Positionsmessung plus Zustandsüberwachung

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Drehgeber mit IO-Link für I4.0-Anwendungen

Positionsmessung plus Zustandsüberwachung
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IO-Link Drehgeber ENA58TL
Archiv | 04.05.2021 | Drehgeber helfen bei der Steuerung, indem sie die Maschinenbewegung präzise erfassen. Mit Zusatzfunktionen können sie weitere Zustandsdaten liefern und wesentlich zur Instandhaltung von Anlagen und Maschinen beitragen. Eine IO-Link-Schnittstelle ermöglicht den ungehinderten Informationsfluss inklusive Zugriff auf detaillierte Identifikations-, Diagnose- und Parametrierdaten. Pepperl+Fuchs bietet eine breite Palette von Absolutwertdrehgebern mit dieser Ausstattung an.

  • IO-Link für ungehinderten Datenfluss
  • Detaillierte Zustandsüberwachung (Condition Monitoring)
  • Vorausschauende Wartung Instandhaltung mit erweiterbaren Funktionen (Predictive Maintenance)
  • Individuelle Softwareeinstellung ab Werk als Option
  • Viele mechanische Varianten
  • Umfassende Konfigurierbarkeit, minimierte Lagerhaltung
Ein ungeplanter Maschinenstillstand ist immer ein Worst-Case-Szenario. Die Ursachenanalyse, und die anschliessende Instandsetzung“ kosten Zeit und Geld. Noch teurer kann ein unvorhergesehener Produktionsstillstand werden, mit verzögerter Auslieferung und anderen Folgewirkungen. Es lohnt sich also, sich mit Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und vorausschauender Instandhaltung (Predictive Maintenance) zu beschäftigen. Durch die detaillierte Analyse von Sensordaten können zuvor unbekannte Korrelationen aufgedeckt und Scheinkorrelationen als solche erkannt werden. Eine Nachrüstung mit herkömmlichen Mitteln, um den aktuellen Maschinenzustand zu visualisieren oder die Ausfallwahrscheinlichkeit abzuleiten kann jedoch erheblichen Aufwand erfordern. Oft stehen auch die dafür benötigten Basisdaten in der Anlage gar nicht zur Verfügung. 

Intelligente Kommunikation mit IO-Link
Mit dem Einsatz intelligenter, kommunikationsfähiger Drehgeber eröffnen sich hier neue Möglichkeiten. Bei minimalem Aufwand für Investition und Inbetriebnahme können sie zu einer hohen Verfügbarkeit der Maschinen beitragen und die Zuverlässigkeit der Prozesse absichern helfen. Der weltweit verbreitete IO-Link-Standard bildet hier eine bewährte und kostengünstige Grundlage für die Akquise und den Austausch von Daten parallel zur Maschinensteuerung, die davon nicht beeinträchtigt wird. Pepperl+Fuchs gehört zu den ersten Anbietern von Drehgebern mit IO-Link-Schnittstelle und verfügt über eine breite Palette solcher Geräte in vielen mechanischen Varianten. 
Die Basis bilden die magnetischen Drehgeber der Baureihe ENA**TL mit einer Gesamtauflösung von bis zu 31 Bit. Sie liefern zuverlässig hochpräzise Positionsdaten, auch unter schwierigsten Bedingungen. Die IO-Link-Schnittstelle hat mit COM3 die höchstmögliche Übertragungsgeschwindigkeit und erlaubt einen Datentransfer mit 230,4 kBit/s. Die parametrierbare Multiturn-Information kann auch zyklisch ablaufende Anwendungen abbilden. Dreht die rotierende Komponente immer in dieselbe Drehrichtung, kann man am Drehgeber die Überschreitung eines bestimmten Positionswertes als Null-Stellung definieren (Overflow-Funktion). Von dort beginnt die Zählung der Positionswerte von neuem. Mit der Preset-Funktion ist der Sensor ausserdem in der Lage, durch Schlupf verursachte Ungenauigkeiten auszugleichen. Er kann im laufenden Betrieb seine Positionswerte anpassen, aufwendiges Nachjustieren wird überflüssig. 

