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Einfach kommunizieren

Titel

Greifer – Schunk erweitert sein Portfolio um leistungsdichte mechatronische Module und Sensoren, die über IO-Link parametriert und angesteuert werden können. Das unterstützt Verdrahtung, Integration und Anpassung an den Prozess und vor allem einen schnellen und einfachen Datentransfer in der smarten Fabrik.

24. Mai 2018

Moderne mechatronische Greifsysteme sind das leistungsfähige Bindeglied zwischen Roboter und Werkstück. Schnell integriert und einfach parametriert, arbeiten sie »closest to the part« genau dort, wo Prozessdaten entstehen. Damit bieten sie die Voraussetzung, um diese im Fertigungstakt zu sammeln und bereitzustellen.

Voraussetzung hierfür sind kluge Kommunikationsschnittstellen wie IO-Link. Nur mit ihnen wird die steigende Komplexität der smarten Produktion beherrschbar bleiben.

IO-Link ist zweifellos am Markt angekommen und kann ein beeindruckendes Wachstum verzeichnen. Die bisher erzielten Erfolge sind auf Offenheit, Einfachheit, Installationsvereinfachung sowie die Möglichkeit zur Parametrierung und Diagnose zurückzuführen. Zudem fallen derzeit die Preise pro Knoten. Viele Maschinenbauer und Betreiber haben die Vorteile von IO-Link erkannt und integrieren die Technologie in ihre Maschinen und Anlagen. Gegenüber der bisherigen Verwendung von binär schaltenden oder analogen Sensoren und Aktoren können bei IO-Link über die digitale Punkt-zu-Punkt-Verbindung auch Parametrier- und Diagnosedaten vom und zum Sensor oder Aktor übertragen werden. Zusätzlich lassen sich der Aufwand für Verdrahtung sowie die Zahl der Varianten für Schnittstellen und Steckverbinder in der Anlage verringern.

Greifer lieben IO-Link

Eine Komponente, die sich für die Anbindung per IO-Link bestens anbietet, sind Greifer. Spezialist Schunk stattet darum jetzt seine Vorzeigemodelle PGN-plus-E und EGP mit IO-Link-Funktionalität aus. Beide basieren auf bewährten, leistungsdichten Komponenten aus dem Schunk-Programm. Beim vom Hersteller als mechatronisches Flaggschiff bezeichneten PGN-plus-E sind dies eine robuste Vielzahnführung zur Aufnahme besonders hoher Momente, durchgängige Schmierstofftaschen mit einem flachen Schmierkeil in der gesamten Vielzahn-Führungskontur sowie eine Schrägzugkinematik mit hoher Flächenabdeckung in allen Hublagen. Angetrieben wird der mechatronische Universalgreifer von einem bürstenlosen DC-Servomotor, der eine dauerhaft hohe Prozessstabilität, hohe Leistungsdichte sowie eine lebenslange Wartungsfreiheit gewährleistet. Eine mechanische Selbsthemmung stellt sicher, dass gegriffene Bauteile auch bei einem Notstopp oder Stromausfall zuverlässig gehalten werden.

Flexible Prozesse bei Pick-and-Place-Anwendungen wiederum ermöglicht der kompakte, mechatronische Kleinteilegreifer Schunk EGP. Verglichen mit am Markt erhältlichen, elektrisch angetriebenen Kleinteilegreifern bietet er hohes Tempo bei gleichzeitig hoher Greifkraft auf kleinem Bauraum. Seine komplette Elektronik ist platzsparend im Inneren verbaut. Bürstenlose und damit wartungsfreie Servomotoren sowie eine leistungsfähige Kreuzrollenführung gewährleisten einen hohen Wirkungsgrad und machen ihn zu einem dynamischen und leistungsfähigen Experten fürs anspruchsvolle Handling kleiner und mittlerer Teile. Um die Dynamik und die Energieeffizienz der übergeordneten Anlage zu erhöhen, besteht das Leichtbaugehäuse des EGP aus einem speziellen Hochleistungsaluminium. Zudem wurde bei der Konstruktion konsequent überschüssiges Material eingespart.

