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Drahtlose Kommunikation ermöglicht effiziente Konzepte für die Steuerung

30.03.2009
Wenn sich ein Maschinenbauunternehmen mit neuer Kommunikationstechnik beschäftigt, kommt es nicht um das Thema Wireless herum. Auch stellen sich die Fragen: Dezentrale oder zentrale Lösung? Wie viel Intelligenz in den einzelnen Modulen ist zielführend? Kann man durch Aufzeichnen wichtiger Verbrauchsdaten, wie Durchflussmengen, Drehzahlen oder Teiledurchsatz die Energieeffizienz der Anlage erhöhen?

Fällt die Wahl des Maschinen- und Anlagenbauers im Zuge einer zukunftssicheren Kommunikation auf eine drahtlose Verbindungstechnik, erübrigt sich die vor allem bei Modernisierungen teilweise aufwändige und umständliche Integration von Kommunikationsleitungen in das Maschinenkonzept. Viel wichtiger sind Fragen der Funkfeldplanung und der Sicherstellung der Koexistenz von Kommunikationssystemen bei der Einführung in das industrielle Umfeld der Maschine. Weil in der Regel eine übergeordnete SPS für die Prozesssteuerung und Überwachung verantwortlich zeichnet, jedoch auf die Informationen der Untermodule (Sensor- und Aktorzustände) angewiesen ist, muss dabei mit besonderer Sorgfalt gearbeitet werden.

Funknetzwerk übermittelt die Daten an Prozessmaster

Panasonic stellt für diesen Anwendungsbereich ein Komplettpaket für die Automatisierung bereit: eine Steuerungstechnik (SPS), die sich um die Ansteuerung der Antriebe, den übrigen Maschinenablauf sowie um die Visualisierung und Kommunikation mit der übergeordneten Rechnerwelt kümmert, und ein Funknetzwerk, das sicher und schnell die wertvollen Daten der einzelnen Module an den Prozessmaster übermittelt. Moderne HMI-Lösungen, um dem Techniker vor der Maschine einfach und sicher alle notwendigen Informationen zur Verfügung zu stellen, runden das System ab.

Die Basis für diese Automatisierungslösung bildet die SPS FP Σ (Sigma). Sie hat im Wesentlichen die Aufgabe, alle notwendigen Sensoren und Aktoren intelligent innerhalb der gesamten Maschinenabfolge zu steuern und die Kommunikation zur Außenwelt durch integrierte Schnittstellen zu organisieren. Dabei stehen zur Ansteuerung von Servoverstärker oder Frequenzumrichter mehrere Lösungsansätze zur Auswahl.

Außer der diskreten Ansteuerung der Umrichter durch Verwendung der Puls- oder Schrittmotorfunktion der SPS bietet sich bei den Servoantrieben auch die Verwendung des ethernetbasierten Feldbussystems RTEX (Realtime Express) an. Die Verarbeitung der gesamten Positionierung wird in der SPS realisiert und die Daten sämtlicher Servoverstärker (Servoantriebe, Serie Minas A4N) werden vom FP-Σ-RTEX-Motion-Control-Modul gelesen und geschrieben. Das Panasonic-Ethernet-Bussystem ermöglicht in Ringstruktur bei einer maximalen Buskabellänge von 200 m die Ansteuerung von bis zu 16 Achsen bei Verwendung der FP Σ.

Die erweiterbare Steuerung bietet im Vollausbau bis zu 384 DE/DA sowie bis zu 40 analoge Eingänge und bis zu 28 analoge Ausgänge. Die analogen Eingänge erlauben außer Strom und Spannung auch den Anschluss von Pt100-, PT1000- und Ni1000-Elementen. Außer der sehr kleinen Bauweise zeichnet sich die Steuerung vor allem durch eine Verarbeitungsgeschwindigkeit von 0,4 µs pro Basisbefehl aus.

Kommunikation im 2,4-GHz-Band

Der wichtigste Teil der Gesamtlösung, nämlich die Kommunikation der einzelnen Aggregate über Funk, wird durch Verwendung der KR20-Systeme gelöst. Damit bietet das Unternehmen für das lizenzfreie 2,4-GHz-Band flexible und effiziente Möglichkeiten für den drahtlosen Datenaustausch zwischen verschiedenen Subsystemen an.

