IO-Link und smarte Sensoren Schnelleres Engineering mit IO-Link

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Welchen handfesten Nutzen bietet IO-Link? Wie hoch ist der ROI der Technologie? Den Schweizer Maschinenbauer Aerne Engineering haben die betriebswirtschaftlichen Vorteile der digitalen Schnittstelle längst überzeugt. Der Automationsspezialist aus Arbon nutzt smarte Sensoren, um auch Konstruktion und Inbetriebnahme zu beschleunigen. Dabei spielen IO-Link und die richtige Software eine zentrale Rolle.

In der luftigen Industriehalle steht eine Übergabestation mit zwei Fertigungsrobotern, in der Mitte ein optischer Distanzsensor. Das Kernstück des neuesten Kundenprojekts des Automationsunternehmens Aerne Engineering funktioniert schon. Damit die fertige Anlage zur Positionierung und Bearbeitung von Kunststoffprodukten bei dem Kunden fehlerfrei und effizient arbeiten kann, sind unter anderem leistungsstarke Sensoren nötig, die die spezifischen Herausforderungen bestmöglich lösen. Das können tiefschwarze oder spiegelnde Oberflächen sein, die eine Objekterkennung erschweren. «Früher mussten wir in die Auswahl und das Testen der Sensoren mehr Zeit investieren», berichtet Patrick Kurer, Teamleiter Software und Robotik. Und es war im Vergleich zum heutigen, IO-Link-unterstützten Sensor-Handling mit komfortabler Auswahl, Testung und Inbetriebnahme deutlich umständlicher. Seit Aerne Engineering auf smarte Sensoren und die passende Software setzt, ist das Sensor-Engineering deutlich schneller. Bei komplexen analogen Messungen kann die Zeitersparnis laut Kurer bei bis zu 30 Prozent liegen.

IO-Link für nutzerfreundliche Kommunikation mit smarten Sensoren

Ein smarter Sensor liefert nicht nur die primären Messdaten, sondern leistet dank integriertem Mikrocontroller noch deutlich mehr. Seine erweiterten Funktionen können die Messphysik applikationsspezifisch optimieren, das Messsignal auswerten und zusätzliche Geräte- und Umgebungsinformationen bereitstellen. Damit ermöglichen smarte Sensoren, Anlagen und Maschinen noch robuster und/oder flexibler zu regeln, um die Maschinenperformance zu optimieren. IO-Link erlaubt dabei eine effiziente Kommunikation mit smarten Sensoren und eine intuitive Parametrierung.

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Aus diesem Grund stellen Sensorhersteller wie Baumer IO-Link bei allen Sensortechnologien als Kommunikations- bzw. Parametrierschnittstelle standardmässig zur Verfügung. Bei Aerne Engineering ist das Hauptmerkmal des Geschäftsbereichs Sondermaschinenbau die Vielfalt an Anforderungen und neuen Herausforderungen. «Unser Engineering ist kontinuierlich mit neuen Produkten konfrontiert, die verpackt, sortiert oder befördert werden sollen. Dadurch entstehen immer neue mess­technische Applikationsherausforderungen, die wir schnell lösen müssen», beschreibt Kurer den Alltag für sein Team. Dabei seien oftmals ganz neue Ansätze gefragt, die hocheffiziente und schnelle Lösungen ermöglichen. Bei den Kundenaufträgen von Aerne Engineering für die Fabrikautomation spielt Objekterkennung eine grosse Rolle. Hierfür werden Sensoren benötigt, die zuverlässig Produkte wie Backwaren, Transportkisten, Kunststoffrohre oder Metallteile detektieren. Besondere Anforderungen an Sensor-Performance und Parametrierung stellen dabei Oberflächen und Materialien, die für Sensoren schwierig zu erkennen sind. Das können transparente Verpackungen sein, stark reflektierender Stahl oder tiefschwarze Kunststoffprodukte.

Software hilft beim Sensor-Engineering

Für Kurer sind smarte IO-Link-Sensoren der Schlüssel zum effizienten Sensor-Engineering. Um das volle Potenzial von IO-Link auszuschöpfen, ist ein weiteres Hilfsmittel erforderlich: eine nutzerfreundliche Software, die schnell und übersichtlich Sensorauswahl und Parametrierung ermöglicht. Kurer hat deshalb an der Entwicklung einer intuitiven IO-Link-Software mitgewirkt, die mittlerweile als Baumer Sensor Suite kostenfrei nutzbar ist. Die Baumer Sensor Suite ist ein herstellerübergreifendes Engineering-Tool, mit dem Entwickler schneller den richtigen IO-Link-Sensor für ihre Applikation finden. Sie unterstützt Anwender wie Patrick Kurer in allen Phasen der Sensorauswahl und -inbetriebnahme:

• 1. Sensor auswählen: Kurer kann vor dem Kauf eines IO-Link-Gerätes schnell und einfach prüfen, ob der gewählte Sensor die gewünschten Funktionen zur Verfügung stellt. Denn die Baumer Sensor Suite bietet uneingeschränkten und direkten Zugriff auf alle öffentlich verfügbaren IODDs. Zusätzlich visualisiert sie die IODDs in einem für den Menschen einfach lesbaren und schnell verständlichen Format. Abgerundet wird dies durch einen Importer für lokale IODDs, die in einer eigenen Bibliothek verwaltet werden.