Erfolgreiche Vorbilder

Beide Greifer basieren auf erfolgreichen Vorgängern: Beim PGN-plus-E mit IO-Link ist dies naheliegend der PGN-plus, der laut Hersteller weltweit als Benchmark bei pneumatischen Greifern gilt. Der kleinere EGP mit IO-Link hat seine mechanischen Qualitäten beim beliebten Modell MPG-plus für das Kleinteilehandling abgeschaut. Schunk verfolgt also das Ziel, die Erfolgsgeschichten seiner erprobten Flaggschiffe konsequent fortzuschreiben und damit deren mechanische Benchmark-Qualitäten um die Vorzüge des mechatronischen Greifens zu erweitern. Beide Greifer verfügen über die 24-Volt-Technologie sowie eine integrierte Regelungs- und Leistungselektronik. Beide benötigen weder Platz im Schaltschrank noch eine externe Steuerungseinheit und sie sollen geradezu ideale Voraussetzungen für einen einfachen Umstieg vom pneumatischen aufs mechatronische Greifen bieten.

Zusätzlich eröffnen der PGN-plus-E und der Schunk EGP in der IO-Link-Variante mit dem für den Einsatz in der Automatisierungstechnik optimierten, digitalen, seriellen Kommunikationsprotokoll – standardisiert in der IEC 61131-9 – ein ganzes Bündel an Vorteilen: Beide Greifer erfüllen den IO-Link-Class-B-Standard und lassen sich einfach und intuitiv in die Produktionsumgebung integrieren und mit geringem Aufwand in Betrieb nehmen. Ein einziges Kabel zur Steuerung und Spannungsversorgung genügt, um den Greifer zu betreiben, und damit dieser Daten von der übergeordneten Steuerung empfangen oder an sie senden kann. Über die IO Device Description (IODD) meldet sich der Greifer dort an.

Nützliches Tool

In diesem Zusammenhang stellt die IO-Link-Community den sogenannten lODDfinder zum schnellen Finden von IO-Link-Geräten zur Verfügung. IO-Link-Hersteller können diese konsistente zentrale Datenbank nutzen, um ihre Gerätebeschreibungen auf dem aktuellen Stand zu halten. Für Anwender wiederum entsteht ein zentraler Zugriffsort für alle verfügbaren IODDs. Die Gerätebeschreibung ist ein Softwarecode, der Auskunft über die Funktionalität eines IO-Link-Gerätes gibt.

Da es sich hierbei nicht um ein ausführbares Programm handelt, ist die IODD weniger als Treibersoftware, sondern vielmehr als eine Art Schablone für die Funktionen eines IO-Link-Geräts zu verstehen. Sie ist wesentlicher Bestandteil eines Geräts und muss für den Anwender zugänglich sein.

Wo bisher nur binäre Schaltzustände wie Ein und Aus oder analoge Signale übertragen wurden, lassen sich jetzt Parameter wie Position und Greifgeschwindigkeit im laufenden Anlagenbetrieb zentral festlegen und verändern. Zudem ist es möglich, die Greifkraft über Einstellungen in der Software individuell an das jeweilige Werkstück anzupassen, um Handhabungsszenarien mit deformationsempfindlichen Teilen umzusetzen. Damit steigt die Flexibilität innerhalb der Anwendung deutlich. Im Extremfall können die Parameter von Zyklus zu Zyklus angepasst werden.

Viel Zeit gespart

Treten Störungen und Fehler auf, ist der Anwender in der Lage, punktgenau einzugreifen. Dies führt zu einer immensen Zeitersparnis bei der Inbetriebnahme oder bei einem Austausch des Greifers. Ein integriertes Diagnosetool überwacht permanent den Zustand der Greifer und übermittelt Fehler automatisch an die übergeordnete Steuerung. Zusätzlich können Anlagenbetreiber beliebige Wartungsintervalle der Anlage auf dem Tool hinterlegen.

Als Bindeglied zwischen Greifer und Feldbus genügt ein IO-Link-Master der Portklasse B. Dieser empfängt den Prozesswert von den Sensoren, fasst diesen zusammen und übernimmt die Weiterleitung an das überlagerte Bussystem. Über diese Schnittstelle gelangen erfasste Zustandsdaten schnell bis in die Leitebene. In einer eventuell genutzten SPS muss keine zusätzliche Software implementiert werden.

