IO-Link als Schnittstelle zwischen E/A- und Feldebene beim Sondermaschinenbauer SMR

Digitaler Kosten-Dämpfer

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Gerade Sondermaschinenbauer wissen Lösungen zu schätzen, die Herstellungsprozesse einfacher und schneller machen und gleichzeitig die Kosten senken. Welche Vorteile IO-Link als digitale Kommunikationsschnittstelle zwischen E/A- und Feldebene bietet, wenn neben IO-Link-fähigen Sensoren und Baugruppen noch viele Standard-Sensoren im Einsatz sind, veranschaulicht SMR, Hersteller komplexer Montagemaschinen.

„Mit IO-Link bleibt uns einfach mehr Zeit, um die Maschine zu testen und für die endgültige Abnahme vorzubereiten“, fasst Christian Wüst, Geschäftsführer der SMR Sondermaschinen GmbH, seine Erfahrungen zusammen und betont: „Das gibt uns genau den Puffer, den wir als Sondermaschinenhersteller brauchen.“ Das 1991 gegründete Unternehmen mit Sitz in Wutha-Farnroda entwickelt und fertigt mit 23 Mitarbeitern sowohl einzelne Automatisierungskomponenten als auch komplette Montageautomaten. Es nutzt die Vorteile der Schnittstelle IO-Link, um sowohl IO-Link-fähige Sensoren und Aktuatoren als auch eine große Zahl nicht IO-Link-fähiger Devices an einer Montageanlage für Ventile kostengünstig an die Maschinensteuerung anzubinden.

