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Mit seinen neuen Drehgebern bietet IFM erweiterte Funktionen, volle IO-Link-Unterstützung und freie Konfigurierbarkeit

3-in-1-Drehgeber mit IO-Link-Schnittstelle

Michael Paintner, Leiter Produktmanagement bei IFM Electronic, präsentierte den neuen Drehgeber Performance Line Ende Januar auf den Fachpressetagen in Karlsruhe

Mit seinen neuen Drehgebern Performance Line und Basic Line präsentiert IFM eine nach dem magnetischen Wirkprinzip arbeitende Alternative zu optischen Varianten. Dank ihrer drei Betriebsmodi sind die Geräte Inkrementalgeber sowie Zähler und Drehzahlwächter in einem. Und mit der IO-Link-Schnittstelle onboard werden Anwender zugleich für Industrie 4.0 gerüstet.

„Drehgeber sind seit Jahren fester Bestandteil der Positionserfassung und Wegnachbildung in der Automatisierungstechnik“, sagt Michael Paintner, Leiter Produktmanagement bei IFM Electronic. Traditionell arbeitet die Vielzahl der heute in der Industrie verwendeten Drehgeber nach einem optischen Wirkprinzip. „Das Verfahren erlaubt eine hohe Auflösung der Messwerte und auch hohe absolute Genauigkeiten“, nennt M. Paintner die Vorteile. Systembedingt gibt es aber auch Schwächen: „Alleine das Vorhandensein einer Glasscheibe als Maßverkörperung ist vielen Anwendern nicht robust genug, insbesondere wenn die Applikation hohem Schock und hoher Vibrationsbelastung ausgesetzt ist“, informiert er dazu. Ferner weist er auf den aufwendigen mechanischen Aufbau hin, da eine Vielzahl von Komponenten montiert und justiert werden muss. „Das führt zu Recht zu der Annahme, dass diese Drehgeber eher im oberen Preissegment angesiedelt sind.“ Als Alternative fanden in den letzten Jahren vermehrt magnetische Prinzipen Anwendung. „Durch den vergleichsweise einfachen Aufbau kommen diese Systeme immer mehr in Applikationen zum Einsatz, in denen Robustheit Voraussetzung ist“, so M. Paintner. Als Beispiel nennt er die Positionserfassung in mobilen Arbeitsmaschinen. „Diese Entwicklung lenkt aber nicht von der Tatsache ab, dass magnetische Drehgeber bis heute noch immer nicht an die Performance optischer Systeme hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Dynamik heranreichen. Daher waren Kompromisse bislang unumgänglich.“

Magnetische Drehgeber mit gleicher Performance wie optische
Zur Hannover Messe stellt IFM Electronic nun eine neue Drehgebergeneration vor, die nach dem magnetischen Wirkprinzip arbeitet, in der Performance aber vergleichbar mit optischen Systemen ist. „Möglich wurde dies, weil wir die Signalverarbeitung vom Sensor auf einen Mikroprozessor verlagert haben“, sagt M. Paintner und erklärt weiter: „Bei den neuen magnetischen Drehgebern werden Hall-Sensoren ohne eigene digitale Signalverarbeitung genutzt. Stattdessen erzeugen sie lediglich analoge Ausgangssignale.“ Ein solcher Hall-Sensor besteht aus vier Hall-Elementen, die jeweils vierfach abgetastet werden. In Summe entstehen demnach für einen Positionswert 16 Rohsignale, die von einem leistungsstarken 32-bit- Mikrocontroller verarbeitet werden. Gleichzeitig bietet dieser auch die Möglichkeiten der Echtzeit-Datenauswertung. „Auf diese Weise können physikalische Fehler, die im direkten Zusammenhang mit dem Hall-Signal stehen, herausgerechnet werden“, informiert der Experte. Dank der speziell entwickelten Signalverarbeitungssoftware wird bei den neuen magnetischen Drehgebern ein Genauigkeits- und Dynamikbereich erschlossen, der auf dem Niveau optischer Drehgeber liegt. So werden für diese eine Genauigkeit von 12 bit (< 0,1°) bei einer Auflösung bis 16 bit und Latenzzeiten von wenigen Mikrosekunden angegeben. „Mit der neuen Drehgebergeneration ist es uns also technologisch gelungen, die Vorteile der magnetischen und der optischen Technologie zu vereinen“, fasst der Leiter Produktmanagement zusammen.

