Alles eine Frage der Kommunikation

Greifer - Wenn Feldgeräte systemübergreifend miteinander kommunizieren und Daten in Echtzeit austauschen, wird es möglich, Energie-, Prozesskontrolle sowie vorausschauende Wartung zu realisieren. Das zeigt sich am Beispiel intelligenter Vakuumkomponenten.

30. Oktober 2019
Alles eine Frage  der Kommunikation
Vakuumkomponenten sind über Schnittstellen wie IO-Link, Ethernet oder NFC schnell eingebunden. Ein Beispiel ist der elektrische Vakuumerzeuger ECBPi mit IO-Link und NFC. (Bild: J.Schmalz GmbH)

Damit elektrische Vakuumerzeuger, -greifer oder Kompaktejektoren sichtbar für die smarte Fabrik werden, müssen sie in Echtzeit digitale Energie- und Prozessdaten zur Verfügung stellen. Cyber-physische Systeme sind die Protagonisten der vierten industriellen Revolution. Sie verknüpfen reale mit virtuellen Objekten, Maschinen mit informationsverarbeitenden Systemen.

Im Vergleich zur Automatisierungswelle durch Elektronik und IT ab den 1970er-Jahren steht nun die systemübergreifende Kommunikation im Mittelpunkt. Durch sie können Energie- und Prozesskontrolle sowie vorausschauende Wartung realisiert werden – wenn die Geräte über entsprechende Schnittstellen verfügen.

Durchgängig bis in die Leitebene

Speziell für die Vernetzung in der Vakuumautomation entwickelt das Unternehmen J. Schmalz Vakuumkomponenten, die energie- und performancerelevante Daten nicht nur erfassen und in die Cloud schicken, sondern auch überwachen und analysieren. Dank IO-Link oder Industrial Ethernet-Schnittstellen gelingt den Smart Field Devices die durchgängige Kommunikation von der Sensor- und Aktorebene zur übergeordneten Steuerung (SPS) und weiter in die Leitebene. Dabei funktioniert die Kommunikation in beide Richtungen: Neben der Übermittlung von Daten zum Zustand oder Energieverbrauch können über die Steuerung Parameter geändert und auf das intelligente Feldgerät übertragen werden. Neben der IO-Link- und Industrial-Ethernet-Schnittstelle integriert Schmalz in seine intelligenten Vakuumkomponenten auch eine NFC-Schnittstelle (Near Field Communication). Um über kurze Strecken Informationen drahtlos auszutauschen, findet eine Punkt-zu-Punkt-Kopplung zwischen dem Smart Field Device und dem NFC-fähigen mobilen Endgerät des Anwenders statt.

Für die Übertragung ist keine eigene Energiequelle in der Komponente nötig. Stattdessen ist eine Spule verbaut, die über das Smartphone erregt wird. Die Spule induziert eine Spannung in einen Prozessor, der dann über eine Antenne seine Informationen sendet. Der Nutzer kann somit sowohl Prozessdaten wie auch Wartungs- und Serviceinformationen am Smartphone direkt ablesen. Das Device spricht quasi Klartext mit dem Anwender, wie Schmalz erklärt: Kommt es zu einem Stillstand, liefert es eindeutige Hinweise zur Fehlerquelle statt kryptischer Fehlercodes.

Parametrieren via Smartphone

Auch das Parametrieren der Komponente kann über das Smartphone erfolgen. Dafür hat der Hersteller die App Controlroom programmiert. Parameteränderungen, die über NFC vorgenommen werden, können direkt auf das Gerät übertragen, oder von einem Gerät auf ein anderes kopiert werden.

Ein weiterer Vorteil von NFC ist die direkte Zuordnung von Produkt zu Smartphone, so der Anbieter. Zwei Geräte würden nur über eine sehr kurze Strecke von maximal zwei Zentimetern verbunden. So könne sich der Anwender sicher sein, keine benachbarten Geräte unbeabsichtigt zu parametrieren.

