M12 Sensorleitung

M12 Sensorleitung - Einleitung

Sind Signale von einem Sensor an das übergeordnete Element des Netzwerkes, wie einem IO-Modul oder einer Steuerung (SPS), zu übertragen, kommt die M12 Sensorleitung zum Einsatz. Auch für die Übertragung von Signalen von der Steuerung an Aktoren, wie Hydraulikzylinder oder Robotergreifer, wird die M12 Sensorleitung verwendet.

Komplexe Maschinen und Anlagen erfordern für das sichere Funktionieren, den Arbeitsschutz, den störungsfreien Ablauf der Prozesse und eine hohe Produktqualität immer mehr Informationen, die von Sensoren erfasst und an die Steuerung übertragen werden. Aus diesem Trend ergibt sich eine Fülle von Anforderungen, denen die M12 Sensorleitung genügen muss.

Je nach Aufgabenstellung und Sensortyp kommen unterschiedliche Signalarten zum Einsatz. Der klassische Analogsensor erzeugt ein analoges Stromsignal oder ein analoges Spannungssignal am M12 Sensorstecker. In der Praxis haben sich einige genormte Wertebereiche für das analoge Signal durchgesetzt, wie das Stromsignal 4 mA bis 20 mA nach DIN IEC 60381-1 und das Spannungssignal 1 V bis 5 V nach DIN IEC 60381-2. Weiter verbreitet sind Sensoren, die ein digitales Ausgangssignal abgeben. Es ist weniger störanfällig. Viele digitale Sensoren mit M12 Sensorstecker sind für den Anschluss an Bussysteme ausgelegt, die die Verkabelung mit der M12 Sensorleitung weiter vereinfachen. Hochwertige Sensoren sind direkt im Industrial Ethernet einzubinden. Die M12 Sensorleitung mit X-Kodierung überträgt die hohen Datenraten.

Sensoren, Aktoren und die M12 Sensorleitung

Sensoren und Aktoren mit M12 Sensorstecker sind aus modernen Maschinen und Anlagen nicht mehr wegzudenken. Sie beobachten und messen eine Vielzahl physikalischer Größen und Phänomene und übertragen die Daten per M12 Sensorleitung analog oder digital aufbereitet an die übergeordnete Steuerung. Die Signale mehrerer Sensoren können mit einem IO-Modul zusammengefasst und über eine vieladrige Stammleitung an die Steuerung weitergeleitet werden. Die Anzahl der Sensoren ist durch die Polzahl der M12 Sensorleitung begrenzt. Es sind M12 Sensorleitungen mit bis zu 12 Adern verfügbar.

Abbildung M12 Sensorleitung mit freiem Leitungsende, Steckbild, A-kodiert

Beispiele für physikalische Größen, die von Sensoren in industriellen Anwendungen gemessen werden, sind:

• Druck
• Temperatur
• Abstand
• Kontur
• Längenänderung, Dehnung
• Kraft
• Feuchtigkeit
• Lichtstärke

Abhängig von Aufbau und Funktionsprinzip des Sensors werden die Messwerte in Signale unterschiedlichen Typs (analog, digital, Ethernet) am Ausgang mit M12 Sensorstecker umgesetzt. Polzahl, Kodierung und Leitungsaufbau der M12 Sensorleitung sind nach den Anforderungen des Netzwerkes, das für die Übertragung der Signale an die Steuerung verwendet wird, auszuwählen.

M12 Sensorleitung in den Anwendungen

Sensoren verleihen Maschinen und Anlagen die Fähigkeit, zu "sehen" und zu "fühlen", ob ein Produktionsprozess und das dabei entstehende Produkt in Ordnung ist. Ist dies nicht der Fall, kann dem Bediener ein Signal zum Eingreifen gegeben werden, etwa durch eine Warnleuchte oder einen Alarmton. Greift der Bediener nicht oder nicht rechtzeitig ein, kann die Steuerung die Maschine nach einer vordefinierten Zeit abschalten, um Verletzungen, Schäden und Zerstörung zu verhindern.