Detaillierte Analysedaten
Der Sensor gibt aber nicht nur präzise Positionswerte aus, sondern misst zugleich die Umgebungstemperatur. Der Temperaturwert wird den eingestellten Parametern entsprechend, zyklisch übertragen und ermöglicht eine permanente Messwertkontrolle. Er dient als Zusatzinformation, aus der sich Rückschlüsse auf den Zustand der Maschine ziehen lassen. Konfigurierbare Statusbits – auch Signal-Flags genannt – unterstützen die Erkennung kritischer Maschinenzustände anhand definierter Positions- und Temperaturbereiche. Weitere Produktvarianten des Absolutwertdrehgebers, die kurz vor der Markteinführung stehen, können ausserdem die Schwingung von Anlagenkomponenten messen. Diese Grösse kann zum Beispiel bei Förderbändern Auskunft über die Gurtzentrierung oder über den Zustand von Lagern oder Walzen geben und damit Verschleissteile direkt überwachen. Zusammen mit den Messwerten der Rotationsgeschwindigkeit, der Beschleunigung, der mechanischen Wellenbelastung und der Schockerkennung ergibt sich ein granulares Bild von Zustand und Funktion der Maschine, ohne dass sich die Prozessdatenstruktur verändert. Die vorausschauende Wartung kann sich am konkreten Bedarf orientieren, was zugleich den gesamten Instandhaltungsaufwand reduziert und ungeplantem Stillstand vorbeugt. 
Die IO-Link-Schnittstelle erlaubt dem Drehgeber, sämtliche Statusinformationen bereits mit den zyklischen Prozessdaten zu übermitteln und parallel zur Steuerung zur Verfügung zu stellen. Für den ersten Schritt der Weiterverarbeitung sorgen IO-Link-Master, die für Standardprotokolle ausgelegt sind. Pepperl+Fuchs hat als erster Hersteller einen IO-Link-Master mit einer Schnittstelle für OPC UA auf den Markt gebracht. Auf der Netzwerk-Seite gewährleistet der Master die Anbindung an Profinet oder Ethernet IP (jeweils inklusive Modbus TCP). 

Parametrierung und Wartung
Die Drehgeber der Baureihen ENA**TL-IO-Link können in umfassender Varianz parametriert werden. Auf diese Weise lässt sich derselbe Gerätetyp in ganz unterschiedlichen Anwendungen einsetzen, die Lagerhaltung von Ersatzgeräten wird minimiert. Auf Wunsch werden die Drehgeber auch bei geringen Stückzahlen ab Werk vorkonfiguriert und bereits mit individuellen anwendungsspezifischen Geräteeinstellungen ausgeliefert. 
Zudem stehen die Identifikationsdaten des Sensors auch im IO-Link-Master zur Verfügung, was den Gerätetausch drastisch vereinfacht: Beim Einbau des Ersatzgerätes überträgt die Data-Storage-Funktion des IO-Link-Masters alle definierten Parameter automatisch. Zudem gibt es eine Reset-Funktion, um zum Beispiel einen anwendungsspezifischen Auslieferungszustand der Parameter-Settings wiederherzustellen. Der unvermeidliche Stillstand, etwa bei einer geplanten Wartung oder einer Reparatur, wird so deutlich verkürzt. Hier hilft auch die Lokalisierungsfunktion – dieser Pepperl+Fuchs-Standard ist in allen IO-Link-Geräten einheitlich implementiert. Mit ihm werden die Signal-LED per Kommando in einen auffällig blinkenden Zustand versetzt, damit der Techniker die Sensoren in der Anlage leicht erkennt.

Fazit

Absolutwertdrehgeber mit IO-Link-Schnittstelle von Pepperl+Fuchs ermöglichen den Einstieg in Condition Monitoring und Predictive Maintenance mit minimalem Aufwand. Die zukunftssichere IO-Link-Plattform erlaubt zugleich die Implementierung in Anwendungen im Sinne von Industrie 4.0 und IIoT. Neben der präzisen und zuverlässigen Messung der Drehbewegung bieten die Geräte eine Palette von Zusatzfunktionen, mit denen der Maschinenzustand detailliert analysiert und die nötige Wartung punktgenau geplant werden kann. Die überschaubare Investition wird durch reduzierte Stillstandzeiten und eine hohe Anlagenverfügbarkeit schnell amortisiert. Die optimale Anpassung an die Applikation sowie kundenspezifische Konfiguration können ab Werk schon bei geringen Stückzahlen realisiert werden.

Rubriken: Drehgeber, IO-Link

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