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Industrie 4.0 Pneumatik-Komponenten kommunizieren miteinander

Autor / Redakteur: Olaf Hagelstein / Stefanie Michel

Die wachsende Fertigungsautomation und der Wandel zur Industrie 4.0 bescheren dem Maschinenbau hohe Absatzzahlen. Gleichzeitig sind große Herausforderungen zu meistern: Die Kommunikationsfähigkeit wird immer wichtiger, ebenso die schnelle und sichere Anbindung von Komponenten. Hersteller und Lieferanten reagieren.

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Anhand eines Demonstrators zeigt SMC seinen Kunden die Möglichkeiten, die sich durch Vernetzung und dezentrale Intelligenz bieten.
Anhand eines Demonstrators zeigt SMC seinen Kunden die Möglichkeiten, die sich durch Vernetzung und dezentrale Intelligenz bieten.
(Bild: SMC)

Alle Experten sind sich einig: Auch in Zukunft wird die „time to market“ weiter schrumpfen und die Individualisierung von Produkten weiter fortschreiten. Waren früher in Zeiten der industriellen Massenproduktion vor allem Präzision, Taktfrequenz, Wiederholgenauigkeit und Langlebigkeit gefragt, steht heute die Flexibilität im Vordergrund. Statt vollkommen identische Arbeitsschritte tausendfach zu wiederholen, geht es mehr und mehr darum, schnell wechselnde Aufgaben flexibel zu meistern. Gleichzeitig müssen Maschinenhersteller ihre Produkte für den Einsatz in jedem Teil der Welt rüsten. Von den 220 Mrd. Euro Umsatz, die der deutsche Maschinenbau jährlich erzielt, gehen schließlich fast drei Viertel auf den Export zurück. Rund 46 % davon entstehen in der EU, der Rest im interkontinentalen Warenverkehr (siehe https://de.statista.com/statistik/daten/studie/3777/umfrage/umsatz-im-deutschen-maschinenbau-seit-1991/).

Vernetzung ist Trumpf: Komponenten werden zu Kommunikationspartnern

In der Entwicklung von Komponenten setzen die Hersteller von Ventilen, Reglern und Antrieben daher konsequent auf die Vernetzung. So werden aus den Arbeitstieren von früher clevere Kommunikationspartner der SPS.

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Viele Komponenten der Anbieter unterstützen bereits die komplette Palette der weltweit gängigen Kommunikationsprotokolle: Profinet, Ethernet/IPTM, Ethercat, Powerlink, Devicenet, CAN-Open, AS-Interface oder Profibus DP gehören vielfach zum Standard. Jetzt wird die Ausstattung mit IO-Link-Schnittstellen gepusht. Sie macht die dynamische Parametrierung möglich und bringt so die profitable Herstellung kleiner Losgrößen ein gehöriges Stück näher. Das große Plus dieser Technologie: die bidirektionale Kommunikationsfähigkeit. Maschinen- und Anlagensteuerungen senden damit nicht mehr nur in eine Richtung. Vielmehr erhalten sie jetzt auch von den Sensoren und Aktoren wichtige Informationen aus der Peripherie zurück: etwa über den aktuellen Status, über die Zahl absolvierter Zyklen, über Messwerte, Produkt-ID oder Messwerthistorien.

IO-Link-Technologie erweist sich als Türöffner für Industrie 4.0

Diesen Trend haben die Hersteller wie SMC Deutschland frühzeitig erkannt. Das Egelsbacher Unternehmen baut sein Sortiment seit geraumer Zeit kontinuierlich in Richtung IO-Link-Technologie aus. Erst kürzlich wurde in die seit Jahren etablierte ein IO-Link-Master integriert (V1.1). Dank des skalierbaren Aufbaus lassen sich damit bis zu vier Master schnell und einfach in eine EX600-Plattform mit Profinet-Schnittstelle verblocken. Angeschlossene IO-Link-Devices wie Ventilinseln, Sensoren und Regler können dann bei laufendem Betrieb neu parametriert werden. Rüstzeiten können weitgehend entfallen und schnell wechselnde Aufgaben problemlos bearbeitet werden.

