Einfacher automatisieren

Exklusiv in KEM Der Autor Roman Vracko ist Produktmarketingmanager Sensorik bei der Omron Electronics GmbH in Langenfeld

Damit eine Maschine auch in Zukunft dem Stand der Technik entspricht, kommt der Wahl des richtigen Kommunikationsnetzwerks eine besondere Bedeutung zu. Ein Netzwerk, das die aktuellen Automatisierungstrends konsequent unterstützt, ist Ethercat. Durch die komplette Vernetzung der Maschine mit einem Netzwerk lässt sich die Entwicklungszeit erheblich minimieren. Die schnellen Kommunikationszyklen erlauben höhere Produktionsgeschwindigkeiten, und der Durchgriff auf die angeschlossenen Ethercat-Komponenten erhöht die Maschinenflexibilität.

Omron hat diesen Trend erkannt und entsprechende Lösungen, sowohl hardware- als auch softwareseitig, entwickelt. Die Sysmac Automatisierungsplattform vereint Maschinencontroller, Frequenzumrichter und Servoregler mit der Sysmac-Studio-Software. Mit Sysmac Studio lässt sich über nur eine Verbindung die gesamte Maschine steuern und konfigurieren. Das bedeutet ein bislang unerreichtes Maß an Leistung und Effizienz in der Entwicklungs- und Produktionsarbeit. Die Einbindung von Sensorik in Ethercat-Netzwerke war bislang noch nicht möglich. Mit der neuen N-Smart-Plattform setzt Omron die Ethercat-Strategie nun konsequent fort und ermöglicht eine Durchgängigkeit in der Kommunikation bis zu Sensoren und Aktoren in der Maschine.

Als neue Sensor-Plattform mit Ethercat-Konnektivität bietet Omron die N-Smart-Serie an. Diese beinhaltet Lichtleiter- und Lasersensoren ebenso wie Farbsensoren und taktile Sensoren. Alle Sensoren arbeiten auf Basis einer einheitlichen Verstärkerplattform. Die Bedienung der Sensoren ist somit immer gleich und erleichtert dem Anwender die Inbetriebnahme. Die einfache Bedienung, leistungsfähige Sensorik und die Ethercat-Konnektivität zeichnen die neue Plattform besonders aus.

Die neuen Lichtleiter bieten zahlreiche Anwendungsvorteile. Der Verstärker ist im Handumdrehen mittels Smart Tuning per Tastendruck eingerichtet. Dabei erkennt der Sensor die optimale Lichtintensität und den Schaltpunkt für die Anwendung und setzt seine Einstellungen automatisch. Das Einlernen kann auch über die Ethercat-Schnittstelle erfolgen. Durch Giga-Ray-2S-LED-Technologie mit einer 2,5-fach höheren Effizienz gegenüber herkömmlichen LED-Lichtquellen arbeiten die Lichtleiterverstärker selbst unter schwierigen Einsatzbedingungen sehr zuverlässig und stabil. Zusätzlich gleicht eine dynamische Schwellwertregelung mögliche Verringerungen der Lichtintensität im Sensorsystem automatisch aus.

Durch diese Funktionalitäten eignen sich die Lichtleitersensoren für eine Vielzahl von Industrieanwendungen und sind besonders für anspruchsvolle Umgebungen geeignet. Weitere Vorteile bieten die Sensoren durch ihre kompakte Bauform bei geringen Platzverhältnissen und bei extrem schnellen Prozessen. Der E3NX-FA0 ist aktuell mit 30 µs Abtastzeit der schnellste Lichtleitersensor mit Ethercat-Kommunikation. Wenn es also um Hochgeschwindigkeitsdetektion geht, sind Anwender mit diesem Sensor auf der sicheren Seite.

Die N-Smart-Plattform beinhaltet auch Lasersensoren als tastende Modelle mit einer hochgenauen Hintergrundausblendung. Somit sind kleine Höhenunterschiede im Millimeterbereich erkennbar. Dank der CMOS-Technologie des Sensors ist eine stabile Objekterkennung gewährleistet, die nahezu unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit und Farbe des Objektes ist.

