Mehr Performance mit IO-Link
Mit IO-Link lässt sich die Maschinenperformance gezielt steigern – sofern das Gesamtpaket stimmt. Zwei Beispiele aus der Praxis verdeutlichen dies: Bei dem einen handelt es sich um den Einpressvorgang in der Serienfertigung, bei dem anderen um die Positionsüberwachung in der Robotik.
IO-Link erreicht heute Geschwindigkeiten auf dem Niveau konventioneller Signale. Durch Zusatzdaten, vereinfachte Verdrahtung und leichte Integration bietet IO-Link Vorteile für Automatisierungsprozesse. Doch mit diesen Vorzügen ist das Potenzial der digitalen Schnittstelle noch nicht ausgereizt. Das intelligente Zusammenspiel von Sensoren, leistungsstarken Mastern und einem herstellerunabhängigen Konfigurationstool erhöht die Maschinenperformance: durch höhere Geschwindigkeit und Genauigkeit. Konkret gesagt: Die Genauigkeit – beispielsweise beim Positionieren – erhöht sich, wenn die Kommunikation zwischen den Positionssensoren und der Steuerung schneller abläuft. Zudem gibt es bei der digitalen Schnittstelle IO-Link keine Signalverluste wie bei Analogsignalen (wie 4...20 mA). Zwei Praxisbeispiele sollen dies veranschaulichen.
Beispiel Robotik: Genaue Überwachung
Ein Unternehmen verfolgte die Idee, mit modernen Antrieben seine eigenen Handling-Systeme und Roboter zu bauen und direkt von der Maschinensteuerung zu kontrollieren. Hierzu mussten die Entwickler allerdings die Positioniergenauigkeit und das Nachschwingen in den Griff bekommen. Sie suchten ein einfach zu nutzendes System, das den Roboter im Idealfall optisch in verschiedenen Positionen genau überwachen kann und dabei das Nachschwingen bis 40 Hz zuverlässig erfasst. Schnell stand fest: Die ideale Kombination sind zwei Laserdistanzsensoren OM30 von Baumer, die mit dem neuen IO-Link Maser CM50I direkt in die Ethercat-Steuerung integriert werden. Die Vorteile des Aufbaus: Erstens konnte so die 1-kHz-Messfrequenz des Sensors voll ausgeschöpft werden, was für die Frequenzanalyse noch zusätzlichen Puffer mitbrachte. Zweitens ließen sich die gemessenen Ist-Werte und die über die Antriebe gesteuerten Sollwerte direkt und zeitsynchron übereinanderlegen, was zusätzliche Einblicke in das komplexe Zusammenspiel der Antriebe mit der Mechanik brachte. Dritter Vorteil: Die Sensoren konnten sowohl für die Entwicklung als auch für die Serienmaschine ohne weitere Änderungen genutzt werden, da auch der Roboter direkt anhand der seriennahen Maschine entwickelt wurde. Ein aufwändiger Prototyp mit Laborequipment, der dann nochmals aufwändig zu einer Serienmaschine weiterentwickelt werden musste, entfiel damit.
Beispiel Einpressvorgang: Überwachung der Serienfertigung
Eine Standardaufgabe in Fertigungsprozessen ist das Einpressen von Komponenten. Vor allem bei hohem Durchsatz kommt es darauf an, die maximale Fertigungsgeschwindigkeit zu ermitteln, bei der die geforderte Qualität noch gewährleistet ist. Hier bringt der schnelle Austausch von Sensordaten, die das Baumer-IO-Link-Gesamtpaket aus smarten Sensoren, Mastern und Kabeln bietet, messbaren Mehrwert. Kraftsensoren messen den Einpressdruck und präzise Laserdistanzsensoren überwachen die Position des einzupressenden Teils. Aus der Kombination der beiden ergibt sich ein Kraft-Weg-Diagramm mit markanten Kraftpunkten während des Einpressens. Hier kann man gut erkennen, ob die entstandenen Kräfte innerhalb der Toleranz sind oder zu groß werden. Auch lässt sich später in der Serie erkennen, wenn ein Teil beim Einpressen verkantet, da dann die Kräfte sprunghaft ansteigen – vor allem an Weg-Positionen, bei denen kaum Kraft entstehen sollte.
Durch die Datenübertragung in nahezu Echtzeit können sich die Entwickler einfach und schnell an die optimalen Maschineneinstellungen herantasten. Für den einfachen Überblick über alle Sensordaten sorgt die Software Baumer-Sensor-Suite. Sie zeigt mit ihrer intuitiven Oberfläche an, was der Sensor sieht, und erlaubt die einfache Parametrierung der angeschlossenen Sensoren und Aktoren. Der eigentliche Clou des IO-Link-Gesamtpakets liegt auch bei diesem Beispiel in der Zeitersparnis zwischen Testen und Implementierung in die Serienfertigung. Der Entwicklungsaufbau entspricht dem Serienaufbau. Und weil die abgespeicherten Sensor- und Aktoreneinstellungen aus dem Testaufbau eins zu eins in die Produktion übernommen werden können, verliert das Unternehmen keine weitere Zeit.
Der neue IO-Link-Master im Einsatz
Ein Kernelement des Baumer-IO-Link-Gesamtpakets für hohe Geschwindigkeiten ist der IO-Link Master. Die neueste Master-Generation ermöglicht schnellste Zykluszeiten, auch mit echtzeitfähigen Feldbus-Systemen wie Profinet IRT und Ethercat. Bisher haben viele IO-Link-Master zur Steuerung nur eine Zykluszeit von 10 ms erreicht. Das macht Baumer-Laserdistanzsensoren wie den OM30 oder Messverstärker zur Kraftmessung wie den DAB10 mit je 1 ms Zykluszeit um Faktor 10 langsamer. Der neue Master kann IO-Link-seitig sogar bis 400-µs-Zykluszeit erreichen. Selbst via Profinet auf Siemens-Steuerungen werden 1-ms-Zykluszeit erreicht. Hier lassen sich die oben genannten IO-Link-Sensoren mit voller Performance nutzen. Damit gelingen präzise Kraft-Weg-Kurven, Positionieraufgaben laufen erheblich genauer oder schneller ab, und, wie im oberen Beispiel, kann ein Abschalten bei Verkanten sehr schnell und direkt via IO-Link erfolgen und so das Werkstück und die Maschine vor Beschädigung schützen.
