Die Messtechnik in industriellen Anwendungen, beispielsweise im Prüfstandsbau, der Fertigungsüberwachung und der automatischen Funktions- und Qualitätskontrolle am Ende von Fertigungslinien, muss sich nahtlos in die Kommunikationsinfrastruktur der Automatisierungssysteme einfügen. Letztere basiert aufgrund der über die Jahre stetig gestiegenen Datenmengen und Geschwindigkeitsanforderungen auf Industrial-Ethernet. Um diesen Ansprüchen an eine industrielle Messdatenerfassung gerecht zu werden, bringt der Messtechnikan­bieter HBM das modulares Messsystem PMX auf den Markt, das unter anderem die Echtzeit-Ethernet-Protokolle Ethercat und Profinet unterstützt.

Das modulare Messsystem PMX lässt sich über Profinet und Ethercat in Automatisierungssysteme integrieren und bei Bedarf untereinander über separate Leitungen präzise synchronisieren.

© Hottinger Baldwin Messtechnik

Nicht nur die Datenübertragung erfolgt schnell und präzise. Den Zielapplikationen entsprechend, sind ebenso eine präzise Messdatenerfassung und die Weiterverarbeitung mit Abtastraten von bis zu 19,2 kHz und 24 Bit Auflösung möglich.

Das Messsystem besteht aus einem Grundgerät, in das bis zu fünf Steckkarten passen. Da der erste Steckplatz dem Kommunikationsmodul für die Integration in das übergeordnete Automatisierungssystem via Ethercat oder Profinet vorbehalten ist, bleiben vier Steckplätze für unterschiedliche Messverstärker (jeweils mit bis zu vier Kanälen) sowie diverse Ein-/Ausgabekarten übrig. Zur Markteinführung gibt es drei verschiedene Module:

• mit Messverstärkern für Dehnungsmessstreifen (DMS) und induktive Voll- und Halbbrücken,
• für analoge Ein- und Ausgänge für Normsignale sowie 
• für digitale Ein-/Ausgänge und Analogausgänge.

Peripheriegeräte sind einfach zu integrieren

Über das Google-Web-Toolkit lassen sich sämtliche Messdaten und Parameter visualisieren.

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Damit lassen sich die am häufigsten benötigten physikalischen Messgrößen wie Kraft, Drehmoment, Druck und Dehnung erfassen. Sämtliche Module werden über das Grundgerät mit Spannung versorgt. Die Kommunikation mit einem PC oder Bediengerät, das zur Konfiguration oder zur Visualisierung verwendet wird, erfolgt über Fast-Ethernet. Außerdem hat das Grundgerät eine USB-Schnittstelle, über die sich beispielsweise Konfigurationen auf einem USB-Stick speichern und einlesen lassen (Geräte-Backup). Auch der Anschluss von Peripheriegeräten, wie Festplatten oder Barcode-Scanner, lässt sich darüber realisieren – Szenarien wie sie in der Praxis häufig vorkommen, etwa um Qualitätsdaten zu speichern und Bauteilkennungen oder ein Fertigungslos mit den Qualitätsdaten zu verknüpfen. Neben den Echtzeit-Ethernet-Protokollen unterstützt das System noch andere Feldbusse. Per CAN-Interface lassen sich zum Beispiel weitere dezentrale Messmodule anschließen, die keine hohen Messfrequenzen benötigen.

Der modulare Aufbau gibt Anwendern Investitionssicherheit, wenn sie ihre Anlagen erweitern oder umrüsten müssen. Sollten einmal zusätzliche Messdaten benötigen werden, lässt sich das System einfach mit weiteren Messkarten und Trägersystemen ausbauen, die lediglich miteinander vernetzt synchronisiert werden müssen. Auch für die Verfügbarkeit der Anlage hat der modulare Charakter Vorteile: Sollte ein Messverstärker einmal ausfallen, kann die entsprechende Karte ausgetauscht werden. Die hierfür benötigte Zeit und der damit verbundene Maschinenstillstand sind minimal.

Präzise Vorverarbeitung mit virtuellen Kanälen

Die gemessenen Signale kann der Messverstärker in Echtzeit auswerten und bereits intern verarbeiten. Dazu zählen beispielsweise Mittelwertbildung, Spitzenwert-Erfassung und weitere mathematische Berechnungen. Neben den 16 Messkanälen, die ein Grundträger maximal bereitstellt, stehen nochmals bis zu 32 virtuelle Kanäle zur Verfügung, die Signalprozessoren in der geforderten Geschwindigkeit berechnen. Mit diesem Echtzeit-Kern stellt PMX sicher, dass alle Signale harten Echtzeit-Bedingungen genügen. Sämtliche Messwerte sowie die daraus berechneten Werte der virtuellen Kanäle lassen sich mit bis zu 10 kHz über Ethercat an die Steuerung der Maschinen und Anlagen übertragen. Gerade bei Anwendungen mit einem hohen Automatisierungsgrad ist diese dezentrale Intelligenz der Messtechnik sehr wichtig, um die übergeordnete Steuerung zu entlasten.

Typische Anwendungen für solche dezentrale Messsysteme, die bereits einen Teil der Steuerungsaufgaben übernehmen können, finden sich in der Produktion – angefangen in der Überwachung von Tabletten- und Pulverpressen bis hin zu Blechpressen, wie sie im Automobilbau verwendet werden. Selbst im Bereich von Montage- und Füge-Überwachungen können solche Systeme zum Einsatz kommen. An komplexen Maschinen und Anlagen, die an sich einen hohen Sachwert darstellen, sind häufig wichtige Maschinenparameter per Condition-Monitoring zu überwachen. Ein weiterer klassischer Anwendungsfall für das Messsystem sind Prüfstände, auf denen komplexe Bauteile auf ihre maximale Belastbarkeit und Alltagstauglichkeit geprüft werden. Auch hier hat sich verstärkt Industrial-Ethernet als Kommunikationsmedium durchgesetzt. Dies gilt ebenso für Prüfstände, die als End-of-Line-Stationen die Qualität der fertigen Produkte kontrollieren und dokumentieren. Das Archivieren der dabei erfassten Qualitätsdaten in einer Datenbank stellt wiederum hohe Anforderungen an die Kommunikations-Architektur der messtechnischen Systeme.

Bedienung komplett auf Webbrowser umgestellt

Mit dem Google-Web-Toolkit erstellte Webserver ermöglichen eine intuitive Konfiguration des Systems.

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Maschinen und Anlagen müssen nicht nur immer leistungsfähiger und schneller werden, auch der Bedienung kommt eine immer größere Bedeutung zu. Daher wurden beim Bedienkonzept neue Wege beschritten: Jedes System verfügt über einen Webserver, der den Zustand des Systems und die Messdaten visualisiert; daneben werden Bedienung und Konfiguration darüber abgewickelt. Grundlage des Bedienkonzepts bildet das Google Web Toolkit (GWT), mit dem sich browserunabhängige Javascript-Anwendungen entwickeln lassen. Die Benutzerschnittstelle des Messsystems ist so mit vielen anderen Web-Anwendungen vergleichbar und entsprechend einfach und intuitiv zu bedienen. Obendrein resultiert daraus ein weiterer Vorteil: Wegen der rein webbasierten Benutzerschnittstelle muss keine spezielle Software installiert werden – ein PC oder Laptop mit Browser reicht aus. Sogar mobile Anwendungen per Smartphone über Wifi-Verbindung und Remote-Zugriff lassen sich realisieren.

Autor: Michael Guckes ist Produktmanager bei der Firma Hottinger Baldwin Messtechnik in Darmstadt.