BEKABELING ONDERGAAT METAMORFOSE, ZORG DAT U MEE BENT!

EISEN AAN CYCLUSTIJDEN EN VEILIGHEID SPREKEN IN HET VOORDEEL VAN VASTE BEKABELING

 

Elektrische bekabeling is altijd al een constante factor geweest in de installatiebranche. Er zijn weliswaar mooie technische evoluties geweest in kwaliteit en diversiteit, terwijl ook de normering niet stilstond, met als voorbeelden de IEC 61439 en de meer recente CPR. Maar de basis bleef altijd dezelfde: punt A verbinden met punt B. Toch staan we aan de vooravond van enkele ingrijpende evoluties, die ook op de bekabeling een belangrijke weerslag zullen hebben.

 

DIGITALISERING VEREIST CONNECTIVITEIT

Industrie 4.0

Digitalisering verandert de wereld in een verbluffend snel tempo. In de industrie is die (r)evolutie al een aantal jaar aan de gang, onder de algemeen aanvaarde noemer Industrie 4.0. Dat heeft, naast de maatschappelijke gevolgen, ook ingrijpende gevolgen op de installaties. Een volledige duiding van de achtergrond van Industrie 4.0 zou ons in het kader van dit artikel wat te ver leiden, maar het komt neer op het volgende: onder invloed van digitalisering kan men een snelle, wendbare en efficiënte productieruimte creëren waarin de diverse actoren (motoren, sensoren, PLC’s, robots, operatoren …) met elkaar in real time communiceren. Zo kan er niet enkel zeer snel ingespeeld worden op vragen van klanten, het opent ook de mogelijkheid om zeer gerichte, bijna unieke stukken te fabriceren in het tempo van serieproductie. Er zijn evenwel nogal wat randvoorwaarden verbonden aan dit concept. Het verwerken van grote hoeveelheden data uit de machines is de grootste uitdaging. Die data moeten eerst gecapteerd en vervolgens ook gecommuniceerd worden met het bovenliggende besturingssysteem. Net dat maakt ook voor industriële elektriciens een merkelijk verschil: ook vroeger bestonden er uiteraard al sensoren, maar de (data)verbinding ervan met andere actoren in de installatie is relatief nieuw.

Wijze van communiceren is ingrijpend veranderd

Om een eenvoudig voorbeeld te schetsen, bekijken we de evolutie van een temperatuursensor die de interne temperatuur meet van een motor die een industriële verfmenginstallatie aandrijft. Door de jaren heen is de techniek zelf weinig veranderd, maar de wijze van communicatie is wel onderhevig geweest aan ingrijpende veranderingen.

Vijftien jaar geleden werd de meetwaarde van die sensor ter plaatse viermaal daags op het display afgelezen en geïnterpreteerd door de operator.

Tien jaar geleden werd de sensor verbonden met het besturingssysteem. Nu kon de operator of de productiemanager de meetwaarde aflezen op zijn scherm, via de interface van het besturingssysteem op zijn computer.

Vijf jaar geleden begon men ook alarmwaardes in te stellen, zodat de operator een melding kreeg van mogelijke problemen. Dat kon op zijn pc, maar ondertussen evengoed op zijn smartphone. Als de temperatuur te hoog werd, kon hij nu preventief ingrijpen, zelfs zonder ter plaatse te gaan.

Vandaag worden de bouwstenen gelegd voor een verdere optimalisering van dezelfde sensor, door hem rechtstreeks te laten communiceren met de andere componenten van de installatie. Bij een te hoge temperatuur wordt de melding niet enkel doorgegeven aan de operator via het besturingssysteem, maar ook aan de andere delen van de installatie. Die kunnen daar zelfstandig op reageren. De mengaandrijving zelf beslist meteen om wat trager te gaan draaien om de motor minder te belasten. De klep van de koelvloeistof beslist autonoom om wat meer koeling door te laten. De afvulinstallatie verderop weet dat ze de komende minuten minder werk zal krijgen, en valt terug op stand-by. Zo wordt één melding aangegrepen om automatisch én zonder menselijk ingrijpen de volledige productieketting te optimaliseren.

Door de jaren heen is de techniek zelf weinig veranderd, maar de wijze van communicatie is wel onderhevig geweest aan ingrijpende veranderingen

Bekabeling moet mee

Het hoeft geen betoog dat deze manier van werken een grote invloed heeft op de bekabeling. Waar vroeger enkel de voeding voorzien moest worden, zien we nu standaard bij alle componenten ook aansluitingen voor ethernet en andere industriële protocollen verschijnen. Databekabeling, traditioneel ingezet voor het verkeer tussen pc’s, routers, printers en datacenter, wordt dus nog veel meer dan vroeger uitgebreid naar de werkvloer.

GEBREK AAN STANDAARDISERING

Zowel op het gebied van busprotocollen als op dat van de connectoren zijn er heel wat oplossingen voorhanden, helaas zijn die vaak weinig compatibel met elkaar. De bussystemen bijvoorbeeld werden meestal ontwikkeld door een of enkele fabrikanten om hun eigen componenten te laten communiceren met elkaar, maar helaas is zo de interoperabiliteit met andere systemen meestal nihil. Enkele voorbeelden van protocollen zijn Profibus, Sercos, Interbus, Canopen, Devicenet en Modbus. Vandaag zien we stilaan een shift – de evolutie van het IoT indachtig – naar ethernet als backbone. Dat uit zich in aangepaste protocollen zoals ethernet/IP, EtherCAT en ProfiNet. Vandaag zijn er ook oplossingen voorhanden om bijvoorbeeld sensoren van aanbieder A – die werkt met een eigen protocol – toch te laten communiceren met het protocol van aanbieder B. Deze multiprotocolhubs detecteren automatisch het gehanteerde protocol en zorgen zo voor de integratie van diverse protocollen. Let wel dat deze toestellen veelal beperkt zijn tot enkele protocollen, álle protocollen met elkaar verzoenen zal er nog niet mee lukken.

