Drehgeber mit IO-Link für I4.0-Anwendungen Positionsmessung plus Zustandsüberwachung

Autor / Redakteur: Christian Güntert / Andreas Leu

Drehgeber helfen bei der Steuerung, indem sie die Maschinenbewegung präzise erfassen. Mit Zusatzfunktionen können sie weitere Zustandsdaten liefern und wesentlich zur Instandhaltung von Anlagen und Maschinen beitragen. Eine IO-Link-Schnittstelle ermöglicht den ungehinderten Informationsfluss inklusive Zugriff auf detaillierte Identifikations-, Diagnose- und Parametrierdaten.

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Positionierung und Überwachung einer Drehachse mit einem IO-Link Encoder.
Positionierung und Überwachung einer Drehachse mit einem IO-Link Encoder.
(Bild: Pepperl+Fuchs)

Ein ungeplanter Maschinenstillstand ist immer ein Worst-Case-Szenario. Die Ursachenanalyse und die anschliessende Instandsetzung kosten Zeit und Geld. Noch teurer kann ein unvorhergesehener Produktionsstillstand werden, mit verzögerter Auslieferung und anderen Folgewirkungen. Es lohnt sich also, sich mit Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und vorausschauender Instandhaltung (Predictive Maintenance) zu beschäftigen. Durch die detaillierte Analyse von Sensordaten können zuvor unbekannte Korrelationen aufgedeckt und Scheinkorrelationen als solche erkannt werden. Eine Nachrüstung mit herkömmlichen Mitteln, um den aktuellen Maschinenzustand zu visualisieren oder die Ausfallwahrscheinlichkeit abzuleiten, kann jedoch erheblichen Aufwand erfordern. Oft stehen auch die dafür benötigten Basisdaten in der Anlage gar nicht zur Verfügung.

Intelligente Kommunikation mit IO-Link

Mit dem Einsatz intelligenter, kommunikationsfähiger Drehgeber eröffnen sich hier neue Möglichkeiten. Bei minimalem Aufwand für Investition und Inbetriebnahme können sie zu einer hohen Verfügbarkeit der Maschinen beitragen und die Zuverlässigkeit der Prozesse absichern helfen. Der weltweit verbreitete IO-Link-Standard bildet hier eine bewährte und kostengünstige Grundlage für die Akquise und den Austausch von Daten parallel zur Maschinensteuerung, die davon nicht beeinträchtigt wird. Pepperl+Fuchs gehört zu den ersten Anbietern von Drehgebern mit IO-Link-Schnittstelle und verfügt über eine breite Palette solcher Geräte in vielen mechanischen Varianten.

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Die Basis bilden die magnetischen Drehgeber der Baureihe ENA**TL mit einer Gesamtauflösung von bis zu 31 Bit. Sie liefern zuverlässig hochpräzise Positionsdaten, auch unter schwierigsten Bedingungen. Die IO-Link-Schnittstelle hat mit COM3 die höchstmögliche Übertragungsgeschwindigkeit und erlaubt einen Datentransfer mit 230,4 kBit/s. Die parametrierbare Multiturn-Information kann auch zyklisch ablaufende Anwendungen abbilden. Dreht die rotierende Komponente immer in dieselbe Drehrichtung, kann man am Drehgeber die Überschreitung eines bestimmten Positionswertes als Null-Stellung definieren (Overflow-Funktion). Von dort beginnt die Zählung der Positionswerte von Neuem. Mit der Preset-Funktion ist der Sensor ausserdem in der Lage, durch Schlupf verursachte Ungenauigkeiten auszugleichen. Er kann im laufenden Betrieb seine Positionswerte anpassen, aufwendiges Nachjustieren wird überflüssig.

Detaillierte Analysedaten

Der Sensor gibt aber nicht nur präzise Positionswerte aus, sondern misst zugleich die Umgebungstemperatur. Der Temperaturwert wird den eingestellten Parametern entsprechend zyklisch übertragen und ermöglicht eine permanente Messwertkontrolle. Er dient als Zusatzinformation, aus der sich Rückschlüsse auf den Zustand der Maschine ziehen lassen. Konfigurierbare Statusbits – auch Signal-Flags genannt – unterstützen die Erkennung kritischer Maschinenzustände anhand definierter Positions- und Temperaturbereiche. Weitere Produktvarianten des Absolutwertdrehgebers, die kurz vor der Markteinführung stehen, können ausserdem die Schwingung von Anlagenkomponenten messen. Diese Grösse kann zum Beispiel bei Förderbändern Auskunft über die Gurtzentrierung oder über den Zustand von Lagern oder Walzen geben und damit Verschleissteile direkt überwachen. Zusammen mit den Messwerten der Rotationsgeschwindigkeit, der Beschleunigung, der mechanischen Wellenbelastung und der Schockerkennung ergibt sich ein granulares Bild von Zustand und Funktion der Maschine, ohne dass sich die Prozessdatenstruktur verändert. Die vorausschauende Wartung kann sich am konkreten Bedarf orientieren, was zugleich den gesamten Instandhaltungsaufwand reduziert und ungeplantem Stillstand vorbeugt.

Die IO-Link-Schnittstelle erlaubt dem Drehgeber, sämtliche Statusinformationen bereits mit den zyklischen Prozessdaten zu übermitteln und parallel zur Steuerung zur Verfügung zu stellen. Für den ersten Schritt der Weiterverarbeitung sorgen IO-Link-Master, die für Standardprotokolle ausgelegt sind. Pepperl+Fuchs hat als erster Hersteller einen IO-Link-Master mit einer Schnittstelle für OPC UA auf den Markt gebracht. Auf der Netzwerk-Seite gewährleistet der Master die Anbindung an Profinet oder Ethernet IP (jeweils inklusive Modbus TCP).

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