Drahtloser Sensor-/Aktorverteiler im Aluminium-Niederdruckguss (Hannover Messe: 11-A35) Vermeidbare Produktionsausfälle - wirautomatisierer

Drahtloser Sensor-/Aktorverteiler im Aluminium-Niederdruckguss (Hannover Messe: 11-A35)

Vermeidbare Produktionsausfälle

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Seit August 2006 hat die KS Aluminium-Technologie AG in Neckarsulm drahtlose Sensor-/Aktorverteiler in einer Roboterzelle für den Aluminium-Niederdruckguss von Motorblöcken im Einsatz. Damit konte man die konventionellen IP67-Verteiler an jedem der drei Greifer ersetzen und so die Verfügbarkeit der Roboterzelle signifikant erhöhen.

Dipl.-Ing. Wolfgang Zimmermann, Produktmarketingmanager Drahtlose Automatisierung bei der ABB Stotz-Kontakt GmbH in Heidelberg (www.abb.de/stotz-kontakt)

Den automatischen Niederdruckguss von Aluminium-Motorblöcken mit Laufbuchsen handhabt bei KS ein Foundry-Roboter von ABB mit verschiedenen Greifern. Zunächst nimmt sich der Roboter mit dem Buchsengreifer einen Satz Laufbuchsen und hält diese zum Vorwärmen in die entsprechende Heizstation. Währenddessen werden in den abgelegten Kerngreifer die Sandkerne für den Niederdruckguss eingesetzt. Danach werden das Kernpaket und die Laufbuchsen vom Roboter ineinander gefügt. Anschließend legt er den Buchsengreifer ab, nimmt den komplett bestückten Kerngreifer auf und setzt Kerne bzw. Buchsen in die Gießform ein. Daraufhin erfolgt der eigentliche Gießvorgang. Hat der neue Motorblock ausreichende Festigkeit erreicht, wird er vom Roboter mit Hilfe des Blockgreifers entnommen und auf eine Ablage zur Qualitätsprüfung abgesetzt.
Bisherige Schwachstelle und die drahtlose Lösung
Jeder der Greifer ist mit Federkontakten ausgestattet, die z.B. die Signale von induktiven Sensoren und mechanischen Endschaltern zum Roboter übertragen. Durch den häufigen Greiferwechsel verschleißen diese Federkontakte, weshalb bisher immer wieder der Ausfall einzelner Signalverbindungen zu Fehlermeldungen, Produktionsunterbrechungen und zeitraubenden Reparaturen führte. Auch ein regelmäßiger, vorbeugender Austausch dieser Federkontakte konnte das Problem nicht beseitigen.
Als Lösung wurde nun auf jedem der Greifer anstelle der konventionell verdrahteten Verteiler ein drahtloser Sensor-/Aktorverteiler Wisa (Wireless Interface für Sensoren und Aktoren) von ABB installiert, der seine Signale verschleißfrei per Funk überträgt. Ein so-genanntes Ein-/Ausgabemodul im Anlagenschaltschrank hält mittels eines oberhalb der Anlage montierten Antennenpaars die Funkverbindung zu den Sensor-/Aktorverteilern. Dadurch entfallen die störanfälligen Federkontakte aus der Signalübertragung. Lediglich die 24-VDC-Versorgung der drahtlosen Sensor-/Aktorverteiler erfolgt noch über die Federkontakte. Durch das Parallelschalten mehrerer Kontaktstifte für die Energieversorgung ist das Ausfallrisiko praktisch eliminiert worden. Ganz nebenbei sorgen die drahtlosen Verteiler durch ihr An- und Abmelden beim Greiferwechsel für eine eindeutige Identifikation. Ein Verwechseln der Greifer ist damit ausgeschlossen.
Zuverlässige Kommunikation
Wisa-COM ist die von ABB speziell für die Fabrikautomation entwickelte Funktechnologie im 2,4-GHz-Band, die sich durch Echtzeitfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit sowie die mögliche Koexistenz vieler Systeme in einer einzigen Fabrikhalle auszeichnet. Das zuvor erwähnte Ein-/Ausgabemodul kommuniziert mit bis zu 13 Wisa-Verteilern.
