Das HIMA F 3221 ist ein 16-kanaliges digitales Eingangsmodul, das für industrielle Automatisierungssteuerungssysteme entwickelt wurde, insbesondere für die Erfassung von Sensorsignalen oder mechanischen Kontaktzuständen in sicherheitsrelevanten Anwendungen. Dieses Modul verfügt über eine Sicherheitsisolierung, die eine elektrische Trennung zwischen den Eingangssignalen und den internen Systemschaltkreisen gewährleistet, wodurch es für den zuverlässigen Betrieb in Umgebungen mit hohen Interferenzen geeignet ist. Das Modul F 3221 ist Teil des HIMA HiQuad
Das Modul ist nach SN-Test-Certificate 12 D 2/H 19-66 R/82 zertifiziert und verfügt über ein interaktionsfreies Design, was bedeutet, dass die Kanäle unabhängig voneinander sind und ein Fehler auf einem Kanal den normalen Betrieb anderer Kanäle nicht beeinträchtigt.
2. Wichtige technische
| Artikelspezifikation |
Spezifikationen |
| Anzahl der Kanäle |
16 |
| Eingangssignaltyp |
„1“-Signal (hoher Pegel) oder mechanischer Kontakt |
| Eingangsstrom |
8 mA (inkl. Kabelstecker) |
| Betriebsspannung |
24 V DC |
| Schaltzeit |
Typischerweise 10 ms |
| Platzbedarf |
4 TE (Modulbreite) |
| Stromverbrauch |
5 V DC: 70 mA; 24 V DC: 130 mA |
| Kabelsteckermodell |
Z 7116/3221 |
| Kabelspezifikation |
LiYY 16 x 0,25 mm², mit Flachstecker |
3. Funktionelle Eigenschaften
3.1 Mehrkanalige unabhängige Eingänge
Der F 3221 bietet 16 völlig unabhängige Eingangskanäle. Jeder Kanal kann 24-V-DC-Signale von Sensoren oder mechanischen Kontakten akzeptieren. Die Kanäle sind elektrisch voneinander isoliert und verhindern so Interferenzen zwischen den Kanälen oder eine Fehlerausbreitung.
3.2 Unterstützung mehrerer Signaltypen
Pegelsignaleingang: Unterstützt standardmäßige 24-V-DC-Hochpegelsignale („1“-Signal).
Mechanischer Kontakteingang: Unterstützt Trockenkontakt oder passiven Kontakteingang, geeignet für Geräte wie Drucktaster und Endschalter.
3.3 Sicherheitsisolierung
Das Modul verfügt über eine Sicherheitsisolierung, die eine elektrische Trennung zwischen den Feldsignalen und den Schaltkreisen des internen Steuersystems gewährleistet. Dies verhindert das Eindringen von Hochspannung oder Erdschleifenstörungen und erhöht so die Systemsicherheit und -zuverlässigkeit.
3.4 Nicht-interagierendes Design
Jeder Kanal ist sowohl elektrisch als auch logisch völlig unabhängig. Selbst wenn bei einem einzelnen Kanal ein Kurzschluss, ein offener Stromkreis oder ein Überspannungsfehler auftritt, hat dies keine Auswirkungen auf den normalen Betrieb der anderen Kanäle.
3.5 Statusanzeige und Testunterstützung
Auf der Vorderseite des Moduls befinden sich Signalstatusanzeigen für einfaches Debuggen und Diagnostizieren vor Ort. Darüber hinaus steht ein passender Prüfstecker (Z 7116/3221) zur Simulation von Eingangssignalen zur Verfügung, der die Kanalprüfung und Systeminbetriebnahme erleichtert.
3.6 Kompatibilität mit dem HiQuad X-System
Der F 3221 kann in die Erweiterungsracks des HiQuad X-Systems eingebaut werden. Es kommuniziert über den E/A-Bus mit dem F-IOP 01-Modul und die Daten werden schließlich vom F-CPU 01-Prozessormodul zur Ausführung der Sicherheitslogik verarbeitet.
4. Detailliertes Arbeitsprinzip
4.1 Signalerfassungsmechanismus
Jeder Eingangskanal empfängt Signale von Feldgeräten über den vorderen Kabelstecker. Wenn der Eingang einen hohen Pegel (24 V DC) hat oder ein mechanischer Kontakt geschlossen ist, erkennt die interne Schaltung des Moduls dies als logische „1“; andernfalls ist es eine logische „0“. Das Modul enthält Signalaufbereitungsschaltungen, die das Eingangssignal filtern und formen, um sicherzustellen, dass es den Verarbeitungsanforderungen des Systems entspricht.