• 2. Evaluieren: Wenn Patrick Kurer geeignete Sensoren gefunden hat, kann er sie in einem zweiten Schritt anhand der hinterlegten Daten am Computer und noch ohne realen Sensor evaluieren und seine Auswahl weiter einschränken.

• 3. Parametrieren: Erst für das Parametrieren benötigt Kurer den physischen Sensor. Er schliesst den Sensor an den Computer an – besonders unkompliziert geht das mit dem handlichen USB-C IO Link Master von Baumer – und sieht jetzt am Bildschirm, was der Sensor sieht. Durch das direkte visuelle Feedback kann er den IO-Link-Sensor sehr intuitiv parametrieren. Kurer wählt den «Aerne EngineeringWindows»-Modus für die «Switching Signal Channel (SSC)»- Funktion und legt die Schaltpunkte komfortabel über die grafische Oberfläche fest, ohne einzelne Parameter-Daten eingeben zu müssen.

• 4. Testen: Nach der Parametrierung müssen Tests beweisen, dass die Anlage einwandfrei funktioniert. In dem konkreten Beispiel der Übergabestation oben lautet die Frage: Erkennt der Sensor bei allen Lichtbedingungen zuverlässig das Übergabeobjekt? Für diese Testläufe muss üblicherweise das Steuerungsprogramm angepasst werden. Die Baumer Sensor Suite nimmt dem Entwickler Arbeit ab, da sie diesen Schritt überflüssig macht. Präzise digitale Messwerte erleichtern dabei die Implementierung in die Steuerung.

• Kurer ist überzeugt von den Vorteilen, die IO-Link bietet. «Die IO-Link-Schnittstelle erlaubt es, Sensoren im Engineering schneller zu testen und bei der Inbetriebnahme optimal und schnell zu parametrieren. Das spart in beiden Schritten viel Zeit», so Kurer. Als Entwicklungspartner kennt und nutzt er die Vorteile der Baumer Sensor Suite schon deutlich länger als die über 1400 weiteren Anwender (Stand Juli 2022).

IO-Link rechnet sich für Aerne Engineering

Die Baumer Sensor Suite half auch bei Auswahl und Parametrierung des idealen Sensors für die Übergabestation. Hier kommt der Baumer-Sensor OT300 zum Einsatz. «Wie die Auswahl ergeben hat, ist dieser optische Sensor für diese Anwendung die beste Wahl, weil er auf die gegebene Distanz am zuverlässigsten das Objekt erkennt», sagt Kurer. Die Übergabestation ist eine von vielen laufenden Kundenaufträgen bei Aerne Engineering. Der mittelständische Dienstleister im Bereich Maschinenbau und Automation bietet von Teilleistungen bis zur Rolle als Generalunternehmer für komplette Anlagen alles aus einer Hand. Der Fokus liegt im Bereich Food & Beverage, Medtech & Pharma, Automobil und in allgemeinen Industrielösungen. An drei Standorten arbeiten 90 Mitarbeiter, die innerhalb von 25 Jahren über 700 Kundenprojekte umgesetzt haben.

Der Einsatz der IO-Link Technologie ist bei Aerne Engineering rein wirtschaftlich begründet. Denn die Zeitersparnis durch die konsequente Nutzung von IO-Link macht sich bezahlt.

«Durch das effizientere Engineering und gesamthaft geringere Kosten können wir die Wettbewerbsfähigkeit am Markt weiter steigern und den Kunden zusätzlich eine Performance optimierte und robuste Maschine anbieten», sagt Patrick Kurer. Er nennt ein Beispiel aus dem Druck- und Verpackungsbereich. Beim Kartonhandling musste sein Team die Position des Kartonbogens auf dem Greifer eindeutig bestimmen, damit der Bogen lagerichtig auf einen Cutter aufgelegt werden kann. Dazu genügten drei Baumer-Profilsensoren OXM200.

«Dank IO-Link mussten wir nicht mit dem analogen Signal arbeiten, sondern konnten den Messwert kostengünstig über IO-Link auswerten», berichtet Kurer. Für die Zukunft sieht Patrick Kurer noch viel Potenzial für IO- Link-Anwendungen. «Auf weitere Sicht sind die IO-Link-Technologie und smarte Sensoren sicher auch ein Enabler für neue Geschäftsmodelle und mögliche Services wie Condition Monitoring oder Predictive Maintenance», ist der Automationsingenieur überzeugt.

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