Drei Betriebsmodi
Da die Geräte bereits über einen leistungsstarker Mikrokontroller verfügen, lag es für die Spezialisten nahe, eine Geräteserie anzubieten, welche die erzeugten Signale bereits auswerten kann. „Der Anwender braucht keine weitere Folgeelektronik oder SPS, um die inkrementellen Impulsfolgen zu einer Funktion zu wandeln“, hebt M. Paintner hervor. Als Vorteile der jeweiligen Betriebsvarianten zählt er auf: „Werden die Encoder als Inkrementalgeber eingesetzt, kann der Anwender sämtliche Parameter frei einstellen, zum Beispiel die Auflösung zwischen zwei und 10.000 Impulsen pro Umdrehung.“ Ferner lassen sich die Geräte als Zähler einsetzen. „Hierbei sind unter anderem Zählrichtung (vorwärts/rückwärts) und Schaltpunkte frei wählbar“, so der Experte. Die dritte Betriebsart dient der Drehzahlüberwachung. „Der Anwender stellt einen Drehzahlbereich ein, bei dessen Über- oder Unterschreiten die Ausgänge schalten. Somit arbeiten die Geber selbstständig als Drehzahl- und Drehrichtung- oder Stillstandüberwachungssysteme.“ Je nach eingestellter Anwendung ändert sich auch die Signalausgabe am Drehgeber: Während im „Encoder“-Modus die Impulsfolgen ausgegeben werden, schalten beispielsweise in der Betriebsart „Vorwahlzähler“ digitale Ausgänge beim Erreichen der Sollvorgabe. „Selbstverständlich ist die Schaltungslogik entweder am Gerät oder über IO-Link frei konfigurierbar“, ergänzt der Experte.

Weitere Geräteeigenschaften
Sämtliche Funktionen und Parameter sind mittels Tasten und LED-Display am Gerät einstellbar. Im Betrieb zeigt das Display je nach eingestelltem Modus die aktuellen Impuls-, Zähl- oder Drehzahlwerte an. „Das Besondere: Durch die Zweifarbigkeit – rot und grün – erkennt der Anwender sofort, ob sich die Maschine im Gut-Bereich befindet oder ob Grenzwerte überschritten sind. Außerdem lässt sich das Display um 180° drehen – das erlaubt flexible Einbaulagen“, so M. Paintner. Als weiteres „Novum“ nennt er: „Neben der Einstellung direkt am Gerät sind die neuen Drehgeber auch komplett und komfortabel per IO-Link parametrierbar. Zudem ermöglicht die IO-Link-Schnittstelle dem Anwender den direkten Zugriff auf Prozess- und Diagnosedaten. Durch diese Möglichkeit der Kommunikation sind sie bestens für Industrie 4.0 gerüstet.“ Aufgrund ihrer hohen Schock- und Vibrationsfestigkeit eignen sich die Drehgeber gut für den Einsatz in rauen Applikationen. Als praktisches Detail nennt der Spezialist: „Der Kabelabgang bzw. der drehbare M12- Anschluss bei den Steckergeräten ist sowohl radial als auch axial nutzbar. Letztendlich reduziert sich also die Auswahl des Drehgebers auf den passenden Flansch und die Welle – alles andere kann der Nutzer frei konfigurieren.“ Für Anwender, die das Gerät als Drehgeber nutzen und auf Tasten und Display verzichten möchten, bietet IFM neben der Performance-Line- eine Basic- Line-Variante an. Diese ist ebenfalls komplett via IO-Link einstellbar.