Da ein IO-Link-Master nur eine bestimmte Anzahl von IO-Link Devices bedienen kann, kommen oft mehrere solcher Master zum Einsatz. Prinzipiell können hierfür fertig konfektionierte Kabel verwendet werden, die die Fehlermöglichkeiten in der Installation drastisch reduzieren. Lediglich beim Beschleunigen aus der Ruhelage steigt der Strombedarf für einige Millisekunden an. Gängige IO-Link-Master liefern heute diese Gangreserve.

Äußerst durchgängig

lO-Link ermöglicht eine Durchgängigkeit von der Steuerungsebene durch die Automatisierungsebene ins Internet. Neben der digitalisierten, und damit sicheren und verlustfreien Messwertübertragung an die Maschinensteuerung, können so auch zusätzliche Informationen bis in das ERP-System gebracht werden, um dort eine höhere autonome Produktivität zu erlangen. Zusatzinformationen wie die Geräteidentität und Diagnosedaten, aber auch Parameterdaten lassen sich einfach übertragen.

Letztere sind beispielsweise dann erforderlich, wenn es darum geht, im laufenden Betrieb einen Parameter- oder Komponentenwechsel bei flexiblen Losgrößen zu vollziehen. Zudem sorgen die Identifikationsdaten dafür, dass Verwechslungen aber auch Manipulationen ausgeschlossen werden können.

Einstellparameter, die früher nach einem Variantenwechsel der Maschine für immer verloren waren und zeitaufwendig durch Teachen, Anfahren und Korrigieren erneut ermittelt werden mussten, sind bei den IO-Link-Greifern auf der Steuerung hinterlegt und damit sofort wieder verfügbar. Auf diese Weise können Produktwechsel maßgeblich beschleunigt werden. Zudem sinkt das Fehlerrisiko, da keine manuellen Eingriffe mehr erforderlich sind. Muss der Greifer getauscht werden, erkennt die Anlage diesen und lädt selbstständig die hinterlegten Parameter.

Vor allem im internationalen Geschäft ist es häufig notwendig, Maschinen – je nach Zielmarkt – mit unterschiedlichen Automatisierungssystemen auszustatten. Maschinenbauer und Systemintegratoren profitieren daher von einer standardisierten Installation und Gerätefunktionalität auf der Sensor-Aktor-Ebene, die, wie beispielsweise IO-Link, unabhängig vom Feldbussystem ist. Lediglich der IO-Link Master ist dann auf das entsprechende Feldbussystem abzustimmen. mk

Hintergrund

IO-Link-Magnetsensor für Pneumatikgreifer

 

• Damit Anwender auch beim Einsatz pneumatischer Greifer die Vorteile von IO-Link nutzen können, hat Schunk den Magnetschalter Schunk MMS 22-IO-Link im Programm. Der Sensor, der den IO-Link Class A Standard vollständig erfüllt, kann störkonturfrei unmittelbar in der C-Nut der pneumatischen Universalgreifer PGN-plus-P oder der pneumatischen Kleinteilegreifer MPG-plus platziert werden. Mit ihm lässt sich der gesamte Hubbereich des Greifers erfassen, sodass unterschiedlich große Teile präzise detektierbar sind.

• Dank IO-Link können neben der Positionsabfrage zusätzliche Daten generiert werden, etwa die Abfrage der Zyklenzahl, der Temperatur, die Auswertungsqualität oder die Sensoridentifikation. Zudem ist eine durchgängige Kommunikation zwischen dem MMS 22-IO-Link und der Steuerung gewährleistet. Statt den Schaltpunkt umständlich mechanisch einzustellen, lässt sich der Sensor schnell und komfortabel über die IO-Link-Schnittstelle teachen.

• Alternativ können kabelgebundene Stecker- oder berührungslose Magnet-Teachwerkzeuge von Schunk eingesetzt werden. Der jeweilige Schaltzustand wird über eine LED-Anzeige signalisiert. Verglichen mit herkömmlichen Magnetschaltern sparen Anwender auf diese Weise bis zu 90 Prozent der Einrichtzeit. Dank IO-Link sind im Gegensatz zu analogen Magnetschaltern weder geschirmte Kabel noch andere EMV-Schutzmaßnahmen erforderlich, wodurch die Inbetriebnahme wesentlich vereinfacht wird.

Erschienen in Ausgabe: Nr. 04 /2018