Die in Absatz 1 Buchstabe b genannten Anforderungen gelten für die Bereitstellung von Anlagen, die für die Bereitstellung von Anlagen in der Union verwendet werden.

Siemens 6ES7222-1HF22-0XA8 | SIMATIC S7-200 CN EM 222 — 8 Relaisausgänge, 2A pro Kontakt, nur S7-22X CPU, CE-Zulassung, 62×45×80mm, 0,25kg

Übersicht

Das Siemens 6ES7222-1HF22-0XA8 ist das Erweiterungsmodul mit acht Relaisausgängen für die SIMATIC S7-200 CN Mikro-SPS-Familie. Es wird an die rechte Seite der S7-22X CPU angeschlossen — oder über ein vorhandenes Erweiterungsmodul verkettet — und erweitert die Ausgangskapazität des Systems um acht potenzialfreie Relaiskontakte.

Für die vielen kleinen Maschinen- und Anlagensteuerungsanwendungen, die in den letzten zwei Jahrzehnten auf der S7-200 CN-Plattform aufgebaut wurden, bleibt das EM 222 Relaismodul auch jetzt, da die Plattform selbst eingestellt wurde, ein wesentlicher Ersatzteil.

Das charakteristische Merkmal dieses Moduls ist sein Relaisausgangstyp. Ein Relais ist ein elektromechanischer Schalter: eine Spule, die vom Ausgangskreis der SPS erregt wird, bewirkt, dass ein Satz mechanischer Kontakte schließt.

Die Kontakte und die Spule sind elektrisch getrennt — es gibt keinen Strompfad zwischen ihnen. Diese Isolation macht den Relaisausgang aus Sicht der Feldverdrahtung so vielseitig. Die acht Kontakte des EM 222 können Lasten schalten, die mit jeder Spannung bis zum Nennwert des Relais arbeiten, unabhängig von der Versorgungsspannung der SPS.

Ein Kanal kann einen 230-VAC-Motorkontaktor schalten; der nächste Kanal ein 24-VDC-Magnetventil; der nächste ein 48-VDC-Notrufsignalrelais — alles von demselben Erweiterungsmodul, ohne elektrische Wechselwirkung zwischen ihnen.

Diese Spannungsflexibilität hat Einschränkungen. Relaiskontakte schalten in Millisekunden statt in Mikrosekunden eines Transistorausgangs, was sie für Hochfrequenzschaltanwendungen ungeeignet macht.

Und Relaiskontakte verschleißen im Laufe ihres Betriebs — Millionen von mechanischen Schaltspielen, aber elektrisch bei Nennstrom weit weniger —, was den Transistor-EM 222 zur besseren Wahl für jeden Ausgang macht, der häufig schalten muss.

Wichtige Spezifikationen

Die Spannungsflexibilität des Relaiskontakts — Warum sie immer noch wichtig ist

In einer rein 24-VDC-Maschine, in der jeder Aktor, jedes Ventil und jede Anzeige mit 24 V DC betrieben wird, ist ein Transistorausgangsmodul normalerweise die technisch bessere Wahl — schneller, kein Kontaktverschleiß, elektronischer Fehlerschutz. Die meisten Industrieanlagen sind jedoch nicht rein 24-VDC. Viele Fabriken betreiben immer noch ältere 230-VAC- oder 110-VAC-Steuerkreise neben modernen 24-VDC-Systemen. Prozessanlagen verwenden 48-VDC- oder 110-VDC-Signalisierung.

Sicherheitssysteme können dedizierte Versorgungsspannungen verwenden, die von der normalen Steuerleistung isoliert sind.

In diesen Umgebungen mit gemischten Spannungen ist das Erweiterungsmodul mit Relaisausgang aufgrund seiner elektrischen Isolation zwischen dem SPS-Kreis und der geschalteten Last die einzig praktische Wahl, um Nicht-24-VDC-Lasten direkt ohne zusätzliche Zwischenschaltgeräte zu schalten.

Ein EM 222 Relaismodul in einer Maschine mit einer Mischung aus 24-VDC- und 230-VAC-Ausgängen verarbeitet beide vom selben Modul, wobei jeder Relaiskontakt einzeln geschaltet wird und die Spannungen durch den Relaismechanismus vollständig getrennt sind.

Ein Transistorausgangsmodul würde externe Relais zum Schalten der AC-Lasten erfordern, was Kosten, Platz im Schaltschrank und zusätzliche Komponenten im Design hinzufügt.