4.2 Prinzip der elektrischen Isolierung
Das Modul nutzt Isolationskomponenten wie Optokoppler oder Transformatoren, um eine galvanische Trennung zwischen der Eingangsseite und der Systemseite zu erreichen. Diese Konstruktion verhindert nicht nur Störungen durch Erdpotenzialunterschiede, sondern vermeidet auch Schäden am Steuerungssystem durch feldseitige Fehler.
4.3 Signalverarbeitungsablauf
Signaleingang: Feldsignale werden über den Kabelstecker Z 7116/3221 an das Modul angeschlossen.
Signalkonditionierung: Das Modul filtert und entprellt das Eingangssignal, um Stabilität zu gewährleisten.
Pegelwandlung: Das 24-V-DC-Feldsignal wird in einen vom System erkennbaren 5-V-TTL-Pegel umgewandelt.
Statusspeicherung: Innerhalb jedes Scanzyklus speichert das Modul den Status aller Kanäle und bereitet sie für den Upload vor.
Datenübertragung: Der Status aller 16 Kanäle wird gemeinsam über den I/O-Bus an das Modul F-IOP 01 übertragen.
4.4 Zusammenarbeit mit dem Systembus
Der F 3221 selbst verfügt über keine Systembus-Schnittstelle. Stattdessen kommuniziert es über den I/O-Bus seines Host-Racks mit dem F-IOP 01-Modul. Das F-IOP 01 ist für die Datenaggregation aller E/A-Module im selben Rack und den Austausch von Sicherheitsdaten mit dem Prozessormodul F-CPU 01 über die Systembusse (Sys A / Sys B) verantwortlich.
4.5 Watchdog und Safe State
Obwohl der F 3221 selbst über keinen Safety Integrity Level (SIL) verfügt, werden seine Eingangsdaten innerhalb des HiQuad X-Systems von der F-CPU 01 im Sicherheitszyklus verarbeitet. Wenn das System eine Kommunikationsunterbrechung oder einen Modulausfall erkennt, löst es einen sicheren Zustand aus, wodurch die Ausgangsmodule in einen stromlosen Zustand versetzt werden und so die Systemsicherheit gewährleistet wird.
5. Installation und Verkabelung
5.1 Mechanische Installation
Das Modul F 3221 ist für den Standard-19-Zoll-Rackeinbau konzipiert und belegt eine Breite von 4 TE. Nach dem Einsetzen in das Rack erhält das Modul seine 5 V- und 24 V-Stromversorgung über die Backplane.
5.2 Kabelanschluss
Es wird der passende Kabelstecker Z 7116/3221 verwendet. Jedes Kabel enthält 16 Drähte von 0,25 mm², entsprechend den 16 Eingangskanälen und einem gemeinsamen Minuspol (L-). Die Kabelfarbcodierung lautet wie folgt:
| Kanal- |
Pin |
-Farbcode |
| 1 |
d2 |
weiß (ws) |
| 2 |
d4 |
braun (br) |
| 3 |
d6 |
grün (gn) |
| 4 |
d8 |
gelb (ge) |
| 5 |
d10 |
grau (gr) |
| 6 |
d12 |
rosa (rs) |
| 7 |
d14 |
blau (bl) |
| 8 |
d16 |
rot (rt) |
| 9 |
d18 |
schwarz (sw) |
| 10 |
d20 |
violett (vio) |
| 11 |
d22 |
weißbraun (ws-br) |
| 12 |
d24 |
weiß-grün (ws-gn) |
| 13 |
d26 |
weiß-gelb (ws-ge) |
| 14 |
d28 |
weiß-grau (ws-gr) |
| 15 |
d30 |
weiß-rosa (ws-rs) |
| 16 |
d32 |
weiß-blau (WS-BL) |
| L- |
z2 |
schwarz (sw) |
6. Diagnose und Wartung
6.1 Statusanzeige
Auf der Vorderseite des Moduls befinden sich Kanalstatusanzeigen, die eine visuelle Anzeige des Eingangsstatus für jeden Kanal bieten, was das Debuggen vor Ort und die Fehlerdiagnose erleichtert.
6.2 Testfunktionalität
Mithilfe eines speziellen Teststeckers können Eingangssignale simuliert werden, um die Kanalfunktionalität zu überprüfen, ohne dass tatsächliche Sensoren angeschlossen werden müssen.
6.3 Fehlerbehandlung
Fällt ein Modul oder Kanal aus, kann das System über die HiQuad X-Diagnosefunktionen die Fehlerinformationen aufzeichnen und melden. Das Modul unterstützt den Online-Austausch für eine einfache Wartung.
7. Anwendungsszenarien
Der F 3221 eignet sich für folgende Industrieanwendungen:
Sensorsignalerfassung in Sicherheitssteuerungssystemen
Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen (z. B. Endschalter, Not-Aus-Taster)
Digitale Eingabeverarbeitung in der Prozessautomatisierung
Brandmeldeanlagen (bei Verwendung mit einem zertifizierten System)
