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01 In dem Eirich-Mischsystem wird Bleipastiermasse für Autobatterien hergestellt

Mischsysteme mit IO-Link-Kommunikation

02 Im Kondensator oberhalb des eigentlichen Mischsystems überwachen und regeln unterschiedliche Sensoren und Aktuatoren den Prozess

03 Der Durchflusssensor SM9000 von IFM sitzt im Kühlkreislauf des Kondensators. Prozesswerte, Parameterwerte und Diagnoseinformationen werden über IO-Link zwischen Sensor und Steuerung ausgetauscht

04 Der Memory Plug liest und speichert die Daten eines angeschlossenen IO-Link- Sensors

05 Vom Leitstand aus hat der Bediener Zugriff auf jeden einzelnen Sensor und Aktuator in der Anlage. Das erleichtert die Diagnose

Die Maschinenfabrik Gustav Eirich setzt unter anderem in ihrem Mischsystem zur Herstellung von Bleipastiermasse Durchfluss- und Temperatursensoren von IFM Electronic ein. Dabei haben sich die Experten für die Kommunikation über IO-Link entschieden. Auf diese Weise können sie die Sensor-Parametrierung und -Diagnose einfach von zentraler Stelle aus vornehmen. Zudem ist der weltweite Zugriff auf jeden einzelnen Sensor möglich. Das bringt dem Anlagenbetreiber hohe Transparenz in der Prozessüberwachung.

Die Maschinenfabrik Gustav Eirich wurde 1863 gegründet. Aus einer Mühlenwerkstatt entstand im Lauf der Jahre eine weltweit tätige Unternehmensgruppe. Das strategische Zentrum mit den Bereichen Produktion, Technik, Vertrieb und Zentrale Dienste bildet die Firmenzentrale in Hardheim. Sie ist spezialisiert auf die Materialaufbereitung und stellt unter anderem Mischtechnik-Systeme für unterschiedliche Branchen her. Ein aktuelles Beispiel ist ein hochkomplexes Mischsystem, das Bleipastiermasse für Autobatterien produziert (Bild 1). Das Besondere hierbei ist das von Eirich entwickelte Evactherm-Verfahren, das eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Herstellung von Bleipastiermassen aufgrund von Vakuumkühlung ermöglicht. Aufwendige Prozesstechnik regelt dabei Druckverhältnisse, Temperaturen, Feuchtigkeit und Flüssigkeitszufuhr. Einen wichtigen Part in dem Prozess nimmt der Kondensator ein. Er ist auf einer Plattform oberhalb des eigentlichen Mischers installiert (Bild 2). Der Kondensator kühlt die dem Mischer entzogene warme Luft und führt die dabei kondensierte Feuchtigkeit wieder dem Prozess zu. Im Kühlkreislauf des Kondensators sind in der Zuführung und im Rücklauf Durchfluss- (Bild 3) und Temperatursensoren von IFM Electronic eingebaut. Ausgestattet mit einer IO-Link-Schnittstelle bieten sie unter anderem optimale Parametrier- und Diagnosemöglichkeiten innerhalb des Prozesses.

IO-Link: Das Prinzip und die Vorteile
Bei IO-Link handelt es sich um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuatorik an ein Steuerungssystem ermöglicht. In Verbindung mit anderen Bussystemen und Netzwerkebenen ist damit eine durchgehende vertikale Kommunikation von der Leitebene bis in den einzelnen Sensor realisierbar. Im Gegensatz zu klassischen Feldbussen findet bei IO-Link keine Busverdrahtung, sondern eine Parallelverdrahtung statt. Dabei basiert die Kommunikation auf dem etablierten 3-Leiter-Anschlussprinzip. Der Vorteil in dem Zusammenhang ist, dass alle bisherigen Anschlussleitungen für IO-Link-Geräte weiter verwendet werden können. Außerdem sind IO-Link-Sensoren 100-prozentig abwärtskompatibel zu herkömmlichen Sensoren. Die Verbindung zwischen IO-Link-Master und -Device erfolgt über eine maximal 20 m lange, ungeschirmte Leitung. Die Anschlußbelegungen auf Basis M5, M8 und M12 sind standardisiert. Die große Mehrheit der IO-Link-Geräte werden mit einer M12-Steckverbindung ausgestattet, die uneingeschränkt für den schaltenden und kommunikativen IO-Link-Betrieb nutzbar ist.