Kein Kurzschlussschutz — Notwendige Praxis für die Feldverdrahtung

Das Fehlen eines Kurzschlussschutzes bei Relaiskontaktausgängen ist kein Konstruktionsfehler — es ist der Funktionsweise von Relaiskontakten inhärent. Ein Relaiskontakt ist ein einfacher leitender Pfad, wenn er geschlossen ist; er verfügt über keinen Mechanismus zur Erkennung oder Begrenzung von Strom.

Ein Kurzschluss an einem Relaisausgang führt zu einem unbegrenzten Strom, bis ein externes Schutzgerät ihn unterbricht.

Für eine sichere Installation muss jeder Relaisausgangskanal durch eine externe Sicherung oder einen Leistungsschalter geschützt werden, der so dimensioniert ist, dass er den Relaiskontakt (2A-Nennwert), die Feldverdrahtung und die Last schützt. Kleinleistungssicherungen mit 1–2A sind Standard für 24-VDC-Relaisausgangskreise.

Für 230-VAC-Kreise bieten Kleinleistungsschutzschalter (MCBs) mit geeigneter Nennleistung und Charakteristik (typischerweise B- oder C-Kurve, 1–2A für kleine Spulenlasten) den erforderlichen Schutz. 

Das Schutzgerät sollte so nah wie möglich am Ausgangsklemmen des Erweiterungsmoduls angebracht werden — typischerweise an einer angrenzenden abgesicherten Reihenklemme —, um die Länge der ungeschützten Leiter zu minimieren.

In der Praxis bietet die Last selbst oft den primären Schutz: Ein Motorschutzschalter schützt den Stromkreis zu einem Motorschütz; eine abgesicherte Reihenklemmen-Sicherung schützt einen Magnetventilkreis.

Wichtig ist, dass ein Schutzgerät mit geeigneter Nennleistung in Reihe mit jedem Relaisausgangskreis geschaltet ist.

Lebensdauer von Relaiskontakten und Anwendungs auswahl

Relaiskontakte haben eine definierte Lebensdauer, die sowohl von der Anzahl der Schaltspiele als auch von den Lastbedingungen bei jedem Schaltvorgang abhängt. Die mechanische Lebensdauer (Schalten ohne Last oder mit sehr geringen Lasten) liegt typischerweise im Bereich von 10 Millionen Schaltspielen.

Die elektrische Lebensdauer unter Nennbedingungen — 2A bei 24 V DC oder äquivalent — liegt typischerweise bei 100.000 bis 300.000 Schaltspielen.

Das bedeutet, dass der Relaisausgang am besten für Ausgänge geeignet ist, die selten schalten: Start/Stopp-Sequenzen, die durch Benutzereingaben ausgelöst werden, Alarmquittierungen, Schichtstart-Motorbefehle oder Chargen-gesteuerte Ventiloperationen.

Für Ausgänge, die Hunderte oder Tausende von Malen pro Schicht zyklieren — zum Beispiel pneumatische Ventile an einer Hochgeschwindigkeits-Verpackungslinie — kann die elektrische Lebensdauer des Relais innerhalb weniger Wochen ablaufen. Diese Hochzyklus-Anwendungen sollten stattdessen den Transistor-EM 222 verwenden.

Der Lasttyp beeinflusst auch die Kontaktlebensdauer.

Ohmsche DC-Lasten (Heizelemente, Widerstandslampen) sind am unproblematischsten. Induktive DC-Lasten (Relaisspulen, Magnetventile) erzeugen beim Ausschalten eine Rückspannungsspitze, die Lichtbögen am Kontakt verursacht — Freilaufdioden parallel zur Last unterdrücken diese Lichtbögen und verlängern die Kontaktlebensdauer erheblich.

AC-Lasten (Motorkontaktoren, Transformatoren) erzeugen sowohl beim Einschalten als auch beim Ausschalten Lichtbögen — Snubber-Schaltungen parallel zu den Kontakten reduzieren Lichtbögen und verlängern die Lebensdauer.

FAQ

F1: Wie viele EM 222 Relaismodule können an eine S7-22X CPU angeschlossen werden?

Die CPUs S7-224, S7-224XP und S7-226 unterstützen insgesamt bis zu 7 Erweiterungsmodule (beliebige Kombination aus digitalen Ein-, Digitalausgangs- und Analogmodulen).

