Komponenten & Peripherie

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Im Bereich der Installationstechnik schlummern im Maschinenbau immer noch umfangreiche Möglichkeiten zur Kostensenkung bei gleichzeitiger Pro-duktivitätssteigerung. So sind Sensoren und Aktoren nach wie vor über eine Viel-zahl ein-, mehradriger, geschirmter sowie ungeschirmter Leitungen, Reihenklem-men, Steckverbinder, Anschaltbaugrup-

pen, Gateways und IO-Baugruppen mit der E/A-Ebene verbunden. Damit einher geht ein hoher Aufwand unter anderem für die Elektromontage und die Inbe-triebnahme.

„Mit IO-Link verringert sich der Verka-belungsaufwand drastisch, was sich nicht nur in einer deutlichen Ersparnis bei den Materialkosten, sondern auch bei den Ar-

beitskosten nieder-schlägt“, schildert Benedikt Nillies, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei Leifeld [1], seine Erfahrungen mit der feldbusunabhängi-gen Schnittstelle IO-Link. Der Maschi-nenbauer nutzt die Schnittstelle, um sowohl IO-Link-fä-hige Sensoren als auch eine große An-zahl nicht IO-Link-fähiger Sensoren kostengünstig an die Maschinensteu-erung anzubinden.

Im Kern handelt es sich bei IO-Link um eine Punkt-zu-

Punkt-Verbindung, die den Datenengpass zwischen Bus- und Feldebene beseitigt. Dieser Engpass tritt in der Regel dann auf, wenn neben dem eigentlichen Pro-zesssignal auch Parameter-, Diagnose- und Statusdaten übertragen werden. IO-Link bietet hier den Vorteil der einfach steckbaren Dreidrahtleitung zwischen IO-Link-Master und IO-Link-Device, unab-hängig von dessen Komplexität. Mehrad-rige Sonder- und Spezialleitungen sowie

die diversen Schnittstellen sind somit hinfällig. Auch die Anschaltboxen im Feld oder die Einsteckkarten in der Steu-erung entfallen.

Die Hochleistungs-Drückmaschinen

Das Unternehmen Leifeld mit Sitz im westfälischen Ahlen ist auf die Entwick-

lung und Fertigung von Werkzeugma-schinen zur spanlosen Metallumformung spezialisiert. Über 6 000 solcher Maschi-nen hat das Unternehmen in den vergan-genen 100 Jahren verkauft. Einer der Hauptumsatzträger des Maschinenbauers sind CNC-gesteuerte Hochleistungs-Drückmaschinen der Baureihe PNC, die unter anderem im Maschinenbau, bei Haushaltswaren-, Behälterböden- und Lampenherstellern, der chemischen In-dustrie sowie Unternehmen aus dem Luft- und Raumfahrtbereich eingesetzt werden.

Die Hochleistungs-Drückmaschine PNC 206 (Bild 1) ist kompakt gebaut und verfügt neben einer kombinierten PNC/CNC-Steuerung über einen Sechsfach-Werkzeugrevolver. Dank ihrer massiven Bauweise arbeitet die Maschine beson-ders vibrationsfrei. Dadurch lassen sich beliebige, dünnwandige Werkstücke bei

Dr. Detlef Zienert ist zuständig für Public Relations, Media Communica-tion und Marketing Services bei der

Balluff GmbH in Neuhausen.

E-Mail: Detlef.Zienert@balluff.de

Mit IO-Link Einsparpotenziale bei Hochleistungs-Drückmaschine heben

Der herstellerübergreifende Kommunikationsstandard IO-Link steht für zeit- und kostensparende Installationsprozesse sowie für transparente und effiziente Betriebskonzepte. Dies haben auch die Konstrukteure der Leifeld Metal Spinning GmbH er-kannt, als sie die Hochleistungs-Drückmaschine PNC 206 mit IO-Link ausgerüstet haben und dadurch Kosteneinsparpotenziale heben konnten. Der Sensorikspezialist und Networking-Anbieter Balluff lieferte neben den IO-Link- und Profibus-Komponenten auch viele der verbauten Sensoren.

