LWL-Technik auf der Schiene - wirautomatisierer

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LWL-Technik auf der Schiene

1 Die Lichtwellenleiter-Geräte Serie 3060 wurden mit Blick auf aktuelle Praxisanforderungen entwickelt
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Fotoelektrische Geräte für DIN-Schienenmontage werden ausschließlich für Lichtwellenleiteranwendungen eingesetzt. Die Idee dabei ist, die Geräte in ohnehin vorhandene Schaltschränke oder -gehäuse einzubauen, zusammen mit anderen elektromechanischen und elektronischen Bauteilen. Da diese Komponenten heute meist auf C- bzw. Hutschiene montiert werden, liegt es auf der Hand, die LWL-Geräte ebenfalls für diese Art der Befestigung auszulegen.

Dipl.-Ing. Peter Heimlicher, Gründer und Geschäftsführer der Contrinex AG in Givisiez/ CH, deutscher Sitz in Nettetal

Die Lichtwellenleiter werden bei dieser Einsatzart kopfseitig am jeweiligen Einsatzort auf die Maschine oder Anlage montiert und in den Schaltschrank zu den zugehörigen Geräten geführt. Auf diese Weise werden sowohl ein guter Schutz der Geräte wie auch eine wirtschaftliche Montage erreicht.
Der Markt und Stand der Technik
Solche Lichtwellenleiter-Geräte für DIN-Schienenmontage werden seit längerer Zeit und in großen Stückzahlen eingesetzt. Im Laufe der Jahre wurden diese Geräte entsprechend den zunehmenden technischen Möglichkeiten und den Anwenderforderungen fortlaufend weiterentwickelt. Die Spitzengeräte haben heute einen hohen technischen Stand erreicht. Ihre Einsatzgebiete sind vorwiegend der Handlingbereich, sowie die Herstellung von Halbleitern und anderen elektronischen bzw. feinmechanischen Komponenten. Japanische Anbieter haben sich hier eine führende Stellung erworben. Viele der von europäischen und amerikanischen Firmen angebotenen derartigen Geräte sind japanischen Ursprungs mit wechselnden Brandlabeln.
Vom Auftauchen der ersten solcher Geräte bis heute lassen sich eine ganze Anzahl Entwicklungstrends erkennen, wovon viele wieder verschwunden sind. Heute sind die Geräte führender Hersteller gekennzeichnet durch:
m Einstellung des Schaltabstands durch Teach-in (allerdings hat sich die klassische Einstellung mittels Potentiometer in vielen Fällen halten können);
m 10 mm Gehäusebreite (wichtig bei Anreihung mehrerer Geräte);
m Lichtwellenleiter-Anschluss mit 2,2 mm Durchmesser;
m Möglichkeit zur Fernauslösung des Teach-in-Vorgangs;
m hohe Schaltfrequenz bzw. kurze Ansprechzeiten;
m große Schaltabstände;
m eingebaute programmierbare Timer für Impulsverzögerung und -verlängerung.
„Out“ sind bei modernen Ausführungen hingegen
m Gehäusebreiten über 10 mm;
m Schaltfrequenzen unter 1 kHz;
m Baureihen nur mit fest eingebautem Kabel (d.h. keine Steckerversionen);
m Baureihen mit ausschließlich NPN-Geräten;
m vom Standardbereich (10 bis 30 VDC) abweichende Betriebsspannungen.
Den japanischen Stand übertreffen
Die neu entwickelte Contrinex-Gerätebaureihe 3060 orientiert sich an den neuesten Geräten führender japanischer Hersteller. Allerdings wurden in mehreren wichtigen Punkten Verbesserungen vorgenommen:
m verbesserte Erfassungseigenschaften: höhere Teach-in-Auflösung, großer Schaltabstand, trotzdem bis zu kleinsten Schaltabständen einsetzbar;
m hochstabiler Schaltabstand;
m Bargraph-Anzeige der Signalstärke statt unübersichtlicher Digital-Anzeige;
m wesentlich einfacher bedienbar dank europäisiertem Bedienkonzept; Verzicht auf unwesentliche „Gadgets“;
m trotz der geringen Gerätebreite von 10 mm guter Schutz gegen Umwelteinflüsse;
m geringe Stromaufnahme, dadurch keine übermäßige Erwärmung der Elektronik (auch bei Anreihung).
Hinzu kommen substantielle Verbesserungen der Erfassungseigenschaften, die auf den ersten Blick nicht ohne weiteres erkennbar sind:
m Die relative Hysterese (d.h. in % des aktuellen Schaltabstands) ist über den ganzen Einstellbereich praktisch konstant;
m sehr hohe Fremdlichtfestigkeit;
m Filterung des Lichts von HF-Leuchtstoffröhren;
m Unempfindlichkeit gegen Blitzlampen und Stroboskope;
m stark reduzierte gegenseitige Beeinflussung zwischen mehreren Geräten;
m geringe Exemplarstreuung des Schaltabstands (bei vorgegebener Einstellung).
Nachfolgend werden diese Neuerungen näher erläutert. Alle Angaben betreffend Schaltabstände beziehen sich, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, auf den Referenzlichtleiter Typ LFP-1002-020 (Taster, Einzelfasern mit optischem Durchmesser von 1 mm, Kopf ohne Optik, Länge 2 m).
Verbesserte Erfassungseigenschaften