Einfacher Gerätetausch
Große Vorteile bringt IO-Link dem Anwender unter anderem beim Parametrieren der Sensoren und Aktuatoren. So kann dies aus der Leitebene „per Knopfdruck“ oder gar automatisch erfolgen. Ein aufwendiges Parametrieren jedes einzelnen Sensors vor Ort ist somit nicht erforderlich. Darüber hinaus ermöglicht die Datenhaltung im IO-Link-Master einen einfachen und sicheren Austausch von Geräten: Sobald ein defektes Gerät durch ein neues, identisches ersetzt worden ist, erkennt der IO-Link-Master dieses und schreibt die gespeicherten Parameter des Vorgängers in das neue Gerät. Alternativ zur Parametrierung über die Steuerung bietet IFM Electronic die Software Linerecorder Sensor an. Sie ermöglicht das Parametrieren von IO-Link-Sensoren vom PC aus mittels USB-Adapter. Weitere Funktionen sind das Aufnehmen und Verteilen von Parametersätzen (Duplizieren), das Erfassen und Auswerten von Sensordaten über einen längeren Zeitraum sowie das Zurücksetzen von Sensorparametern auf die Werkseinstellung. Durch den Import von Sensor-Bibliotheken (IODD, IO Device Description) lassen sich auch IO-Link-Sensoren anderer Hersteller mit der Software verwalten. Außerdem bietet IFM noch eine weitere Möglichkeit der „Datensicherung“ für IO-Link-Sensoren: den Memory Plug (Bild 4). Er liest und speichert die Daten eines angeschlossenen IO-Link-Sensors. Schließt der Anwender danach einen typgleichen Sensor mit Werkseinstellung an, so wird der Datensatz aus dem Speicher des Memory Plug in den neuen Sensor kopiert. Zum Parametrieren wird der Memory Plug temporär auf den Sensor gesteckt. Alternativ kann er aber auch dauerhaft zwischen Anschlusskabel und Sensor verbleiben, ohne die Funktionsweise oder die Ausgangssignale des Sensors im Betrieb zu beeinflussen. In Summe werden somit Zeit eingespart und Parametrierungsfehler bei der Inbetriebnahme oder bei einem Geräteaustausch vermieden.

Warum IO-Link?
Aufgrund der vielen Vorteile hat man sich bei Eirich bewusst für IO-Link entschieden. „Unsere Anlagen sind prozesstechnisch sehr komplex und aufwendig, daher haben wir einiges an Prozessmesstechnik im Feld verteilt. Die Inbetriebnahme stellt sich dann aufgrund der Parametrierung dieser Instrumente oft als relativ komplex und aufwendig heraus. Daher haben wir eine Lösung gesucht, diese Instrumente von zentraler Stelle aus zu parametrieren und auch zu diagnostizieren“, nennt Hendrik Blatz, zuständig für Sensorik bei Eirich, seine Beweggründe, die Mischsysteme komplett mit IO-Link auszustatten. Eirich parametriert seine Sensoren von der Leitwarte aus. Dabei ist man sich der generellen Vorteile – sowohl in kleinen als auch in großen Anlagen – durchaus bewusst: Bei großen Anlagen sind die Sensoren oft weit verteilt im Feld, zum Beispiel oben auf einem Silo oder unten im Keller. Bei kleinen, kompakten Anlagen oder Maschinen dagegen sind Sensoren oft eng verbaut und daher nur schwer erreichbar. Auch hier punktet die Fernparametrierung via IO-Link. Neben der Parametrierung hat die Prozessüberwachung von zentraler Stelle aus eine entscheidende Rolle für die IO-Link- Wahl bei Eirich gespielt: Auf der Visualisierung im Leitstand werden die Sensoren mit sämtlichen Parametern und Messwerten abgebildet und ausgewertet. „Durch den Einsatz von IO-Link können wir in unserem Prozessleitsystem bis hinunter in die Feldebene schauen. Wir können die Geräte parametrieren, wir erhalten Diagnoseinformationen zu den Geräten und können dadurch auch im Zuge des Condition Monitorings einiges an Profit für unsere Anlagen herausholen“, zählt H. Blatz als Vorteile auf. So lassen sich durch die Verknüpfung und Auswertung von Messwerten und Diagnosedaten kritische Anlagenzustände, wie Verschleiß oder schädliche Ablagerungen, frühzeitig erkennen und beheben. Ungeplante Maschinenstillstände werden somit weitestgehend vermieden.

Herstellerunabhängiger Standard
Ein weiteres Argument für IO-Link ist bei Eirich dessen Herstellerunabhängigkeit. „Wir liefern unsere Maschinen und Anlagen weltweit in die unterschiedlichsten Branchen und müssen aufgrund dessen die nationalen Bestimmungen erfüllen. Daher ist für uns wichtig, einen sehr offenen Standard einzusetzen“, verdeutlicht H. Blatz. Über entsprechende Module können die IO-Link-Daten weiter über gängige Bussysteme, zum Beispiel AS-i oder Profibus, an die Steuerung gegeben werden. „Wegen der wechselnden Anforderungen ist es für uns besonders wichtig, dass der Standard, den wir einsetzen, feldbusunabhängig ist und auch unabhängig vom übergeordneten Steuerungssystem“, erklärt H. Blatz weiter. Die Spezifikation des hersteller- und feldbusunabhängigen Systems ist durch das IO-Link-Konsortium bei der IEC als 61131-9 eingereicht und dort verabschiedet worden (Norm-Entwurf: DIN EN 61131-9:2013-05). IFM Electronic ist Mitglied im IO-Link-Konsortium und war hier an der Umsetzung der Spezifikation beteiligt.

Fazit
Ob in dem Mischsystem für Bleipastiermasse bei Eirich oder in anderen Applikationen, IO-Link-fähige Sensoren sorgen für größtmögliche Transparenz. Neben der zentralen Parametrierung profitiert der Anwender auch von einer umfassenden Diagnose für die Anlagenwartung und Fehlerdiagnose (Bild 5). „Wir können aus der Ferne über unseren VPN-Tunnel auf die Anlage zugreifen und erhalten Antworten auf Fragen, wie: Hat der Sensor ein Problem? Wie ist er eingestellt? Kurzum: Wir haben einen weltweiten Zugriff bis auf den Sensor. Das ist wirklich klasse“, resümiert H. Blatz. (ih)

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Autor:
Dipl.-Ing. Andreas Biniasch ist Technischer Redakteur bei der IFM Electronic GmbH in Essen. andreas.biniasch@ifm.com