Detlef Zienert

Bild 1. Mit IO-Link konnte Leifeld an der Hochleistungs-Drückmaschine PNC 206 Kosteneinsparpotenziale mobilisieren

Bild 2. Mit der Drückmaschine lassen sich beliebige Hohlkör per, wie Reflektoren, Behälterböden, Lüfterteile usw., mit engen Toleranzen und besten Oberflächen herstellen

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hohen Umformgeschwindigkeiten in gu-ter Qualität herstellen. Die Bedienung ist praxisgerecht und schnell erlernbar. So lässt sich mit der Playback-Steuerung (PNC) der Drückprozess für jedes neue Werkstück individuell auch ohne CNC-Kenntnisse per Joystick und Potentiome-ter programmieren.

Ein typischer Fertigungsablauf für ei-nen Behälterboden beispielsweise sieht dann folgendermaßen aus: Der Werker spannt einen kreisförmigen Blechzu-schnitt, die „Ronde,“ vor die Stirnseite eines Drückfutters, dessen Geometrie ex-akt der Innenform des zukünftigen Werk-stücks entspricht. Die Hauptspindel der Drückmaschine versetzt die Ronde in Ro-tation und die eigentliche Umformung der Ronde zum Bauteil erfolgt dann in mehreren Stufen. Dabei wirken gesteuer-te Druckkräfte so auf ein Werkzeug, in diesem Fall eine Drückrolle, dass das Material Schritt für Schritt von der Mitte der Ronde zum Rand und wieder zurück bewegt wird. Durch das Fortschreiten dieser Bewegung in axialer Richtung nä-hert sich die Ronde nach und nach der Geometrie des Futters an. Ein abschlie-ßender Glättüberlauf sorgt anschließend noch für die erwünschte Oberflächen-qualität. Das Resultat sind beliebige Hohlköper, wie Reflektoren, Behälterbö-den, Musikinstrumente und Lüfterteile, auch mit komplizierter bzw. komplexer Geometrie, mit engen Toleranzen und besten Oberflächen (Bild 2).

IO-Link-Systemkomponenten Kernstück der PNC 206 Maschinenins-

tallation sind Profibus-IO-Link-Master. Sie machen die IO-Link-fähigen Baugrup-pen für die Steuerungsebene verfügbar. Zudem sind sie mit jeweils vier IO-Link-Anschlüssen ausgestattet. Der gesamte Datenaustausch zwischen Master und Sensor/Aktuator wird über eine steckbare dreiadrige Standardleitung abgewickelt. Zusatzleitungen, geschirmte Sonderlei-tungen und unterschiedliche Typen von Anschaltboxen entfallen. Dadurch mini-miert sich der Verkabelungsaufwand.

Gerade bei mehrkanaligen binären Ge-räten, wie Reihengrenztaster mit mehre-ren Schaltstellen, wie sie an der Leifeld-Drückmaschine unter anderem am Ron-de-Gegenhalter zur Festlegung der End-lagen eingesetzt werden, schlägt sich deren interne Komplexität (Anzahl der Schaltstellen, evtl. zusätzliches Analog-sig nal) nicht im Installationsaufwand nieder. Waren bisher je nach Anzahl der Schaltstellen unterschiedliche Bele-gungspläne zu beachten, standardisiert IO-Link nun die Verbindung dieser Gerä-te auf immer dieselbe Art und Weise. Es genügt die dreiadrige Standard-Sensor-leitung. Die Geräte müssen nun zum An-schluss nicht mehr geöffnet werden. Die Geräteschutzart, zum Beispiel IP67, ist werkseitig garantiert und muss nicht erst im Feld durch Kabelverbindungen, Dich-tungen oder Ähnliches sichergestellt werden (Bild 3).

Anbindung an Sensorhubs Der neue Kommunikationsstandard ist

darüber hinaus abwärtskompatibel zu sämtlichen Standardsensoren und un-empfindlich gegenüber Störeinflüssen. Das vereinfacht den gesamten Installa-tionsprozess, weil die Verkabelung schneller durchgeführt werden kann. Zu-dem werden Materialkosten eingespart.

