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Modulare Automatisierung

Mit Feldbuskoppler mit variablem Peripherieausbau Maschinen schneller anpassen

| Autor/ Redakteur: Jürgen Pfeifer, Jürgen Prütting* / Sariana Kunze

Die maximale Systemkonfiguration einer Maschine einmalig erstellen und dann jederzeit beliebige Untervarianten per SPS-Anwendung konfigurieren – komplett ohne Engineering-System. Das macht ein Feldbuskoppler mit der Funktion des variablen Peripherieausbaus möglich.

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Mit der Funktion des variablen Peripherieausbaus eines Feldbusknotens lassen sich diverse Varianten einer Maschine realisieren – ohne viel Aufwand.
Mit der Funktion des variablen Peripherieausbaus eines Feldbusknotens lassen sich diverse Varianten einer Maschine realisieren – ohne viel Aufwand.
( Bild: Wago; ©kalafoto - stock.adobe.com )

Individualisierte Produkte, schnellere Produktzyklen, höhere Produktvielfalt – all das verlangt nach mehr Flexibilität in der Fertigung bei niedrigeren Kosten. Modular aufgebaute Maschinen bieten die Lösung, denn ihre einzelnen Funktionsblöcke lassen sich tauschen, optimieren und wiederverwerten. Mit dem Feldbuskoppler Profnet IO von Wago geht das in Kombination mit der Sicherheitstechnologie Profisafe einfach, schnell und sicher. Der variable Peripherieausbau des Feldbusknotens stellt eine Variante des Optionenhandlings dar. Unter seiner Verwendung können Maschinenbauer und -betreiber die maximale Systemkonfiguration einer Maschine einmalig erstellen und dann jederzeit beliebige Untervarianten einfach per SPS-Anwendung konfigurieren – komplett ohne Engineering-System.

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Maschinenelemente per SPS-Anwendung aktivieren

Damit hilft der variable Peripherieausbau Unternehmen, die Herausforderungen von Industrie 4.0 besser zu meistern. Bei herkömmlichen Lösungen zur Flexibilisierung von Maschinen muss das Engineering-System bei Änderungen aufwendig angepasst werden. Das betrifft vor allem die Hardwarekonfiguration, also die Anpassung der korrekten Anzahl der Feldbusknoten oder der passenden I/O-Module mittels GSDML-Datei.

Mit dem variablen Peripherieausbau kann der Kunde oder Monteur geplante Maschinenelemente sofort problemlos durch Anpassung von Variablenwerten aus dem SPS-Programm heraus aktivieren und direkt in Betrieb nehmen. Die Variablenwerte werden automatisch vom SPS-Programm auf Gültigkeit geprüft, sodass die Änderungen unmittelbar korrekt angewendet werden. Das heißt, dass Maschinen in hoher Flexibilität und auftragsbezogen ohne erneute Programmierung und Anpassung der Hardwarekonfiguration zusammengestellt werden können – eine wesentliche Voraussetzung für Industrie 4.0.

Maximalausbau unterstützt 250 I/O-Module

Weiterer Vorteil des variablen Peripherieausbaus: Die Pflege von Softwareversionen entfällt, da sich bei seiner Nutzung nur die Werte der Variablen verändern, der Quellcode jedoch identisch bleibt. Weil somit keine Softwareversionierung mehr nötig ist, werden Fehler vermieden und Kosten gespart.

Ein Beispiel aus der Praxis zeigt, wie sich die Wago-Lösung umsetzen lässt. Ein Maschinenbauer benötigt für seine Funktionen im Durchschnitt nicht mehr als zehn verschiedene Varianten der I/O-Module, darunter digitale und analoge Ein- und Ausgänge, Drehgeber, das Kommunikationssystem IO-Link und die Sicherheitstechnologie Profisafe. Im ersten Schritt der System- und Hardwarekonfiguration realisiert der Programmierer einen maximalen Knotenaufbau, der alle bei ihm vorhandenen Modulvarianten beinhaltet.

Da der Feldbuskoppler Profinet IO von Wago im Maximalausbau 250 I/O-Module unterstützt, kann er von jeder Modulvariante ausreichend viele Module in seinem Knotenaufbau platzieren – zum Beispiel 5x 8DI, 5x 8DO, 3x 4-Kanal-IO-Link Master, 3x 4FDI/4FDO. Aus dieser größten Grundkonfiguration lassen sich nun alle anderen Knotenaufbauten als Untermenge ableiten und somit kundenindividuelle Modulvarianten konfigurieren – und das mit der gebotenen Sicherheit, denn zur Konfiguration kann ein passwortgeschützter Bereich der Visualisierung genutzt werden.

Auf offene und flexible Automatisierung achten

SPS-Programmierer und Maschinenbauer sind mit dem variablen Peripherieausbau in der Lage, mit einer einmalig erstellten Software unterschiedliche Varianten einer Maschine zu realisieren. Sofern vom Maschinenbauer freigegeben und von der Maschine unterstützt, hat der Anwender der Maschine die Möglichkeit, modulare Maschinenelemente auf einfachste Art und Weise dynamisch an- und abzukoppeln. Die Flexibilität erhöht sich nochmals aus dem Betrachtungswinkel von Maschinenbauern, die für verschiedene Märkte verschiedene Steuerungen – auch von unterschiedlichen Herstellern – einsetzen müssen. Denn der variable Peripherieausbau ist herstellerunabhängig.