Hochwertige Feldbusmodule verfügen in der Regel über eine hohe Schutzart. Sie sind staubdicht und überstehen sogar zeitweiliges Eintauchen in Flüssigkeiten (Schutzart IP67). Derart robust, können solche Systeme auch maschinennah platziert werden. Das eröffnet zusätzliche Freiheiten in der Konstruktion.

Komplexe Aufgaben mit kommunikationsfähigen Antrieben lösen

In der Praxis überwiegen die komplexen Aufgaben. Beim Greifen unterschiedlicher Gebinde in unsortierter Folge, beim Etikettieren verschiedenster Pakete oder beim Punktschweißen mit unterschiedlicher Lage und Anpresskraft muss sich die ausführende Peripherie permanent neu anpassen. Ohne bidirektional kommunikationsfähige Antriebe, die flexibel und schnell die wechselnden Koordinaten und Schaltpunkte umsetzen und ihrerseits permanent Informationen über die aktuellen Positions- und Kraftwerte an übergeordnete Feldbussysteme senden, sind solche Aufgaben nicht lösbar.

Anwender, die Schweißzangen oder Greifer häufig wechseln müssen oder in hochdynamischen Anwendungen wie der Robotertechnik arbeiten, wissen die drahtlose Anbindung zu schätzen. Sie gelingt je nach Modell meist schnell und die Bewegungsfreiheit von Rotationstischen oder Roboterarmen steigt ohne die störenden Kabelstränge deutlich. Viele Feldbussysteme koppeln innerhalb von Sekundenbruchteilen über Entfernungen von bis zu 10 m. Dadurch ist diese komfortable und schnelle Anbindung auch bei größeren Anlagen zu realisieren. Auf eine Besonderheit ist bei der EX600-WEN-Serie zu achten: SMC setzt bei den drahtlosen Feldbussystemen auf den 2,4-GHz-Frequenzbereich, weil in diesem Frequenzband Störfrequenzen im industriellen Umfeld weitgehend ausgeschlossen werden können.

Immer mehr Anwender müssen ihre Netzwerke in schwierigen elektromagnetischen Umgebungen betreiben. Daraus leitet sich ein neuer Trend ab: Weil die mit einfachem Kupferkabel verbundenen Systeme zunehmend an ihre Grenzen stoßen und störanfälliger reagieren, setzen einige Hersteller auf die Lichtwellenleitung. Aktuell hat SMC als einer der ersten Hersteller ein Feldbussystem vorgestellt, welches wahlweise mit Kupferkabel oder Lichtwellenleiter geliefert werden kann.

Durch integrierten Zykluszähler Wartung vorausschauend planen

Bei den Übertragungsgeschwindigkeiten arbeiten fast alle IO-Link-Hersteller mit dem 230 Kbit/s schnellen COM-3-Standard. Damit sind kurze, präzise Schaltzeiten mit hervorragender Wiederholbarkeit möglich. Einige Modelle verfügen zusätzlich über einen integrierten Zykluszähler. Das erlaubt die vorausschauende Planung von Wartungsintervallen oder auch den Austausch am Lebensende angeschlossener Komponenten.

Hochwertige Magnetventile zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus. Hagelstein verweist auf die eigene Serie New SY. Hier schaffen die Modelle mit weich dichtendem Schieber 70 Mio. Zyklen, mit Stahlschieber sogar 200 Mio. Zyklen. Als IO-Link-fähige Komponenten senden sie rechtzeitig Informationen über den zu erwartenden Austausch an einen übergeordneten Instandhalter, bevor störungsbedingte Stillstände entstehen. Die SMC-Experten sind sich sicher: Am Ende trägt die IO-Link-Technologie also auch zu höheren Maschinenverfügbarkeiten bei.

* Olaf Hagelstein ist Product Manager bei der SMC Deutschland GmbH in 63329 Egelsbach

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