antriebstechnik 11/2017

STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN Kann mehr, als nur Positionen bestimmen Ethernet-Encoder: Wenn zur eigentlichen Aufgabe noch Zusatzfeatures kommen Wer optimieren will, der muss messen. Nur dann lassen sich Prozesse auf belastbaren Grundlagen nachhaltig verbessern oder eingespielte Verfahren auf der Langstrecke mit hoher Verfügbarkeit sichern. Zielgerichtete Messungen mit einer ebenfalls zielgerichteten Analyse der Daten sind es, die heute essenzieller Teil von Industrie 4.0 sind. Eine neue Generation von Ethernet-Encodern eröffnet neue Möglichkeiten, über die reine Kontrolle der Bewegungsführung hinaus auch weitere Messdaten zu erhalten. Smarte Automatisierungslösungen gehen weit darüber hinaus, einzelne Komponenten einfach nur schlüssig miteinander zu verbinden. Galt schon für die Mechatronik, dass der Wert des Ganzen höher sein muss, als die Summe der Einzelteile, zählt bei Industrie 4.0 die Leistungsstärke cyberphysischer Systeme. Welcher Rückschluss folgt daraus für Encoder, die in der Automation die zentrale Kontrollinstanz darstellen? Gerade die Ethernet-Kommunikation der Sick-Geräte und die TCP/IP-Einbindung als Teilnehmer eines Gesamtnetzwerks schafft die Basis für neue Möglichkeiten. Diese gehen weit über die ursprünglichen Automatisierungsaufgaben hinaus. Heiko Krebs ist Head of Product Management Encoders bei der Sick Stegmann GmbH in Donaueschingen Genauer zählen – präzisere Aussagen treffen Wäre es nicht spannend zu wissen, wie oft sich ein Motor tatsächlich gedreht hat, statt nur eine Aussage über den Zeitraum treffen zu können, an dem Spannung anliegt? Wäre es nicht ebenfalls eine gute Sache, Ist-Werte zu erhalten, wie oft in der Produktion bereits ein Maschinenteil seine Stellung verändert hat? In beiden Fällen hat der Encoder zunächst einmal die Aufgabe, Positionen exakt zu bestimmen und diese der Steuerung oder einem Servoumrichter innerhalb eines geschlossenen Regelkreises zur Verfügung zu stellen. Jedoch lassen sich aus der Zyklenhäufigkeit auf die Langstrecke bezogen, wichtige Aussagen zur Lebensdauer treffen. Diese gezählten Daten sind aussagekräftiger, als bei der Beurteilung der eingebauten Fertigungstechnik ausschließlich auf das Herstell- und Einbaudatum von Maschinen zu schauen. Auch die reinen Einschaltzeiten lassen nur begrenzte Aussagen zu Lebensdauer, Alterung von Betriebsstoffen oder Verschleiß zu – vor allem angesichts der Tatsache, dass Maschinen selten bis gar nicht ganz vom Netz genommen werden, sondern maximal im Stand-by-Betrieb ruhen. Interessant wird diese neue Herangehensweise vor allem dann, wenn die in einer Maschine eingebauten Komponenten auch noch unterschiedliche Lebensdauern an den Tag legen. Dann lassen sich im Rahmen von regelmäßigen Wartungen oder auch einer vorbeugenden Instandsetzung gezielt Komponenten austauschen, die das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben. Mit dem Motion Timer steht bei den Ethernet-Encodern von Sick etwa eine Funktion zur Verfügung, mit der sich die Betriebsstunden des Encoders genau erfassen lassen. Während der Betriebsstundenzähler im Power-Up-Modus lediglich Aussagen zulässt über die Zahl an Stunden, die der Encoder unter Spannung steht, zählt der Motion Timer nur die Zeit, in der sich der Encoder tatsächlich bewegt. Außerdem wird die Anzahl der Einschaltvorgänge des Encoders erfasst. Das ermöglicht eine punktgenaue Wartung einer Anlage und hilft, Ausfälle zu vermeiden – und dieses ohne zusätzliche Technik. Ein weiteres Einsatzszenario, in denen Ethernet-basierte Encoder einen echten Mehrwert für die Verfügbarkeit von Produktionseinrichtung liefern, findet sich bei der Temperaturüberwachung. Sind in Prozessen etwa Temperatursensoren installiert, 38 antriebstechnik 11/2017