Aber welchen Nutzen kann die Digitalisierung auf der Komponentenebene für die Vakuumanwendung ganz konkret haben? Dies zeigt beispielhaft der Blick in das Kompaktterminal SCTMi des Herstellers. Dieses bündelt bis zu 16 einzelne Vakuumerzeuger zu einer kompakten Einheit, die lediglich über einen elektrischen und einen Druckluftanschluss verfügt. Damit ermöglicht das Unternehmen die gleichzeitige, unabhängige Handhabung von unterschiedlichen Teilen mit nur einem System.

Das Vakuum wird mit einer Venturi-Düse erzeugt und von einem Sensor erfasst. Den genauen Wert kann der Anwender über die IO-Link-Prozessdaten oder am Display des Erzeugers auslesen. Über die zyklischen Prozessdaten werden auch die Ejektoren gesteuert und aktuelle Informationen vom SCTMi zurückgemeldet.

Ebenso stehen dem Anwender über die IO-Link-Verbindung Einstellwerte, Parameter sowie Mess- und Analysedaten zur Verfügung. Zudem leiten die Diagnose- und Prognosefunktionen der Vakuumkomponenten Informationen über den Zustand der Anlage ab und erkennen Trends in der Qualität und Leistung, so der Hersteller.

An eine interne oder externe Cloud übermittelt, werden die Daten aufbereitet und analysiert. Erkennt das System aus der Toleranz laufende Werte oder schleichende Veränderungen, können diese dem Anwender angezeigt werden. Beispielsweise überprüft das System für die Predictive-Maintenance-Auswertungen die Leckage sowie den Staudruck.

Condition-Monitoring-Ereignisse werden beispielsweise ausgelöst, wenn die Werte des Staudrucks abweichen, die Evakuierungszeiten der Ejektoren ihre Grenzwerte überschreiten oder Sensorspannungen außerhalb des Arbeitsbereiches liegen. Die Energy-Monitoring-Funktion hat den Energieverbrauch der angeschlossenen Vakuumsysteme im Blick. Diese Überwachung basiert auf dem gemessenen Luftverbrauch, der unter Berücksichtigung von Systemdruck und Düsengröße berechnet wird. Anwender können über die IO-Link-Prozessdaten einen extern erfassten Druckwert vorgeben. Wenn dieser Wert zur Verfügung steht, kann der Ejektor zusätzlich zum prozentualen auch den absoluten Luftverbrauch messen. Durch diese Funktionen kann der Anwender seine Anlage effizient halten, Maschinenstillstände vermeiden und die Anlagenverfügbarkeit erhöhen, wie Schmalz hervorhebt. Doch IO-Link biete ihm auch schon bei der Integration des Kompaktterminals in die Systemumgebung Vorteile. Der Hersteller stellt dem Anwender eine umfangreiche IO-Link-Konfigurationsdatei – IODD (IO Device Description) – zur Verfügung, die unter anderem Informationen zur Identifikation, Geräteparameter, Prozess- und Diagnosedaten sowie Kommunikationseigenschaften enthält.

Feldgeräte für die digitale Fabrik

Ebenso wird der Austausch von Geräten vereinfacht, da das IO-Link-Protokoll einen Automatismus zur Datenübernahme enthält. Beim Austausch eines Gerätes durch ein neues des gleichen Typs werden die Einstellparameter des alten Gerätes automatisch vom Master in das neue Gerät gespeichert.

Das Kompaktterminal ist Teil des stetig wachsenden Programms an intelligenten Feldgeräten. Ihre Prozess- und Zustandsdaten machen Industrie-4.0-Konzepte möglich, wie der Anbieter darlegt. Anwender profitierten von einer schnellen Inbetriebnahme, dem zuverlässigen Betrieb und geringeren Ausfallrisiken.

Neben speziellen Kompaktejektoren hat das Unternehmen weitere Geräte mit IO-Link und NFC für die digitale Fabrik ausgestattet, so auch den elektronischen Vakuumdruckschalter VSi – er misst und überwacht Unter- und Überdrücke in Automatisierungs- und Handlingsystemen – sowie den Spezialgreifer SNGi-AE und den elektrischen Vakuumerzeuger ECBPi.

productronica: Halle B3, Stand 560

Erschienen in Ausgabe: 07/2019
Seite: 24 bis 25