Analoge, digitale Sensoren werden im Werkzeugmaschinenbau, im Sondermaschinenbau und vielen anderen Bereichen eingesetzt, um Prozessgrößen zu messen und den Arbeitsablauf zu steuern. Die M12 Sensorleitung muss in diesen Anwendungen einem breiten Spektrum von Anforderungen genügen. Schnelle, häufig wiederholte Bewegungen von Maschinenkomponenten, Schneidmittel, Chemikalien, Späne und hohe Temperaturen bilden eine Umgebung, in der der Einsatz einer belastbaren M12 Sensorleitung Kostenvorteile bringen kann. Weitere Anwendungen der M12 Sensorleitung sind der Anschluss von Sensoren an Greifern in der Robotik und die Signalübertragung von Kraftmesssystemen und Abstandssensoren. Die Datenanbindung und Stromversorgung für hochauflösende, industrielle Kamerasysteme und intelligente Sensoren mit Anschluss an Industrial Ethernet sind typische Anwendungen der M12 Sensorleitung in Industrie 4.0.

M12 Sensorleitung als Stammleitung

Sind gleichzeitig die Signale vieler Sensoren zu übertragen, kann eine hochpolige M12 Sensorleitung als Stammleitung für den Anschluss eines IO-Moduls an die Steuerung eingesetzt werden.

Abbildung M12 Sensorkabel Stecker gerade auf Buchse gewinkelt

Statt einer vieladrigen Stammleitung kann auch ein Bussystem, wie PROFIBUS, eingesetzt werden, um die Signale digitaler, Bus-tauglicher Sensoren mit einer kostengünstigeren, leichteren M12 Sensorleitung vom IO-Modul im Feld an die Steuerung im Schaltschrank weiterzuleiten.

Abbildung M12 Sensorleitung, geschirmt, B-kodiert

Die B-kodierte M12 Sensorleitung kann zusammen mit einem Cube67+ Busknoten von Murrelektronik eingesetzt werden, um Sensoren über PROFIBUS an die Steuerung anzuschließen.

Abbildung Cube67+ Busknoten

Der Anschluss der Sensoren und Aktoren an den Cube67+ Busknoten erfolgt mit einer 6-poligen, A-kodierten M12 Sensorleitung.

In der F&B-Ausführung ist das M12 Sensorkabel für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie ausgelegt. Hohe Schutzarten, wie IP65, IP68 und IP69K zeigen die Stabilität der Verbindung gegen die in der Lebensmittelindustrie üblichen Belastungen durch Reinigungsvorgänge. Fertig konfektionierte M12 Sensorkabel in passender Länge helfen, Anschlussfehler und Verpolungen auszuschließen, die zu kostspieligen Suchaktionen in der Verkabelung und im Schaltschrank führen können. Die Feld-seitige Installation des Busknotens Cube67 in der Nähe der Sensoren und Aktoren hilft, die M12 Sensorkabel kurzzuhalten und Kosten für Material und Montage zu reduzieren. B-kodierte M12 Sensorkabel mit bis zu 40 m Leitungslänge stehen für den Anschluss als Stammleitung zur Verfügung.

Aufbau der M12 Sensorleitung

Die M12 Sensorleitung hat an Seite 1 einen M12 Sensorstecker oder eine Buchse für dieses Rundsteckverbinder-Format. Für die Ausführung an Seite 2 gibt es mehrere Einsatz-fertig konfektionierte Varianten:

• Rundsteckverbinder M8
• Rundsteckverbinder M12
• Ventilsteckverbinder Bauform A
• Ventilsteckverbinder Bauform B
• Ventilsteckverbinder Bauform BI
• Ventilsteckverbinder Bauform C

Der Rundsteckverbinder M8 an Seite 2 erschließt den Übergang vom M12 Sensorstecker zu den kleiner bauenden M8-Steckverbindungen, die bei knappem Bauraum zu mehr Flexibilität verhelfen. Mit dem Rundsteckverbinder M12 an Seite 2 steht ein zugleich leistungsfähiger, zuverlässiger und verbreiteter Steckverbinder-Standard zur Verfügung, der von vielen Geräteherstellern unterstützt wird.