01 Die Ethernet-Kommunikation der Geräte und die TCP/IP-Einbindung als Teilnehmer eines Gesamtnetzwerks schafft die Basis für neue Möglichkeiten, die weit über die ursprünglichen Automatisierungsaufgaben hinausgehen 02 Die Ethernet/IP-Encoder AFS60/AFM60 sind die ersten Sensoren ihrer Art, die sowohl über einen aktiven Webserver als auch über Funktionsblöcke für die Feldbus-Integration verfügen 01 02 dann besteht ihre Aufgabe zunächst einmal darin, Prozesstemperaturen zu messen oder auch die Technik, z. B. Motoren, davor zu schützen, dass ihnen in der Hitze buchstäblich die Luft ausgeht. Die Temperaturüberwachung und -führung lässt sich mit Encodern von Sick aber auch dahingehend erweitern, dass sie zu der genannten Aufgabe auch die Encodertemperatur messen. Aus dieser Information können Rückschlüsse auf Temperaturverläufe des kompletten Prozesses geschlossen und im Verbund mit weiteren Parametern zu applikationsspezifischem Condition Monitoring genutzt werden. Mehr Möglichkeiten ohne Eingriff in die Steuerung Der Charme dieses Aufbaus besteht darin, dass ein und derselbe Encoder sowohl die klassischen Prozessdaten wie Position und Geschwindigkeit über Industrial-Ethernet- Protokolle zur Verfügung stellt und parallel auch Zusatz- oder Parametrierfunktionen über TCP/IP bedient werden. Sick rüstet seine Ethernet-Encoder aus diesem Grund mit einem Dual-Port-Switch aus. Die Trennung der Maschinenfunktion von der überlagerten Zustandsüberwachung macht damit den Weg frei, unabhängig von möglichen Restriktionen einer möglicherweise gekapselten Maschinensteuerung diese übergeordneten Aufgaben eigenständig zu realisieren. In der Praxis lassen sich die Encoder je nach den Erfordernissen der Anwendung oder den Bedingungen des Einsatzortes flexibel parametrieren. Indem die Grenz- und Schwellenwerte individuell über die Engineeringsoftware der jeweiligen SPS oder über Webserver mithilfe eines browserfähigen Endgerätes direkt im Encoder einstellbar sind, steht mit einem Höchstmaß an Standardisierung für jede Applikation der richtige Mess bereich zur Verfügung. Position, Geschwindigkeit, Temperatur: Werden festgelegte Schwellenwerte erreicht, gibt der Encoder über die Ethernet-Verbindung automatisch ein Signal, dass eine Überprüfung stattzufinden hat. Diese Regel arbeitet unabhängig von der Maschinensteuerung. Die Kommunikation mit den etablierten Industrie-Ethernet-Protokollen Ethernet I/P, EtherCAT und Profinet eröffnet Kanäle, die gewünschten Prozessdaten in den am besten passenden mathematischen und physikalischen Einheiten zu übertragen und auszuwerten. Da die Werte von Anfang an im richtigen Format in einem Leit- oder MES-System ankommen, erspart dieses bei der Kennwertbildung weitere Umrechnungen. Die Anpassungsfähigkeit der Ethernet- Encoder sorgt zudem dafür, dass sich die Geräte während der Betriebsphase umkonfigurieren lassen, falls sich Messungen im Detail verändern. Customized Encoder – auch hier greift Industrie 4.0 Die Anpassungsfähigkeit umfasst bei Sick ebenfalls die Anschlusstechnik der Encoder – vor allem, wenn es um Steckeroptionen, mechanische Abstützungen oder Kabellängen geht. Die „Customizing“ basiert auf einem ausgefeilten Variantenmanagement mit flexiblen Fertigungsmöglichkeiten in Losgröße 1. Hier schließt sich der Kreis zu Industrie 4.0 als industrielle Revolution, die vor allem die individualisierte Großserienfertigung im Fokus hat. www.sick.com FHA-C Mini MZE Kompakter Mini Servoantrieb mit Multiturn Absolutencoder SPS IPC DRIVES 28. - 30.11.2017 Halle 4 | Stand 119 Harmonic Drive AG | Hoenbergstraße 14 65555 Limburg/Lahn | T +49 6431 5008-0 www.harmonicdrive.de