Cyberphysische Systeme verknüpfen reale mit virtuellen Objekten, also Maschinen mit informationsverarbeitenden Systemen. Durch die systemübergreifende Kommunikation lassen sich Energie- und Prozesskontrolle sowie vorausschauende Wartung realisieren – wenn die Geräte über entsprechende Schnittstellen verfügen.

Speziell für die Vernetzung in der Vakuum-Automation entwickelt Schmalz Vakuum-Komponenten, die energie- und performancerelevante Daten nicht nur erfassen und in die Cloud schicken, sondern auch überwachen und analysieren. Dank IO-Link- oder Industrial Ethernet-Schnittstellen gelingt den Smart Field Devices die durchgängige Kommunikation von der Sensor- und Aktor-Ebene zur übergeordneten Steuerung (SPS) und weiter in die Leitebene. Dabei funktioniert die Kommunikation in beide Richtungen: Neben der Übermittlung von Daten zum Zustand oder zum Energieverbrauch lassen sich über die Steuerung Parameter ändern und auf das intelligente Feldgerät übertragen. 

Neben der IO-Link- und Industrial-Ethernet-Schnittstelle integriert Schmalz eine NFC-Schnittstelle (Near Field Communication) in die intelligenten Vakuum-Komponenten. Um über kurze Strecken Informationen drahtlos auszutauschen, findet eine Punkt-zu-Punkt-Kopplung zwischen dem Smart Field Device und dem NFC-fähigen mobilen Endgerät des Anwenders statt. Für die Übertragung ist keine eigene Energiequelle in der Komponente nötig. Stattdessen ist eine Spule verbaut, die über das Smartphone erregt wird. Die Spule induziert eine Spannung in einen Prozessor, der seine Informationen dann über eine Antenne sendet. Nutzer können somit sowohl Prozessdaten als auch Wartungs- und Service-Informationen am Smartphone direkt ablesen. Das Device spricht quasi Klartext mit dem Anwender: Kommt es zu einem Stillstand, liefert es eindeutige Hinweise zur Fehlerquelle statt kryptischer Fehlercodes. Auch das Parametrieren der Komponente kann via Smartphone erfolgen. Dafür gibt es die App ‚ControlRoom‘: Parameteränderungen, die über NFC vorgenommen werden, können direkt auf das Gerät übertragen oder von einem Gerät auf ein anderes kopiert werden.

Ein weiterer Vorteil von NFC ist die direkte Zuordnung von Produkt zu Smartphone. Zwei Geräte werden nur über eine sehr kurze Strecke von maximal 2 cm verbunden. So kann sich der Anwender sicher sein, keine benachbarten Geräte unbeabsichtigt zu parametrieren.

Von der Luftströmung zum Datenstrom

Die Vakuum-Komponenten sind über Schnittstellen wie IO-Link, Ethernet oder NFC schnell in die Anwendungsumgebung eingebunden. Sie ermöglichen eine lückenlose Prozessüberwachung, eine frühe Fehlererkennung und eine rechtzeitige, planbare Wartung.

© Schmalz

Welchen Nutzen die Digitalisierung auf der Komponentenebene für Vakuum-Anwendungen haben kann, zeigt beispielhaft ein Blick in das Kompaktterminal ‚SCTMi‘. Dieses bündelt bis zu 16 einzelne Vakuum-Erzeuger zu einer Einheit, die lediglich über einen elektrischen und einen Druckluftanschluss verfügt. So lassen sich gleichzeitig und unabhängig unterschiedliche Teile mit nur einem System handhaben. Das Vakuum wird mit einer Venturi-Düse erzeugt und von einem Sensor erfasst. Den genauen Vakuum-Wert können Anwender über die IO-Link-Prozessdaten oder am Display des Erzeugers auslesen. 

Über die zyklischen Prozessdaten werden auch die Ejektoren gesteuert und aktuelle Informationen vom ‚‘SCTMi‘ zurückgemeldet. Zudem stehen Anwendern über die IO-Link-Verbindung Einstellwerte, Parameter sowie Mess- und Analysedaten zur Verfügung. Darüber hinaus leiten die Diagnose- und Prognosefunktionen der Vakuum-Komponenten Informationen über den Zustand der Anlage ab und erkennen Trends in Qualität und Leistung. An eine interne oder externe Cloud übermittelt, werden die Daten aufbereitet und analysiert: Erkennt das System aus der Toleranz laufende Werte oder schleichende Veränderungen, können diese dem Anwender schnell und übersichtlich angezeigt werden. Zum Beispiel überprüft das System für die Predictive-Maintenance-Auswertungen die Leckage sowie den Staudruck. 

Condition-Monitoring-Ereignisse werden beispielsweise ausgelöst, wenn die Werte des Staudrucks abweichen, die Evakuierungszeiten der Ejektoren ihre Grenzwerte überschreiten oder Sensorspannungen außerhalb des Arbeitsbereiches liegen. Die Energy-Monitoring-Funktion hat den Energieverbrauch der angeschlossenen Vakuum-Systeme im Blick. Diese Überwachung basiert auf dem gemessenen Luftverbrauch, der unter Berücksichtigung von Systemdruck und Düsengröße berechnet wird. Anwender können über die IO-Link-Prozessdaten einen extern erfassten Druckwert vorgeben. Steht dieser Wert zur Verfügung, kann der Ejektor zusätzlich zum prozentualen den absoluten Luftverbrauch messen.

Schnell integriert

IO-Link vereinfacht zudem die Integration des Kompaktterminals in die Systemumgebung: So stellt Schmalz eine umfangreiche IO-Link-Konfigurationsdatei IODD (IO Device Description) zur Verfügung, die unter anderem Informationen zur Identifikation, Geräteparameter, Prozess- und Diagnosedaten sowie Kommunikationseigenschaften beinhaltet. Ebenso wird der Austausch von Geräten vereinfacht, da das IO-Link-Protokoll einen Automatismus zur Datenübernahme enthält. Beim Austausch eines Gerätes durch ein neues des gleichen Typs werden die Einstellparameter des alten Gerätes automatisch vom Master in das neue Gerät gespeichert.

Autor:
Andreas Dölker ist Leiter Unternehmenskommunikation bei Schmalz in Glatten.