Die S7-221 und S7-222 sind auf jeweils 2 Erweiterungsmodule beschränkt. Mehrere EM 222 Relaismodule können innerhalb dieser Grenzen in derselben Station kombiniert werden — eine S7-226 mit sieben EM 222 Relaismodulen würde zusätzlich zu den integrierten Ausgängen der CPU 56 Relaiskontakte liefern. 

Der interne 5V-Erweiterungsstrom der CPU muss auch gegen den Gesamtstrom aller angeschlossenen Erweiterungsmodule geprüft werden.

F2: Können die EM 222 Relaisausgänge gleichzeitig AC- und DC-Lasten an verschiedenen Kanälen schalten?

Ja. Jeder Relaiskontakt ist elektrisch isoliert — kein gemeinsamer elektrischer Pfad zwischen den Kontakten. Kanal 1 kann eine 230-VAC-Motorkontaktorspule schalten, Kanal 2 ein 24-VDC-Magnetventil, Kanal 3 ein 48-VDC-Relais, alles gleichzeitig ohne elektrische Wechselwirkung zwischen den Stromkreisen.

Eine ordnungsgemäße Verdrahtungspraxis (Beschriftung, Gruppierung nach Lastspannung, separate Klemmenabschnitte für verschiedene Spannungsgruppen) ist für eine sichere Installation und Wartung wichtig, aber elektrisch unterstützt die Isolation zwischen den Relaiskontakten den Betrieb mit gemischten Spannungen vollständig.

F3: Was ist der Unterschied zwischen diesem Modul und dem Transistorausgangs-EM 222 (6ES7222-1BF22-0XA8), und wie sollte man sich zwischen ihnen entscheiden?

Die Relaisversion schaltet jede Spannung (AC oder DC) bis zum Nennwert, mit Schaltgeschwindigkeiten im Millisekundenbereich, ohne elektronischen Überstromschutz. Die Transistorversion schaltet nur 24 V DC, mit Schaltgeschwindigkeiten im Mikrosekundenbereich, mit elektronischem Kurzschlussschutz.

Wählen Sie Relais, wenn: Lasten AC-Spannungen oder Nicht-24-VDC-Spannungen enthalten, elektrische Isolation erforderlich ist oder die Schaltfrequenz niedrig ist.

Wählen Sie Transistor, wenn: alle Lasten 24 V DC sind, schnelle oder Hochfrequenzschaltungen benötigt werden (Schrittimpulse, PWM, pneumatische Ventile, die viele Male pro Minute schalten) oder eine lange Kontaktlebensdauer ohne Wartung wichtig ist.

F4: Ist der 6ES7222-1HF22-0XA8 (CN, nur CE) elektrisch äquivalent zum 6ES7222-1HF22-0XA0 (europäische Produktion, volle Zulassungen)?

Ja, die elektrischen Spezifikationen, die Anzahl der Ausgänge, die Kontaktbewertungen und die S7-22X-Erweiterungsbus-Kompatibilität sind identisch.

Der Unterschied liegt ausschließlich in der Produktzertifizierung: Der XA8 (CN-Variante) hat nur eine CE-Zulassung, während der XA0 (europäische Variante) zusätzliche Zertifizierungen, einschließlich UL und cUL, trägt. 

Für Installationen, bei denen die CE-Zertifizierung die gesetzlichen Anforderungen erfüllt, ist der XA8 ein direkter funktionaler Drop-in für den XA0 — keine Hardwareänderungen, keine SPS-Programmänderungen, keine Neukonfiguration erforderlich.

F5: Die S7-200 CN-Plattform ist eingestellt. Sind EM 222 Relaismodule als Ersatzteile noch erhältlich?

Die S7-200-Plattform wurde von Siemens eingestellt, gefolgt von der S7-200 CN-Familie.

Obwohl Siemens diese Module nicht mehr produziert oder über Standardkanäle vertreibt, ist die installierte Basis von S7-200- und S7-200 CN-Systemen weltweit groß, und es gibt erhebliche Lagerbestände an Ersatzmodulen auf dem Markt für industrielle Gebrauchtware. 

Spezialisierte Anbieter von älteren und eingestellten Siemens-Automatisierungsteilen führen das EM 222 Relaismodul regelmäßig in neuwertigem und überholtem Zustand. 

Für Standorte, die S7-200 CN-Geräte betreiben, ist der Aufbau eines Ersatzteilpuffers kritischer Module — einschließlich des EM 222 — eine sinnvolle Wartungspraxis.