Die Bauformen der rechteckigen Ventilsteckverbinder unterscheiden sich in Dimensionen, Polzahl und Anordnung der Pole in der Kontaktfläche. Sie sind in EN175301-803 genormt und werden auch als Gerätesteckdose bezeichnet.

Abbildung M12 Sensorleitung, Y-Verteiler auf MSUD Ventilstecker, Bauform A, 18mm

Sind die räumlichen Verhältnisse so, dass eine Durchführung von einem M12 Sensorkabel mit einem Stecker an Seite 2 nicht möglich ist, wie bei einer schmalen Kabeldurchführung, kommt eine M12 Sensorleitung mit freiem Leitungsende zum Einsatz. Der gewünschte Stecker an Seite 2 kann bei der Montage vor Ort angebracht werden. Alternativ sind Steckverbinder für den Aufbau selbst konfektionierter M12 Sensorleitungen erhältlich, an denen die Kabel mit Schraubklemmen, Schneidklemmen- und Federzugklemmen-Technik befestigt werden.

Das Kabel der M12 Sensorleitung

Das Kabel der M12 Sensorleitung muss verschiedenen Anforderungen genügen. Eine fest verlegte M12 Sensorleitung kann mit engeren Radien geführt werden. Ist die M12 Sensorleitung in einer Schleppkette geführt, sind die maximal zulässigen Torsionszyklen und Biegezyklen wichtige Kriterien. Der Planer sollte bei der Auslegung des Netzwerkes berücksichtigen, dass der Preis für ein hochwertiges Produkt durch die längere Einsatzdauer und das geringere Ausfallrisiko gerechtfertigt sein kann. Die Kosten für den Stillstand einer Produktionseinheit, die auftreten, wenn eine defekte M12 Sensorleitung ausgetauscht werden muss, können ein Vielfaches des Preisunterschiedes zwischen einer Sensorleitung geringer Qualität und einem hochwertigen Produkt betragen.

Für die Beurteilung der Tauglichkeit einer M12 Sensorleitung sind neben der Polzahl, Merkmale wie das Material und die Farbe des Mantels und die Schirmung zu prüfen. Die Richtlinien zur Montage und Verlegung des verwendeten Netzwerkstandards, wie PROFIBUS, können Maßnahmen zur EMV-Sicherheit beinhalten. Schließlich ist zu prüfen, ob die für den Einsatzort und die Betriebsart der M12 Sensorleitung geltenden Zulassungen vorhanden sind.

M12 Sensorstecker und Anschlüsse

Rundsteckverbinder gehören zu den verbreiteten Verbindungstechnologien in der Industrie. Sie zeichnen sich durch eine einfache Montage, Kontaktsicherheit und Dichtigkeit im Feld aus.

Lebensmitteltauglichkeit

In der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung sind Sensoren zur Prozessüberwachung und Qualitätssicherung unerlässlich. Temperaturen, Drücke, Durchflussmengen und Pegelstände gehören zu den Standardmessgrößen, die mit Sensoren ermittelt werden. Der Einsatz in der Lebensmittelindustrie stellt besonders hohe Anforderungen an die M12 Sensorleitung. Kabel und Stecker müssen dem scharfen Strahl aus dem Hochdruckreiniger standhalten und Beständigkeit gegen aggressive Reinigungschemikalien aufweisen. M12 Sensorleitungen mit einer Verriegelung aus Edelstahl (V2A, V4A) erhöhen die Beständigkeit.

Kodierung der M12 Sensorleitung

Die Stecker und Buchsen der M12 Sensorleitung sind den Normen entsprechend kodiert. Mit der Kodierung wird die richtige Zuordnung der Pole in den Steckverbindungen mit M12 Sensorstecker sichergestellt. Folgende Kodierungen sind für die Übertragung von Sensorsignalen im Einsatz:

• A
• B
• C
• D
• X
• Y

Steckverbinder mit A-Kodierung sind in DIN EN 61076-2-101 standardisiert.