An den Stellen, an denen bislang in einer Anlage durch die Parallelverdrah-tung konventioneller binärer Sensoren Kabelbäume entstanden sind, reicht heu-te unter IO-Link für die Signalübertra-gung eine einfache dreiadrige unge-schirmte Sensor-/Aktorleitung aus. Pas-send dazu bietet Balluff [2] M8- oder M12-Sensorhubs an (Bild 4). Diese sam-meln in der Anlage die Signale der ein-fach schaltenden Sensoren, zum Beispiel

induktive Näherungsschalter, ein und bündeln je nach Variante acht oder 16 Eingänge steckfertig auf einen IO-Link-Anschluss, um sie dann per IO-Link-Master über Profibus an die Maschinen-steuerung weiterzuleiten (Bild 5). Damit sinkt auch das Fehlerrisiko.

Bild 3. Unter IO-Link genügt zum Anschluss mehrkanaliger binärer Geräte, wie IO-Link-Reihengrenztaster, mit mehreren Schaltstellen eine dreiadrige Standardleitung. Die Geräte müssen nun zum Anschluss nicht mehr geöffnet werden. Somit ist die Geräteschutzart werkseitig garantiert und muss nicht erst im Feld durch Dichtungen oder Ähnli ches sichergestellt werden

Bild 4. Sensorhubs von Balluff sammeln in der Anlage die Signale der einfach schalten den Sensoren und bündeln je nach Variante acht oder 16 Ausgänge steckfertig auf einen IO-Link-Anschluss

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Weitere Möglichkeiten bei Parametrierung und Diagnose

Der nächste logi-sche Schritt bei Lei-feld wären paramet-rierbare und diagno-sefähige IO-Link-fä-hige Aktuatoren und Sensoren. Diese wür-den dem Maschinen-bauer erneute Ratio-nalisierungspoten-ziale eröffnen. So gibt es heute eine Viel-zahl intelligenter Aktoren und Senso-ren, die mit nützli-chen Zusatzfunktio-nen ausgestattet sind. Mit ihnen lässt sich am Ort des Ge-schehens mehr als nur das eigentliche Schaltsignal erfas-sen. Zudem ist somit beispielsweise ein Condition Monito-ring der angeschlos-senen Sensoren/Ak-toren durchführbar.

IO-Link eröffnet ohne proprietäre Schnittstellen den Zugriff auf die Pro-zess- und Feldgeräte. Musste man früher

bei einer Störung Quelle und Ursache recherchieren, erlauben moderne Diag-nose-Tools – bei entsprechender Berück-sichtigung in der Steuerung – jetzt den direkten Blick zu jedem Aktuator und Sensor. Und auch die Parametrierung bei einem Sensor- oder Aktortausch, zum Beispiel im Servicefall, erfolgt mit para-metrierbaren IO-Link-Sensoren zügig. Der Anwender lädt dazu die zentral hin-terlegten Parameterdaten per Funktions-baustein in das entsprechende Feldgerät, was sich ebenfalls automatisieren lässt. Und auch im praktischen Betrieb ließe sich dann bei einem Format- oder Rezep-turwechsel mit IO-Link Zeit sparen. So könnte man die Adaption auf unter-schiedliche Werkstücke „on the fly“ durchführen, wodurch Rüst- und Ein-stellzeiten auf ein Minimum reduziert würden.

FazitMit IO-Link spart man nicht nur bei

den Gestehungs- und Folgekosten. Die Vorteile erstrecken sich über den gesam-ten Maschinen-Lifecycle, also bei Pla-nung, Fertigung, Montage, Inbetriebnah-me, während des laufenden Betriebs so-wie bei Service und Wartung. Außerdem profitiert der Kunde langfristig von einer höheren Maschinenverfügbarkeit.

Literatur

[1] Leifeld Metal Spinning GmbH, Ahlen: www.leifeldms.de

[2] Balluff GmbH, Neuhausen: www.balluff.de n

Bild 5. Kernstück der Installation sind Balluff-IO-Link-Master für Profibus. Sie machen die IO-Link-fähigen Devices für die Steuerungs ebene verfügbar