Interview: Drei Konzepte für modulare Maschinen und Anlagen

elektrotechnik AUTOMATISIERUNG: Herr Pfeifer, welche Vorteile bringt die Modularisierung im Maschinenbau?

„Wir sind für die Nachfrage nach modularen Maschinen- und Anlagenkonzepten gewappnet“, ist sich Jürgen Pfeifer, Industry Manager Factoryautomation bei Wago, sicher.
„Wir sind für die Nachfrage nach modularen Maschinen- und Anlagenkonzepten gewappnet“, ist sich Jürgen Pfeifer, Industry Manager Factoryautomation bei Wago, sicher.
( Bild: Wago )

Jürgen Pfeifer: Statt jede Maschine von Grund auf neu zu entwickeln, will der Maschinenbauer wiederholbar nutzbare Einheiten – Module – schaffen. Dadurch reduziert sich sein Konstruktionsaufwand erheblich.

Wie wichtig sind modulare Lösungen bereits jetzt?

Jürgen Pfeifer: Die Modularisierung der Mechanik hat sich schon durchgesetzt, im Bereich der Software sind die ersten Schritte getan. Selbstverständlich gibt es für sich wiederholende Module fertige Programm- und Funktionsbausteine bei den Maschinenbauern. Häufig wird dieser Programmcode je nach Varianz auch automatisch generiert. Der variable Peripherieausbau bringt in der Konstruktions- und Betriebsphase weitere deutliche Vorteile. So lassen sich die Feldbusknoten und I/O-Module einfach über die SPS-Applikation aktivieren und deaktivieren. Eine zeitraubende manuelle Feldbuskonfiguration entfällt.

Welche modularen Lösungen bietet Wago neben dem variablen Peripherieausbau an?

Wago ist für die steigende Nachfrage nach modularen Anlagenkonzepten bestens gewappnet. Drei Konzepte stehen zur Verfügung: die dynamische Adresskonfiguration, der variable Peripherieausbau und Module Type Package (MTP). Die dynamische Adresskonfiguration findet sich in Lösungen von Wago, wie zum Beispiel Flexroom, dem Lichtmanagement und der Energiedatenmessung. Der Hardwareaufbau bleibt dabei flexibel und unabhängig von einer festen Steuerungskonfiguration. Das erlaubt Änderungen des Hardwareaufbaus ohne Engineering-Tool. Eine nachträgliche Erweiterungsoption wird einfach über Variablenwerte aktiviert. Als weiteres modulares Automatisierungskonzept bietet Wago MTP an. Dadurch können intelligente Produktionsmodule im laufenden System flexibel integriert oder angekoppelt werden.

Wie funktioniert MTP?

Module Type Package (MTP) beinhaltet alle Informationen, die zur Einbindung des Moduls in eine Anlage und zu der Bedienung des Moduls erforderlich sind. Das Modul wird mit einem Klick automatisch aus der Wago-Engineering-Software e!Cockpit generiert und kann in unterschiedlichste Prozessleitsysteme eingelesen werden. Als digitale Visitenkarte eines Anlagenmoduls ist MTP ein erster Ansatz zur Realisierung des virtuellen Repräsentanten im Informationsnetz. Allerdings spielt es seine Vorteile weniger im Maschinenbau und der diskreten Fertigung, sondern vielmehr im Anlagenbereich und in der Prozessfertigung aus.

Lassen sich die Vorteile des variablen Peripherieausbaus mit denen von MTP verknüpfen?

Sie adressieren eher unterschiedliche Anwendungen. Das Wago-I/O-System 750 wird sowohl als Remote-IO-System als auch als Steuerungssystem eingesetzt. Der variable Peripherieausbau kommt bei Remote-IO-Anwendungen mit Profinet und Profisafe zu Einsatz. Die übergeordnete Steuerung, der Profinet-Controller, ist bei diesem Konzept für mehrere Anlagenmodule verantwortlich. Der wesentliche Nutzen besteht darin, dass sich mit einer einmalig erstellten Software ohne viel Aufwand unterschiedliche Varianten einer Maschine realisieren lassen. Zudem können innerhalb einer Maschine die Schnittstellen zwischen Steuerungs- und IO-Ebene schneller konstruiert und in Betrieb genommen werden. MTP ist ebenfalls herstellerunabhängig, bietet aber noch andere Möglichkeiten. Hierbei wird jedes Modul mit einer eigenen Steuerung realisiert. Erste Inbetriebnahmeschritte einzelner Module können autarker und ganzheitlicher erfolgen, als nur mit Feldbusknoten wie beim Konzept des variablen Peripherieausbaus. Außerdem beschreibt MTP eine Schnittstelle zwischen Steuerung und Leitsystem – also oberhalb einer Steuerung. Der Anwender von MTP liefert eine standardisierte Schnittstelle nach außen und bringt so die Vorteile auch zum Anlagenbetreiber.

* Jürgen Pfeifer,Industry Manager Factoryautomation, und Jürgen Prütting, Systemspezialist Safety, Wago

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