Abbildung M12 Sensorstecker, A-Kodierung, 4-polig

Leistungsfähige Sensoren, wie hochauflösende Industriekameras, erzeugen und übertragen große Datenmengen. Mit der X-Kodierung werden die hohen Datenraten (Gigabit) unterstützt, die für industrielle Bildverarbeitung typisch sind. Die Stromversorgung der Geräte kann per PoE (Power over Ethernet) über das M12 Sensorkabel realisiert werden.

Für die gleichzeitige Übertragung von Leistung und Daten ist ein M12 Sensorkabel mit Y-Kodierung geeignet.

Abbildung M12 Sensorkabel mit Y-Kodierung

PoE Power over Ethernet mit M12 Sensorleitung

Für Sensoren mit kleiner Leistungsaufnahme bietet sich die Stromversorgung über das Ethernet-Kabel an. Sie wird auch als Remote Powering bezeichnet und umfasst die Standards PoE, PoE+, UPoE und 4PPoE, die jeweils für bestimmte maximale Leistungsabgaben definiert sind. Die kleine Leistungsaufnahme ist wichtig, damit die Erwärmung der M12 Sensorleitung durch den Stromanschluss des Sensors nicht unzulässig hoch wird. Überlegungen und Kalkulationen dazu wurden in ISO/IEC TS 29125 AMD 1:2020-05 und in weiteren Normen und Richtlinien zusammengefasst (IEEE, Cenelec).

Seite 2 an der M12 Sensorleitung

Die M12 Sensorleitung ist in verschiedenen Ausführungsformen an Seite 2 erhältlich. Mit einem M12 Stecker an Seite 1 und einer M12 Buchse an Seite 2 kann die M12 Sensorleitung für viele Aufgaben in Netzwerken auf Basis der M12 Steckverbinder eingesetzt werden.

M12 Sensorleitung und funktionale Sicherheit

Die Anforderungen, denen Maschinen und Anlagen genügen müssen, um einen sicheren Betrieb zu ermöglichen, verändern sich im Laufe der Zeit. Höhere Leistungen, engere Bauräume und häufiges Umrüsten durch immer kleinere Stückzahlen lassen die Komplexität der Anforderungen steigen. Immer mehr Sensoren müssen die nötigen Daten an die Steuerung übermitteln. Der Wunsch nach möglichst effizienter Nutzung der Kommunikationswege wächst. Die gemeinsame Nutzung einer Verkabelung für die Übertragung von sicheren und nicht sicheren Daten ist daher ein vielversprechender Trend. Er stellt hohe Anforderungen an die M12 Sensorleitung.

M12 Sensorleitungen kennzeichnen

Im Schaltschrank und an der Maschine laufen viele Kabel dichtgedrängt zur Steuerung und zu Sensoren und Aktoren. Eine systematische Kennzeichnung unterstützt im Störungsfall und bei Wartungsarbeiten die Suche nach bestimmten Kabeln. Die rastbare Kabeltülle bietet die nötige Fläche für eine gut sichtbare Beschriftung der M12 Sensorleitung. Wichtig sind die leichte Anbringung durch Rastung und die Fixierung an der M12 Sensorleitung, um Verschieben und Verdrehen der Kabeltülle zu unterbinden.

Abbildung Kabeltülle rastbar auf M12 Sensorleitung

M12 Sensorleitungen montieren

Für die Betriebssicherheit und den störungsfreien Ablauf des Arbeitsprozesses ist die Übermittlung von Sensordaten an die Steuerung in vielen Fällen vorgesehen. Ein Ausfall der Verbindung zu einem Sensor kann schwerwiegende Folgen haben. Die Montage einer Sensorleitung unter Beachtung aller Herstellervorgaben ist eine wichtige Voraussetzung, um die einwandfreie Funktion der Datenverbindung und der Stromversorgung des Sensors sicherzustellen. Für die Montage von M12 Sensorleitungen ist Werkzeug verfügbar, dass die Herstellung fachgerechter Verbindungen vereinfacht.

Stromversorgung über die M12 Sensorleitung

Viele Sensoren benötigen eine Stromversorgung. Verbreitet ist der Anschluss an die 24V-Stromversorgung. Um den Verkabelungsaufwand zu mindern, bietet sich die gemeinsame Nutzung der M12 Sensorleitung für den Transport von Signalen und Energie an.