Die neue Sondermaschine zur Montage von Ventilen, die SMR für einen Zulieferer eines Hausgeräteherstellers entwickelt hat, montiert in einem 20-stufigen Prozess vollautomatisch aus zwölf so unterschiedlichen Komponenten wie Kunststoffteilen, O-Ringen und Druckfedern einbaufertige und dichtigkeitsgeprüfte Ventile.
Auf je einem Werkstückträger durchlaufen dazu zwei Ventil-Baugruppen im 6-Sekundentakt gleichzeitig die rund um das Transportband angeordneten, hoch spezialisierten Montage-stationen. Für den reibungslosen Informationsaustausch zwischen Materialfluss und Steuerung sorgt das Identifikationssystem BIS L, eine industriebewährte RFID-Lösung, die Balluff für extrem raue Umgebungen entwickelt hat. Kommt es zu einem Montagefehler, weil beispielsweise die Abmessungen eines Dichtrings die erlaubten Toleranzen überschreiten, wird der Werkstückträger zwar weitertransportiert, aber an der nächsten Position die Montage des betroffenen Ventils nicht mehr fortgesetzt. Drei Prüfschritte, bei denen die Dichtigkeit des Ventils in der Grund- und in der Arbeitsstellung sowie die Federkraft der Ventile vollautomatisch kontrolliert werden, stehen am Ende des Montageprozesses, bevor die fertig montierten Ventile in einem Pufferbereich gesammelt werden.
Nie wieder tagelang Strippen ziehen
„Bei uns muss der Elektriker nicht mehr tagelang Strippen ziehen. Mit IO-Link entfällt an Maschinen und Anlagen die aufwändige Parallelverdrahtung und damit der enorme Zeitaufwand“, schildert Christian Wüst seine Erfahrungen mit dem feldbusunabhängigen Interface. Die Schnittstelle IO-Link macht die binäre Punkt-zu-Punkt-Verbindung dialogfähig. So lässt sich bei Maschinen der Datenengpass auf der Aktor-/Sensorebene beseitigen, der immer auftritt, wenn über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zusätzlich zum Prozesssignal Parameter-, Diagnose- und Statusdaten zu übertragen sind. IO-Link gelingt dies, weil es zur Datenübertragung sowohl über einen Prozess- als auch über einen Servicekanal verfügt. Die Übertragung zusätzlicher Informationen bis an die Steuerungsebene erfordert damit erstmals keine mehradrigen Sonder- und Spezialkabel und zusätzliche Schnittstellen wie man es von konventioneller Technik her kennt.
Auch auf sonst übliche Anschaltboxen im Feld oder teure Einsteckkarten in der Steuerung kann man verzichten. Es reicht ein kostengünstiges, ungeschirmtes dreiadriges Standardkabel, wie es in der gesamten restlichen Installation ohnehin bereits verwendet wird.
Kernstück der Installation sind Balluff-IO-Link-Master für Profibus. Sie machen die IO-Link-fähigen Devices – in diesem Applikationsbeispiel das Identifika- tionssystem BIS L und Ventilstecker für Ventilinseln – für die Steuerungsebene verfügbar. Sie verfügen dazu jeweils über vier IO-Link-Ports. Der gesamte Datenaustausch zwischen Master und Sensor/Aktuator wird über ein dreiadriges Standard-Verbindungskabel abgewickelt. Zusatzkabel, geschirmte Sonderkabel und unterschiedliche Typen von Anschaltboxen entfallen. Dies trifft auch für den Anschluss herkömmlicher schaltender Sensoren/Aktuatoren zu, für die der Master auch noch vier Standard-IO-Ports (SIO-Ports) bereit hält, die jeweils doppelt belegt sind und vom Anwender frei auf Ein- oder Ausgang konfiguriert werden können.
Die IO-Link-Devices der Applikation
Das Identifikationssystem BIS L besteht aus einem robusten, kreisrunden Datenträger an jedem Baugruppenträger, einem Lesegerät an jeder der Bearbeitungstationen einschließlich der dazugehörigen IO-Link-Auswerteeinheit. Um die Daten zu erfassen, sendet der Lesekopf – der Kommunikationspartner des Datenträgers – ein 125 kHz-Energiesignal. Der Datenträger bezieht daraus berührungslos seine Energie und sendet anschließend seine individuelle Identnummer an das Lesegerät zurück. Die IO-Link-Auswerteeinheit wiederum verwaltet dabei als Bindeglied zwischen Steuerung und Datenträger den Datentransfer.
Balluffs IO-Link–Ventilstecker BNI IOL-75x verbinden bei SMR prozessnah jeweils die acht Doppelventile der installierten Ventilinseln mit der Steuerungsebene in bewährter IO-Link-Manier via IO-Link-Master Box. Weil die „Intelligenz“ im Stecker sitzt, ändert sich an der Ventilinsel mit ihren einzelnen Ventilen zur Ansteuerung der pneumatischen Aktoren nichts. Der Monteur muss lediglich den Ventilstecker auf die Ventilinsel schieben. Am schraubbaren M12-Stecker am anderen Ende dockt ein gewöhnliches 3-adriges Standardkabel an und übernimmt die komplette elektrische Ansteuerung sowie den Transport sämtlicher Prozess- und Servicedaten von und zur Ventilinsel.
Geringer Installationsaufwand auch für Standard-Sensoren
Auch bei Standard-Sensoren verringert sich mit IO-Link der zeitliche Installationsaufwand gegenüber bisherigen Lösungen dramatisch, was bei größeren Anlagen mehrere Manntage ausmachen kann. So lassen sich die zahlreich verbauten Standardsensoren, beispielsweise Gabellichtschranken oder induktive und magnetfeldempfindliche Sensoren problemlos über die neuen Sensorhubs von Balluff in Schutzart IP67 verkabeln. Diese sammeln die Signale der schaltenden Sensoren ein und bündeln dabei je nach Variante 8 beziehungsweise 16 Eingänge auf einen IO-Link-Port, um sie dann per Dreidrahtleitung via IO-Link und Master der Maschinensteuerung zur Verfügung zu stellen.
Da jedes Modul der Montageanlage über eigene Sensorhubs und Master verfügt, über die die jeweiligen Sensoren und Aktoren angebunden sind, ist es vollkommen autark. „Dies hat für uns enorme Vorteile“, erklärt SMR-Geschäftsführer Wüst. „Wir müssen, um die einzelnen Module für den Transport vorzubereiten, lediglich Steckverbinder lösen. Dank IO-Link sind weder Kabel abzuklemmen noch Steckverbinder zu konfektionieren. Diese Arbeiten und auch den nachherigen Zusammenbau kann jetzt ein Mechaniker alleine vor Ort vornehmen ohne einen zusätzlichen Elektriker hinzuziehen zu müssen.“
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Basierend auf dem brandneuen Standard Wireless-IO-Link zeigt Timo Mauderer, Leiter Vorentwicklung bei der Zimmer Group den intelligenten Roboterflansch, der kabelgebundene mechatronische Greifer mit wireless-IO-Link verknüpft und somit eine externe Roboterverkabelung in vielen Fällen überflüssig macht.

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