Anwendungsspezifische Lösungen Jenseits von Standardprodukten

Von Dr. Jürg M. Stettbacher

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Die Automatisierungsbranche lebt von und mit Standardprodukten. Das grosse Angebot an Prozesssteuerungen, Antrieben, Sicherheitskomponenten usw. führt schnell und einfach zur gewünschten Automatisierung von Maschinen oder Prozessen. Was aber ist die Alternative, wenn Standardkomponenten zu teuer sind oder die Anforderungen nicht erfüllen?

Die Kräfte dieser hydraulischen Prüfmaschine sind präzise zu regeln und zu messen.
Die Kräfte dieser hydraulischen Prüfmaschine sind präzise zu regeln und zu messen.
(Bild: Stettbacher )

Die Firma Stettbacher Signal Processing AG (SSP) war unter den knapp 300 Ausstellern der «all about automation»-Messe in Friedrichshafen ein Sonderfall, denn das Unternehmen aus Dübendorf hatte keine fertigen, käuflichen Produkte oder Lösungen anzubieten. Stattdessen zeigte sie an ihrem Stand anwendungsspezifisch optimierte Auftragsentwicklungen, die gewisse ehrgeizige Anforderungen in (nahezu) perfekter Weise erfüllen. SSPs Messe-Motto lautete denn auch: Beyond Limits – Es gibt ein Leben jenseits von Standardprodukten! Und dieses Leben ist erst noch überaus spannend und interessant, weil es ganz vielfältige Möglichkeiten erschliesst, die bei klassischen Automatisierungslösungen fehlen. Diese Nachricht stiess offensichtlich auf reges Interesse. Jedenfalls war der Andrang am SSP-Stand während beider Tage sichtlich grösser und intensiver als rundum, und zahlreiche Messebesucher erkundigten sich bei SSP nach Mitteln und Wegen zur Erfüllung von konkreten Aufgabenstellungen, die bisher mit Standardkomponenten, wie SPS, nicht oder nicht zufriedenstellend hatten gelöst werden können.

Sonderlösung für hydraulische Prüf­maschinen

Von den Beispielen, mit denen Stettbacher Signal Processing AG ihr Konzept von anwendungsspezifisch optimierten industriellen Lösungen vorstellte, sei hier eines zur Illustration herausgegriffen. Der Auftraggeber stellt Maschinen und Einrichtungen für die zerstörerische Materialprüfung her. Das Produkte-​Spektrum reicht dabei von kleinen Tisch­geräten für die Zahnprothetik bis zu Installationen für die Prüfung von Brückenelementen aus Eisen-Beton und Stadion-Dächern mit Stahlkonstruktionen. Entsprechend liegen die aufgebrachten Kräfte zwischen wenigen Newton und bis über 10 MN. Insbesondere bei der Prüfung grösserer Konstruktionen werden gleichzeitig mehrere Hydraulik-Pressen eingesetzt. Die entstehenden Kräfte sind während des Versuchs ganz genau zu regeln und exakt zu messen. Bei mehreren Hydraulik-Zylindern im System ist die Kraft in jedem Zylinder individuell, aber präzis synchronisiert mit den anderen Zylindern zu regeln. Da sich alle diese Anforderungen mit käuflichen Komponenten kaum sinnvoll umsetzen liessen, wurde bei SSP die Entwicklung eines programmierbaren Mess- und Regel-Geräts für bis zu 10 Hydraulikzylinder in Auftrag gegeben. SSP verfeinerte das Konzept und beschloss, je ein Gerät pro Zylinder zu entwickeln. Jeder Controller sollte sich modular mit bis zu 12 steckbaren Messverstärkern (welche ein Teil der Entwicklung waren) für alle gängigen Sensortypen ausrüsten lassen. Die Entwicklung wurde auf diese Weise realisiert. Dabei wurde die Abtastrate des Controllers auf 8 und 16 kHz (wählbar) festgelegt, Messwerte werden mit 24 Bit erfasst, intern wird mit 64 Bit gerechnet. Werden mehrere Controller via Kabel miteinander verbunden, so stellen sie automatisch fest, dass sie nun Teil eines Gesamtsystems sind. In diesem Fall werden sie automatisch synchronisiert und es besteht sogar die Möglichkeit, Messwerte und Befehle in Echtzeit unter den Geräten auszutauschen. Nebst anderen Zusatzfunktionen ist die Bildung von sogenannten virtuellen Messkanälen eine nützliche Konzept-Erweiterung. Diese virtuellen Kanäle entstehen, indem die beliebigen Messwerte, resp. Serien von Messwerten, miteinander verrechnet werden (programmierbar durch den Anwender). Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Mittelwerte aus verschiedenen Messungen bilden oder Grössen ableiten, die gar nicht (direkt) messbar sind, beispielsweise Materialeigenschaften, wie Dehnungskoeffizienten, oder versuchsbezogene Kennwerte, wie etwa ein Rissquerschnitt.

Weiterentwicklung ist Tagesgeschäft

Natürlich sind nicht alle anwendungsspezifischen Lösung derart aufwändig. SSP hat auch zahlreiche andere Sonderlösungen realisiert, darunter diverse Messgeräte, Antriebslösungen, Maschinensteuerungen usw. Von vielen Geräten ist nach all den Jahren bereits die zweite oder dritte Version im Betrieb, wobei in der Regel nebst der Modernisierung auch neue oder optimierte Funktionen dazukommen. Vom oben geschilderten Controller sind inzwischen etliche hundert seit Jahren erfolgreich im Einsatz. Die erweiterte Version 2 davon ist bei SSP gerade in der Entwicklung.

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