Dank neuartiger Schaltungstechnik (u.a. durch Einsatz von quasi-logarithmischen Digitalpotentiometern) sind die Geräte sowohl für sehr kurze (ab 20 mm) wie auch für sehr große (bis 200 mm) Schaltabstände geeignet, sodass sich die notwendige Gerätevielfalt reduzieren lässt. Auch die Teach-in-Ausführung ermöglicht feinste Auflösung. Die Schrittgröße beträgt weniger als 1 mm über den gesamten Einstellbereich. Damit wird ein Hauptnachteil der zurzeit marktüblichen Teach-in-Geräte im Vergleich zu denjenigen mit konventioneller Potentiometer-Einstellung beseitigt.
Das Contrinex-Gerät ermöglicht wahlweise die Verwendung beider marktüblicher Teach-in-Verfahren. Bei Teach 1 wird in Abwesenheit des Objekts, aber mit vorhandenem Hintergrund, der Schaltabstand automatisch so eingestellt, dass der Hintergrund sicher nicht erkannt wird. Damit wird eine maximale Funktions-reserve in Bezug auf das Objekt erzielt. Bei Teach 2 erfolgt der Teach-in-Vorgang in einer ersten Phase auf das Objekt, in einer zweiten Phase auf den Hintergrund. Das Gerät stellt den Schaltabstand anschließend auf einen dazwischenliegenden Wert ein. Damit lassen sich bei anspruchsvolleren Einsatzfällen, d.h. bei wenig Signalunterschied zwischen Objekt und Hintergrund, die besten Resultate erzielen. Zusätzlich verfügen die Geräte über einen Adjust-Modus, der die nachträgliche manuelle Feineinstellung der durch Teach-in gefundenen Einstellung ermöglicht. Sofern gewünscht, kann auf Teach-in verzichtet und der ganze Einstellbereich des Geräts über diese Adjust-Funktion durchfahren werden.
Hochstabiler Schaltabstand
Die neuen Geräte sind mit einer Leis-tungsregelung des ausgesendeten Lichts ausgerüstet. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Teil des von der Sende-LED erzeugten Lichts geräteintern abgezweigt und damit ohne Umweg über die Lichtleiter auf eine zweite Empfangsdiode geführt wird. Das von dieser zweiten Diode empfangene Signal wird verwendet, um die Leistung des Senders konstant zu halten. So werden auf einen Schlag drei wesentliche Verbesserungen erreicht:
m Die Temperaturdrift des Schaltabstands wird stark reduziert und ist damit in den meisten Fällen vernachlässigbar;
m Die Lichtabnahme durch Alterung der Sende-LED wird eliminiert;
m Die Exemplarstreuung zwischen den Geräten, die zum überwiegenden Teil der Exemplarstreuung der Sende-LED zuzuschreiben ist, wird stark vermindert.
Bargraph-Anzeige
Die Anwendungserfahrung zeigt, dass die übliche rudimentäre Beurteilung der Signalqualität mittels einer Funktions-reserve-LED oft nicht befriedigt. Als Alternativen kommen numerische Digitalanzeigen, Bargraphs sowie eine Kombina-tion der beiden in Frage. Umfragen bei An-wendern haben ergeben, dass im Normalfall klarerweise dem Bargraph der Vorzug gegeben wird. Er allein ermöglicht die unmittelbare, für jedermann verständliche und hochdynamische Beurteilung der Signalqualität. Selbstverständlich haben numerische Anzeigen in Sonderfällen ihre Vorteile. Wenn sie aber für den Normalfall als Bargraph eingestellt werden, ist das Resultat visuell wenig befriedigend.
Einfache Bedienung
Ein gemeinsamer Nachteil der bisherigen Teach-in-Geräte ist deren umständliche, zum Teil sogar sehr komplizierte Bedienung. Ohne Stu-dium einer mehr oder weniger verständlichen und ebenso mehr oder weniger umfangreichen Bedienungsanleitung geht in der Regel nichts. Die Situation ist im Ursprungsland dieser Geräte möglicherweise anders, aber in Europa und in den USA erwartet der Anwender, dass er zumindest die Grundfunktionen der Geräte möglichst ohne Lesen und Suchen benützen kann. Diesem Anliegen wurde bei der neuen Geräteserie besondere Bedeutung beigemessen. Dabei standen folgende Forderungen im Vordergrund:
m minimale Mehrfachbelegung der Bedienelemente; besser mehr und notgedrungen kleinere Bedienelemente, dafür solche mit klar zugeordneten Funktionen;
m einfache Verifizierbarkeit der bereits eingestellten Parameter;
m keine undurchsichtigen, weil vielfach verschachtelte Softwareschlaufen;
m Nach einer vordefinierten Zeit ohne Tastendruck soll das Gerät immer selbsttätig in den zuletzt gültig eingestellten Zustand zurückfallen.
Alle diese Forderungen sind bei den Geräten implementiert. Das Bedienungskonzept ist durch Aufteilung in Bedien-ebenen klar gegliedert. Je nach Situation erfolgt die Bedienung auf einer von vier Ebenen, wobei als oberste (erste) Ebene alle Grundfunktionen des Geräts auf Grund des selbsterklärenden Bedienungspanels spontan auch vom nicht spezialisierten Anwender benützbar sind.
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