Mit EtherNet/IP können sowohl Sensor/Aktor- als auch Parameterdaten in Echtzeit übertragen werden. Durch die neue Quick Connect-Technologie lassen sich Stillstandzeiten von Industrierobotern infolge von Werkzeugwechseln auf ein Minimum reduzieren. Dazu muss diese Technologie jedoch in den aktiven Netzwerkkomponenten implementiert sein. Ein wichtiges Glied in der Kette sind E/A-Module, die wie die neuen Geräte der LioN-R-Familie für EtherNet/IP aus dem Lumberg-Automation-Produktprogramm von Belden Quick Connect unterstützen.
Der Autor: Toni Hauert, Business Development Manager, Belden Deutschland, Neckartenzlingen
E/A-Module fungieren bei allen Kommunikationsstandards, also nicht nur bei EtherNet/IP, als Schnittstelle zwischen der Feld- und der Leitebene industrieller Netzwerke. Mit anderen Worten: Die Module bündeln die Signale der Maschinen und übertragen diese anschließend an die Steuerungen. Das sorgt nicht nur für eine sichere Datenkommunikation, sondern ermöglicht auch eine Reduzierung der Verdrahtung und damit der Kosten für Installation und Wartung. Außerdem können Anlagen einfach und schnell erweitert werden.
Ein Beispiel für das Einsatzszenario von E/A-Modulen in EtherNet/IP-Netzwerken ist die Anbindung von Industrierobotern. Um ein und denselben Roboter für unterschiedliche Arbeitsvorgänge einsetzen zu können und so die Wirtschaftlichkeit der Produktionsprozesse zu erhöhen, lassen sie sich mit unterschiedlichen Werkzeugen etwa für Fräsen, Greifen oder Schweißen bestücken. Dazu muss allerdings jedes Mal der Arbeitsvorgang beendet, das Werkzeug ausgebaut und zu einem Lagerplatz gebracht werden und umgekehrt. Früher wurde dies manuell gemacht. Mittlerweile gibt es jedoch Industrieroboter mit ATC-Technologie (Automatic Tool Change), d.h. mit automatischem Werkzeugwechsel.
Turbo für automatischen Werkzeugwechsel
Bei der ATC-Technologie ersetzt die Datenkommunikation sozusagen die Hände und das Wissen der Menschen. Denn der Bediener muss lediglich im System das betreffende Werkzeug auswählen. Danach werden die Parameter in die Steuerung eingelesen und der Werkzeugwechsel automatisch durchgeführt. So wird der Vorgang erheblich beschleunigt. Außerdem werden Fehler durch den Faktor Mensch ausgeschlossen und Wartungsarbeiten erleichtert, da sich das Werkzeug in eine ergonomisch günstige Position fahren lässt.
Welche Rolle spielen E/A-Module bei einem automatischen Werkzeugwechsel? Wie bereits erwähnt, fungieren sie als Schnittstelle zwischen Maschinen und Steuerungen. Für den Wechsel der Werkzeuge eines Industrieroboters muss die Spannungsversorgung der E/A-Module erst aus- und danach wieder eingeschaltet werden. Bis das Modul im EtherNet/IP-Netzwerk erneut erkannt wird, können bis zu zwölf Sekunden vergehen. Das erscheint auf den ersten Blick nicht weiter tragisch. Aber angesichts von durchschnittlich 20 Werkzeugwechseln pro Tag und – angenommen – zehn Industrierobotern schlagen unter dem Strich 40 Minuten zu Buche – und dieser Wert nimmt mit jedem weiteren Roboter zu. Das kann schnell, salopp gesagt, richtig ins Geld gehen. Beispielsweise veranschlagen Automobilhersteller die Kosten von Stillstandzeiten mit bis zu 10 000 Euro je Minute.
Deshalb ist auf Betreiben der Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) und in enger Zusammenarbeit mit der US-amerikanischen Automobilindustrie die Quick Connect-Technologie entwickelt worden. Mit dieser Technologie werden die E/A-Module nicht erst nach zwölf Sekunden, sondern innerhalb von 500 Millisekunden wieder mit dem Netzwerk verbunden.
Das heißt, die 40 Minuten aus dem Beispiel reduzieren sich auf zwei. Um dies zu erreichen, werden einige Funktionen von EtherNet/IP wie Autocrossing und Autonegotiation im Quick Connect Modus deaktiviert und die Datenrate auf 100 Megabit pro Sekunde eingestellt.
Um die Leistung von EtherNet/IP-Netzwerken maximal nutzen zu können, lässt sich bei den E/A-Module der LioN-R-Familie die Quick Connect-Funktion direkt über die Steuerungen aktivieren. Durch eine kanalweise galvanische Trennung zwischen den Ein- und Ausgängen sowie EtherNet/IP werden die Steuerungen zuverlässig vor Störsignalen geschützt. Außerdem lassen sich Fehler mittels exakter Kanal- und Busdiagnose lokalisieren, was dafür sorgt, dass Maschinen schnell in einen sicheren Zustand versetzt werden können.
Fazit: Mit Quick Connect steht jetzt in EtherNet/IP-Netzwerken eine Technologie zur Verfügung, die für den automatischen Werkzeugwechsel von Industrierobotern ein Quantensprung darstellt. Denn die Stillstandzeiten verringern sich um nahezu 95 %. Das beschleunigt nicht nur die Produktionszyklen, sondern ermöglicht auch flexiblere Prozesse. Im Idealfall können komplette Industrieroboter eingespart und dadurch nicht nur die Investitionskosten, sondern auch die Kosten für Wartung und Reparatur reduziert werden. Davon profitieren alle Branchen, die auf einen hohen Automatisierungsgrad setzen, allen voran die Automobilindustrie. I
Halle 10, Stand 120
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