Werkzeuge schnell wechseln, das ist die Herausforderung bei modernen Montagezellen. Die Performance des Wechsels konnte mit IO-Link drastisch verbessert werden. An den kritischen Stellen kommen drahtlose Koppler zum Einsatz, um die Wartungsintervalle zu verlängern.

© Comau/Balluff

Ursprünglich war angedacht, die Verkabelung auf Maschinenebene der Sensoren und Greifer mit Profibus zu realisieren. Zwar verbesserten sich Zuverlässigkeit und Fehlerrate damit signifikant, jedoch konnte die Anlagenverfügbarkeit nach einem Werkzeugwechsel den hohen Anforderungen nicht gerecht werden.

Die Bootzeit war einfach zu lang. Die Konstrukteure bei Comau entschieden sich deshalb für den Einsatz von IOLink in der Maschine und damit zur transparenten Erweiterung ihres Profibus-Netzwerkes. Das Resultat bestätigte ihre hohen Erwartungen: Die Bootzeit reduzierte sich nach einem Werkzeugwechsel von einigen Minuten auf eine Sekunde - und die Verkabelung vereinfachte sich dramatisch.

Der IO-Link Sensorhub (9) sammelt die Signale der Sensoren im Greifer und sendet sie drahtlos über die induktiven Koppler (7 und 6) an den IO-Link-Master (1). Von hier aus gehen die Signale per Profibus an die Maschinensteuerung.

© Comau/Balluff

Mit IO-Link verwenden die Maschinenbauer kein neuartiges Bussystem, sondern einen gängigen Kommunikationsstandard, der mit der USBSchnittstelle im Rechnerumfeld vergleichbar ist. Beides sind kostengünstige Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für die Signal- und Energie-Übertragung, die sich nach Plug-and-Play-Manier betreiben lassen.

Spezielle IO-Link-Sensorhubs verdichten die Schaltausgänge der binären Sensoren zu einer einzigen seriellen IO-Link- Verbindung, um sie dann über eine steckbare Dreidrahtleitung via IO-Link-Profibus-Masters an die Maschinensteuerung zu übertragen. Dies rechnet sich dann auch in Euro und Cent.

Denn neben der aufwendigen Parallelverdrahtung in der Maschine entfallen Klemmenkästen und Reihenklemmen, die häufig symbolisch als Verbindung zwischen Maschinen- und Feldebene gesehen werden. An ihre Stellen treten einfach steckbare Verbindungen zwischen vormontierter Maschine und ortsfester Installationstechnik, was zu erheblichen Einsparungen bei der Arbeitszeit führt.

Drahtlos zwischen Sensorhub und Profibus-Master

Die kritische Stelle direkt an den Wechselwerkzeugen hat das Unternehmen Comau durch den Einsatz induktiver Koppler von Balluff entschärft. Die Energie- und Signalübertragung zwischen Sensorhub auf dem Greifwerkzeug und Profibus-Master erfolgt nun drahtlos über das induktive Koppler-System BIC mit integrierter IO-Link-Schnittstelle. Damit wurde jegliche Kabelverbindung an dieser Stelle überflüssig.

Die induktiven Kopplersysteme von Balluff übertragen Energie und Signale von bis zu 16 Sensoren drahtlos über einen bis zu 5 mm breiten Luftspalt.

© Comau/Balluff

Bis zu 16 IO-Link-Sensoren - in diesem Anwendungsfall Magnetfeld-Sensoren - können nun gleichzeitig, drahtlos und vollkommen verschleißfrei angebunden werden. Die industrietauglichen BIC-Systeme der Firma Balluff übertragen die Energie und Signale sicher über einen Luftspalt von bis zu 5 mm. Ihre Aufgabe erfüllen die Koppler bis zu einem Winkelversatz von 18°, bei einer entsprechenden Anpassung des Abstandes.

Der Nutzen für den Anwender

Der Einsatz von IO-Link in Kombination mit induktiven Kopplern ist mit erheblichen Einsparungen verbunden. So senkt der Kommunikationsstandard IO-Link nicht nur den Aufwand für die Maschinenverkabelung drastisch, sondern er verbessert auch die Performance des Werkzeugwechsels und des Produktionsablaufs.

Dank drahtloser Daten- und Energieübertragung an kritischen Stellen der Anlage per induktivem Kopplersystem verlängern sich die Wartungsintervalle. Denn Ermüdungserscheinungen an Kabeln und Kontakten sind extrem reduziert.

Autor: Romeo Popescu ist Produktmanager Identifikationssysteme bei Balluff in Neuhausen

Das Toolident-System

Auf RFID-Basis

In der beschriebenen Montagezelle kommt zur Fehlervermeidung beim automatischen Werkzeugwechsel ein Toolident-System auf RFID-Basis zum Einsatz. Jedes Werkzeug trägt dazu einen eigenen Chip mit individueller Identnummer. Vor jedem Montageschritt wird automatisch überprüft, ob tatsächlich das richtige Werkzeug eingespannt ist. So lassen sich Schäden an Werkzeug, Maschine und Werkstück zuverlässig vermeiden.

Die Kernkomponenten des Toolident- Systems sind robuste Datenträger in Miniaturbauweise und eine Lese-/Auswerte- Einheit. Durch die berührungslose Kommunikation arbeitet das System völlig verschleißfrei. Der induktive RFID-Lesekopf verfügt über eine IO-Link-Schnittstelle und ist per Dreidrahtleitung ebenfalls über den IO-Link-Master eingebunden.