Viele Maßnahmen zur Sicherstellung eines störungsfreien, zuverlässigen Betriebs laufen automatisch ohne Zutun des Anlagenbetreibers ab: Das Ein-/Ausgabemodul und die ihm zugeordneten drahtlosen Verteiler wechseln beispielsweise kontinuierlich nach einem vorgegebenen Muster ihre Kommunikationsfrequenz. Dabei nutzen sie das gesamte Frequenzspektrum des 2,4-GHz-Bands. Auf diese Weise wird vermieden, dass elektromagnetische Störungen aus dem industriellen Umfeld oder die Signale anderer Kommunikationssysteme zu Fehlfunktionen führen. Kommunikationsvorgänge sind erst abgeschlossen, wenn die Gegenseite den einwandfreien Empfang bestätigt hat. Bei Bedarf wird die Signalübertragung wiederholt, wobei ein Zyklus der Funkübertragung lediglich 2,04 ms dauert. Diese Performance eines Wisa-Systems bleibt beim Vollausbau ebenso hoch wie bei der Kommunikation mit nur einigen wenigen drahtlosen Sensor-/Aktorverteilern.
Die Verteiler melden sich auch ohne einen Statuswechsel zweimal pro Sekunde beim zentralen Ein-/Ausgabemodul. Bleibt diese Meldung aus, wird die letzte Statusinformation als „nonvalid“ gekennzeichnet und an die Steuerung übermittelt, um von dort den Fertigungsprozess anzuhalten oder eine Warnmeldung zu initiieren. Im Maschinenprogramm können gezielt Reaktionen bei Störmeldungen individuell für jeden Greifer programmiert werden. Die Feldbusanbindung des Ein-/Ausgabemoduls an die Robotersteuerung ist mit einem Devicenet-Fieldbusplug (FBP-System von ABB) realisiert.
Einfache Inbetriebnahme
Die Maschineninbetriebnahme mit drahtlosen Sensor-/Aktorverteilern gestaltet sich denkbar einfach: Nachdem das Ein-/Ausgabemodul in den „Config-Modus“ geschaltet ist, wird die dort gewählte Adresse einem drahtlosen Verteiler durch einen einfachen Druck auf seinen Folientaster unverlierbar zugewiesen. Eine sogenannte „Wink-Funktion“, die per Tastendruck ausgelöst werden kann, dient der eindeutigen Zuordnung der vergebenen Adressen im Betrieb: eine grüne LED blinkt am ausgewählten Sensor-/Aktorverteiler, während gleichzeitig seine Adresse im Display des zentralen Ein-/Ausgabemoduls erscheint.
Auch nachträglich lassen sich weitere Geräte wie beschrieben hinzufügen oder am zentralen Ein-/Ausgabemodul löschen. Reicht die Maximalzahl von 13 Sensor-/Aktorverteilern je Ein-/Ausgabemodul für die Anwendung nicht aus, muss lediglich ein weiteres Gerät einschließlich Antennenpaar hinzugefügt werden.
Jeder Sensor-/Aktorverteiler verfügt über acht M12-Buchsen, die jeweils doppelt belegt sind: eine Hälfte mit je zwei digitalen Eingängen, der Rest mit je zwei konfigurierbaren Ein-/Ausgängen. Die Spannungsversorgung erfolgt getrennt für Ein- und Ausgänge, die mit je 0,5 A belastet werden können. Die Versorgungsspannung lässt sich von einem zum nächsten Verteiler durchschleifen. Dies vermeidet insbesondere dann eine zusätzliche Verkabelung, wenn mehrere dieser Verteiler beispielsweise auf einem größeren Robotergreifer installiert sind.
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praxis Plus
Die drahtlosen Sensor-/Aktorverteiler haben im Aluminium-Niederdruckguss ihre Praxis-Bewährungsprobe bestanden und die Verfügbarkeit der Roboterzelle deutlich erhöht. Das sind – so die KS Aluminium-Technologie AG – gute Gründe, um bei Neuanlagen zukünftig von vornherein auf diese verschleißfreie Signalübertragung zu setzen.

Welche Produkte die KS Aluminium-Technologie AG anbietet und welche Fertigungstechnologie dahintersteckt, verdeutlicht das Unternehmen der Kolbenschmidt-Pierburg-Gruppe auf der hier verlinkten Website.
Näheres zum Wisa-Produktspektrum von ABB Stotz-Kontakt finden Sie hier.

eA-INFO-TIPP
Welche Produkte die KS Aluminium-Technologie AG anbietet und welche Fertigungstechnologie dahintersteckt, verdeutlicht das Unternehmen der Kolbenschmidt-Pierburg-Gruppe auf der folgenden Website:
www.kspg-ag.de/ index.php?fid=575&lang=2
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