Fazit
„Zusammenfassend kann man festhalten, dass magnetische Drehgeber heute mit der Performance der optischen Systeme schritthalten und in puncto Umweltbedingungen sogar überlegen sind. Daraus abgeleitete erweiterte Funktionen, wie die direkte Signalverarbeitung, volle IO-Link-Unterstützung, Diagnose und eine durch freie Konfigurierbarkeit reduzierte Variantenvielfalt, bieten weitere Vorteile. Mit unseren neuen Drehgebern setzen wir nicht nur erneut Maßstäbe, sondern rüsten unsere Kunden zugleich für Industrie 4.0“, ist M. Paintner überzeugt. (ih)

IO-Link – Wegbereiter für Industrie 4.0
Herr Paintner, viele Sensorhersteller geben IO-Link als Schlüsselelement für Industrie 4.0 an. Das trifft auch auf Sie, unter anderem im Zusammenhang mit Ihren neuen Drehgebern, zu. Bitte erläutern Sie diese Aussage kurz.
M. Paintner: IO-Link ist ein wesentlicher Bestandteil im Konzept Industrie 4.0. Es wird buchstäblich der letzte Meter erschlossen, um Sensordaten dem gesamten System zur Verfügung zu stellen oder einen Weg zu finden, über den das System die Parametrierung der Sensoren, auf die Applikation abgestimmt, vornimmt. Zunehmend werden die Sensoren aber nicht nur ihre Prozesswerte über IO-Link übermitteln, sondern vielmehr auch spezifische Diagnosedaten zur Verfügung stellen. Das ermöglicht eine genaue Aussage über den Zustand der Maschine bzw. über die laufende Produktion.

Die Bereitstellung, zum Beispiel der Prozess- und Diagnosedaten, via IO-Link ist allerdings nur ein erster Schritt in Richtung Industrie 4.0. Den eigentlichen Clou macht erst im zweiten Schritt die sinnvolle Nutzung dieser Daten im ERP-System aus. Gibt es bereits eine Zusammenarbeit zwischen Herstellern von IO-Link-Geräten (dem IO-Link-Konsortium) und Anbietern von ERP-Systemen, und wer ist hier die treibende Kraft?
M. Paintner: Wenn Industrie 4.0 Wirklichkeit werden soll, ist die Zusammenarbeit von marktführenden Softwareherstellern und Herstellern von IO-Link-Geräten Voraussetzung. Die IFM-Gruppe hat dies sehr früh erkannt und gemeinsam mit der SAP AG einen virtuellen Datenstecker entwickelt, der IO-Link-Daten mit den SAP-Lösungen verknüpft. Bei dieser Zusammenarbeit haben SAP und wir bewiesen, dass Softwareanbieter und Automatisierer gemeinsam eine Menge bewegen können, wenn sie bereit sind, voneinander zu lernen. Die treibende Kraft dahinter kann nur der Kundennutzen sein: Nämlich zusätzliche Transparenz und eine substantielle Kostenreduktion, um Daten von der Fertigung in das ERP-System und von dem ERP-System in die Fertigung zu bringen.

Welchen Ansatz verfolgt IFM, um die IO-Link-Daten sinnvoll im ERP-System ausnutzbar zu machen?
M. Paintner: Wir nennen unseren virtuellen Datenstecker „Connectivity Port“. Bei diesem stehen einfache Implementierung, Leistungsfähigkeit zum Transport hoher Datenmengen und vielfältige Verknüpfungsmöglichkeiten mit Datenbankformaten wie SAP Hana im Vordergrund. Wichtig war uns, dass der Connectivity Port mit IO-Link- Daten umgehen und sie kostengünstig ins SAP bringen kann. Gleichzeitig erlaubt der Connectivity Port eine Darstellung der Daten direkt an der Maschine auf einem einfachen Industrie- PC. Die Parametrierung eines IO-Link- Drehgebers erfolgt am PC – einfach und intuitiv mit unserer LR-Sensor-Software auf Basis des Connectivity Ports.

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