In Kürze folgen für die N-Smart-Plattform auch Farbsensormodelle mit Weißlicht-LED und RGB-Auswertung für eine stabile und präzise Farberfassung. Mittels Ethercat können die Farbwerte dann zum Abgleich in die Steuerung übertragen werden. Zusätzlich erweitern hochauflösende mechanische Taster das Portfolio der N-Smart-Plattform. Wie auch die Lichtleiter- und Lasersensoren können diese über das Ethercat-Kopplermodul direkt und schnell ins Netzwerk integriert werden und mit allen gängigen Steuerungen kommunizieren.

Herausragend sind die Datenübertragungszeiten der N-Smart Plattform mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1 ms. Somit lassen sich bis zu 1000 Messwerte pro Sekunde erfassen und an die Steuerung übertragen. Mit dieser Eigenschaft können die Sensoren auch für schnelle Regelprozesse eingesetzt werden, beispielsweise das Nachführen einer Bandposition oder das Antasten eines Abstandes. Selbstverständlich sind alle Sensormodelle auch mit den gängigen digitalen Ein- und Ausgängen auf PNP- und NPN-Basis verfügbar. Dadurch lassen sich die Sensoren der N-Smart-Plattform auch problemlos in Maschinen einsetzen, die nicht über Ethercat kommunizieren.

Die Vorteile für Maschinenbauer und Anwender sind vielfältig. Die Ethercat-Anbindung reduziert den Verdrahtungsaufwand auf ein Minimum. An das Ethercat-Koppelmodul werden lediglich einmal eine Spannungsversorgung und das Ethercat-Kabel angeschlossen, die Sensorverstärker docken direkt an dem Koppelmodul mittels integriertem Stecker an. Über den Stecker werden die Kommunikation sowie die Spannungsversorgung an bis zu 30 Sensorverstärker weitergeleitet. Die zusätzliche Verdrahtung jedes einzelnen Sensors entfällt somit.

Mittels der ESI-Dateien sind die Sensoren im Handumdrehen in die Steuerung eingebunden und die Basisdaten, wie der Schaltzustand, werden automatisch ausgetauscht, ohne eine weitere Programmierung vorzunehmen. Alle Sensordaten können über Ethercat ausgelesen und neu eingestellt werden. Somit lässt sich die aktuelle Einstellung in der Steuerung speichern und kann bei Bedarf, etwa im Fall eines Sensoraustausches, wieder eingespielt werden. Des Weiteren kann bei einem Produkt- oder Formatwechsel an der Maschine die Sensoreinstellung automatisch mit der Anwahl des neuen Maschinenprogramms umgestellt werden. Somit verringern sich die Umrüstzeiten, weil der Mitarbeiter die Sensoren in der Anlage nicht händisch vor Ort neu einstellen muss. Zudem werden Fehler bei der Sensoreinstellung eliminiert, da die Steuerung automatisch die Referenzwerte an die Sensoren überträgt.

Die Platzierung der Sensoren innerhalb der Anlage ist meist dezentral und deshalb sind mehrere Ethercat-Koppelmodule notwendig, um alle Sensorverstärker ins Netzwerk einzubinden. Das führt schnell zu höheren Kosten, die einen Einsatz dieser Lösung infrage stellen können. Dieses Problem hat Omron erkannt und eine Lösung entwickelt, die auf einem Master-Slave-Prinzip beruht und sich flexibel an die jeweilige Maschinensituation anpassen lässt. Es wird nur ein Ethercat-Koppelmodul benötigt, das als Master für weitere Sensor-Inseln dient.

Diese Inseln oder Slave-Module werden an den Stellen der Maschine platziert, wo sich die Sensorabfragen befinden und kommunizieren über einen internen Bus mit dem Master-Modul. Das Master-Modul sammelt die Daten und kommuniziert mit der Steuerung über Ethercat. Mit diesem Aufbau hat man die Vorteile der Ethercat-Kommunikation zu einem Bruchteil der Kosten, da die Slave-Module deutlich günstiger im Vergleich zum Master-Modul sind.

Omron, Tel.: 02173 6800-0, E-Mail: info.de@eu.omron.com