwarebausteinen ausgerüstet.
Um den vielfältigen Anforderungen aus unterschiedlichen Applikations- und Leistungsbereichen entsprechen zu können, ist eine modulare Bauweise, gepaart mit einer technischen und baulichen Skalierbarkeit, erforderlich.
Die Skalierbarkeit der Infrastrukturbox umfasst die wesentlichen technischen Leistungsdaten wie Stromtragfähigkeit, Spannung, Art und Leistung des Switches, mit oder ohne Leistungsmessung.
Mit der neuen, kompakten Bauweise und den aktualisierten Funktionen können jetzt die Anforderungen einer Smart Factory an die weiterführende Modularisierung von Fertigungszellen erfüllt werden.

Funktionalität für die Smart Factory
Maschinen oder Anlagen werden standardisiert über Han-Modular Steckverbinder an die Infrastrukturbox angeschlossen. Energiedaten werden gemessen und über eine OPC UA-Server-Schnittstelle weitergeleitet. Die Ausgänge der Infrastrukturbox und damit der Anschluss von Fertigungsmodulen werden geschaltet und sicher getrennt. Die elektronische Sicherung kann frei parametriert werden, und die Kommunikation wird über einen Managed-Switch mit Gigabit Ethernet-Datenübertragungsrate aufgebaut. Über das Webinterface lässt sich die Infrastrukturbox konfigurieren, und über eine intuitive Benutzeroberfläche wird die Infrastruktur einschließlich sämtlicher angeschlossenen Maschinen-Module einfach in Betrieb genommen (nach dem Plug-and-Produce-Prinzip) und überwacht. Dadurch ermöglicht die Harting Infrastruktur den Einsatz entsprechend der SmartFactoryKL-Anforderungen nach Flexibilität und hoher Verfügbarkeit. Module unterschiedlicher Hersteller lassen sich einfach und sicher mit den Infrastrukturboxen verbinden.