Die Koexistenz mehrerer Funksysteme innerhalb einer Fabrikhalle wird durch ein spezielles Modulationsverfahren der KR20-Architektur gewährleistet. Dadurch ist ausgeschlossen, dass ein System, das zum Beispiel mittels WLAN (IEEE 802.11) Daten kommuniziert, in Kollision mit dem Panasonic-System gerät.

Viele Parameter bei der Planung des Funkfelds zu berücksichtigen

Bei der Funkfeldplanung steht das Unternehmen mit Rat und Tat zur Seite, denn außer der Auswahl der richtigen Antennen gibt es eine Vielzahl weiterer Optimierungspotenziale, die es zu nutzen gilt. In einer 1:N-Topologie können bis zu 254 Endgeräte miteinander kommunizieren. Des Weiteren können RS485-Subsysteme, zum Beispiel zum Loggen wichtiger Verbrauchsdaten, mit Hilfe des Panasonic-Energiezählers integriert werden.

Das KR20 bietet daneben auch digitale Ein-/Ausgänge zur dezentralen Steuerung von Geräten an. Außerdem können die Geräte auch als Router oder Repeater genutzt werden. Die Routingfunktionen erlauben zielgenaues Versenden von Informationen und damit einen höheren Datendurchsatz; die Repeaterfunktion ermöglicht den Einsatz des Funksystems bei sehr großen Distanzen, wobei – je nach örtlichen Gegebenheiten – zwischen zwei Funkmodulen bis zu 500 m überbrückt werden können.

Die Parametrierung der KR20-Funknetzwerkmodule, also die Registrierung der Slaves am Master, die Festlegung der Kommunikationsstruktur sowie die Verwendung des Kommunikationsprotokolls wird mit Hilfe des kostenlosen Konfigurators KR vollzogen. Dieser beinhaltet zudem Inbetriebnahmewerkzeuge, mit denen Diagnosen über die Auswirkung der Datenlänge und Anzahl der Repeater auf die Telegrammlaufzeit oder die Feldstärke erstellt werden können.

Fertige Fließbilder für die Visualisierung

Die Visualisierung wird auf zweierlei Art für den Maschinenbauer in das Gesamtsystem integriert. Die klassische Bedienkonsole vor Ort lässt sich am besten durch Verwendung eines Touchterminals der GT-Serie realisieren.

Die Geräte bieten von 3 bis 5,7 Zoll einen direkten Anschluss an die SPS mittels RS232- oder RS485-Schnittstelle. Die flache Bauweise gestattet den Einbau in nahezu jeden Schaltschrank oder in Doppelwandelemente. Fertige Fließbilder, die vom Hersteller kostenlos zum Download bereitgestellt werden, reduzieren den Entwicklungsaufwand zur Erstellung der Prozessbilder.

Daneben bietet sich das Funknetzwerk KR20 zur Übertragung der wichtigen Daten auf einen Webserver an. Der FP-Web-Server 2 mit einem Speicher von 8 MByte ermöglicht die Darstellung der Daten auf einer HTML-Seite. Gangliniendiagramme und Alarmlisten lassen sich ebenso integrieren wie die Ansteuerung wichtiger Aktoren im Fehlerfall.

Drahtlose Kommunikation wird im Maschinenbau immer wichtiger

Im Maschinen- und Anlagenbau ist der Weg zu immer anspruchsvolleren Maschinen, die hochdynamische, taktsynchrone und zuverlässige Aufgaben zu erledigen haben, vorgezeichnet. Dabei sind die Einsatzbereiche der beschriebenen drahtlosen Kommunikationslösung sehr vielfältig und reichen von Verpackungsmaschinen, Stanzmaschinen, Etikettiersystemen und Bestückungsautomaten bis zu Fördersystemen.

Drahtlose Systeme lassen sich leicht umkonfigurieren oder erweitern, wenn im Verlauf der Erstellung der Anlage die Analyse weiterer Daten notwendig ist. Durch den Einzug moderner Servotechnik mit Real-Time-Ethernet, gekoppelt mit SPS-Systemen, die bei geringer Baugröße immer mehr an Funktionen und Flexibilität bieten, eröffnen sich dem Maschinenhersteller innovative Möglichkeiten.

Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Kink ist Produktmanager Steuerungstechnik bei der Panasonic Electric Works Deutschland GmbH in Holzkirchen.

Wolfgang Kink | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/179296/

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