 

DATACONNECTOREN

Ook bij de dataconnectoren zijn er vandaag meerdere connectortypes in voege. De te gebruiken verbindingswijze hangt af van de gebruikte kabel:

• Polymer/plastic optical fiber (POF) met overdracht tot 100 Mbit/s;
• Polymer-clad optical fiber (PCF-OF) met overdracht tot 1 Gbit/s;
• Glass optical fiber (GOF) multimode tot 10 Gbit/s singlemode tot 40 Gbit/s.

Afhankelijk van de kabel zijn er dan meerdere dataconnectoren beschikbaar:

• Kopergebaseerde dataconnectoren.Bekende types zijn bijvoorbeeld de RJ45;
• Glasvezelgebaseerde dataconnectoren zijn zeer divers, want ook hier zijn meerdere oplossingen mogelijk. Veel hangt af van het type glasvezel: single mode of multimode. Bij single mode gaat het dan verder om de diameter. Is die 2,5 mm, dan worden ST-, SC- en FC-connectoren ingezet. Bij een kleinere kern van 1,25 mm gaat het dan om LC-connectoren. Bij multimode is de MTP/MPO-connector populair bij hoogwaardige toepassingen zoals datacenters, ook SC duplex is een graag geziene gast. Gezien de techniciteit en de complexiteit van de installatie, is databekabeling stilaan een niche op zich geworden.

 

TOTAALOPLOSSINGEN

Downtime wordt niet getolereerd

De verdere optimalisering van productieruimtes zorgt er ook voor dat downtime van de installaties niet langer getolereerd wordt, want de concurrentie is moordend. Daar komt nog bij dat technische en onderhoudsdiensten de laatste jaren afgebouwd werden, omdat technisch personeel ook in de industrie zeer schaars geworden is. De kennis van de eigen installaties is dus over het algemeen minder geworden. Om tijd te winnen, wordt er steeds vaker gebruikgemaakt van plug & play-oplossingen waarbij de bekabeling, compleet geconfectioneerd met de bijbehorende connectoren, in één stuk aangeleverd wordt. Zelfs met inbegrip van pneumatische en hydraulische slangen.

Het typische voorbeeld hier is een industriële robot, waarbij diverse technieken (met name elektra, pneumatica en hydraulica) aan bod komen. Als een hydraulische kabel breekt en er weinig hydraulicakennis inhouse aanwezig is, ligt de robot stil tot er een externe technicus kan langskomen. En die zijn ook al schaars, dus de wachttijden worden langer.

Hybride en plug-and-play

Een oplossing die opgang maakt in de industrie, is die van de totaaloplossingen. Machinebekabeling wordt hybride én plug&play, waarbij de bekabeling, compleet geconfectioneerd met de bijbehorende connectoren, in één stuk aangeleverd wordt. Zelfs met inbegrip van pneumatische en hydraulische slangen. Door van de cruciale bundels één vervangstuk op stock te houden, kan de machine snel weer operationeel gemaakt worden.

 

Duur? Ja, in vergelijking met het vervangen van een enkele kabel. Maar als een uur productiestilstand duizenden euro’s verlies betekent, zeer goedkoop. Als toetje is er nog de grotere vraag naar modulariteit, om productie-eenheden snel te kunnen aanpassen aan nieuwe producten. Dit vereist een flexibele bekabeling, weg van starre machinebekabeling. De tijd dat elektrische verbindingen tien jaar ongemoeid werden gelaten na de plaatsing, is dus achter de rug. In de plaats komen verbindingen met connectoren die desnoods honderden keren opnieuw in- en uitgeplugd kunnen worden, maar altijd een zekere verbinding moeten garanderen.

DRAADLOOS

Het monitoren van allerlei sensoren houdt ook stevige uitdagingen in voor de robuustheid van de bekabeling. Hitte, straling en koude zijn nefast voor de kabelkwaliteit. Daarom wordt er soms overgestapt naar draadloze communicatie. De stijgende zekerheidsgraad van deze technologie verloopt de laatste jaren omgekeerd aan de dalende prijscurve, waardoor ze stilaan populair worden. Bovendien zijn er toepassingen zoals roterende onderdelen of bewegende robotarmen, waarbij de bekabeling snel onderhevig is aan slijtage. En er is de eerder geschetste evolutie naar flexibiliteit. Het verplaatsen van een sensor vereist niet langer de fysieke verplaatsing van de voedings- en datakabel, maar enkel een druk op de spreekwoordelijke ‘zoek netwerk’-knop. Toch zien we wireless niet meteen als een concurrent voor vaste bekabeling, maar eerder als een aanvulling. De eisen aan cyclustijden en veiligheid die bijvoorbeeld aan machinebesturingen worden gesteld, spreken in het voordeel van vaste bekabeling.