Schaltschrank-Verdrahtung Verbindungssystem auf Geräte-Ebene

Man stelle sich eine Schaltschrank-Verdrahtungsmethode vor, bei der alle wesentlichen Komponenten und Schaltgeräte direkt miteinander verbunden werden. Dadurch würde der Großteil der Verkabelung entfallen. Dieses Konzept ist kein Wunschdenken, sondern bereits realisiert.

In einem modernen Schaltschrank finden sich in der Regel Steuerungskomponenten wie eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder ein Steuerrelais in Kombination mit Motorstartern, Frequenzumrichtern, Softstartern, Befehls- und Meldegeräten sowie Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) in Form von Displays oder Touchpanels. Die Verbindung all dieser Komponenten erfolgt zum Großteil heute noch über eine Steuerverdrahtung, die hinsichtlich Material und Installation aufwändig ist.

Die Installation, die mit einem Ablängen von Drähten, Crimpen von Ader­endhülsen und Anbringen von Kabelmarkierungen an beiden Enden einhergeht, ist jedoch sehr arbeitsaufwändig und fehleranfällig. Darüber hinaus erfordern die notwendigen E/A-Module und installierten Kabelkanäle, durch die sämtliche Steuerkabel verlegt werden, einiges an Raum im Schaltschrank. Dies ist oft die Ursache dafür, dass sich Schaltschränke nicht kleiner dimensionieren lassen. Endkunden verlangen jedoch vermehrt nach Maschinen mit kompakteren Abmessungen.

Ansätze zur Kostensenkung

Mit den ständig wachsenden ökonomischen Herausforderungen und dem globalen Wettbewerbsdruck geht es für den Maschinenbauer mehr denn je darum, Möglichkeiten zu finden, Fertigungszeiten zu verkürzen, die Effizienz in der Produktion zu maximieren und Kosten zu senken. Mit Blick auf die oben genannten Aspekte ist es ratsam, die konventionelle Verdrahtung näher unter die Lupe zu nehmen. Da sich bei den Materialkosten kaum Einsparungen erzielen lassen, ist es sinnvoll, den Aufwand für Projektierung, Montage und Prüfung des Schaltschrankes zu reduzieren. Die Projektierungszeit lässt sich beispielsweise verringern, indem Schaltschrank-Layouts standardisiert und Befehls- und Meldegeräte durch einen Touchscreen ersetzt werden. Verdrahtungszeit lässt sich durch den Wechsel der häufig noch zum Einsatz kommenden Schraubklemmen auf schraubenlose Federzugklemmen reduzieren.

Die Montagezeit kann der Maschinenbauer mit Hilfe eines Kabelbaums verkürzen, der nicht nur eine schnellere Verdrahtung erlaubt, sondern auch eine geringere Fehlerwahrscheinlichkeit mit sich bringt. Die Automatisierung wiederkehrender Aufgaben wie das Abisolieren und Markieren spart Zeit und kann sich ebenfalls vorteilhaft auf eine gleichbleibende Qualität und ein durchgängiges Erscheinungsbild auswirken. Beide Ansätze sind für Maschinenbauer attraktiv, die eine Maschinenserie mit standardisierten Schaltschränken anbieten.

Durch die Einführung standardisierter Prozesse für die Elektroinstallateure ist es ebenfalls möglich, den Zeitaufwand für Prüfung und Fehlerbehebung zu verringern. Dies kann beispielsweise durch den Gebrauch eines Verdrahtungsplans anstelle eines Schaltplans erreicht werden. Die Prüfung der Verdrahtung über Einzeladerprüfung ist äußerst aufwändig und langwierig. Funktionstests erfordern zwar weniger Zeit; werden hierbei jedoch Fehler festgestellt, kann es lange dauern, bis der Fehler gefunden und behoben wird.

Die Herausforderungen herkömmlicher Verdrahtung

Für das Verbinden unterschiedlicher Geräte – zum Beispiel E/A-Module der SPS mit Schützen, Befehls- und Meldegeräten, Sensoren oder anderen Feldgeräten – ist selbst bei einem relativ einfachen Steuerpult in der Regel ein Verdrahtungsplan oder -diagramm erforderlich. Die Erstellung solcher Pläne nimmt wertvolle Projektierungszeit in Anspruch, steigert dafür jedoch die Produktivität, sobald mehr als eine Anlage dieses Typs gebaut wird.

Doch selbst mit einem detaillierten Plan muss der Installateur in der Regel immer noch die individuellen Kabel markieren, um den Überblick zu behalten. Diese Vorgehensweise ist äußerst mühselig und zeitraubend, aber dennoch unabdingbar, um Problemen in der Funktionstestphase vorzubeugen. Wird die Verdrahtung gebündelt, wie bei in der Tür installierten Befehls- und Meldegeräten, erfordert ein fachgerechtes Verlegen zusätzliche Zeit. Denn hier geht es darum, das Öffnen bzw. Schließen der Tür nicht zu behindern und gleichzeitig Beschädigungen der Kabel zu vermeiden.

Nicht selten kommt es vor, dass, sobald der Schaltschrank verkabelt ist, doch noch Last-Minute-Änderungen umzusetzen sind, wenn der Endkunde zum Beispiel zusätzliche Funktionen wünscht, was die Installation zusätzlicher Komponenten notwendig macht. Solche Änderungen müssen in der Regel eingearbeitet werden, bevor die Schaltschränke das Werk des Maschinenbauers verlassen. Steht der Schaltschrank dann beim Endkunden, kommen gegebenenfalls weitere Herausforderungen auf den Lieferanten zu: Techniker nehmen nachträglich notwendig gewordene Änderungen am Steuerprogramm vor oder installieren weitere Schaltgeräte, die eventuell zusätzliche E/A-Module benötigen. Dies erfordert wiederum mehr Platz im Schaltschrank und geht mit Verdrahtungsaufwand einher.