Weniger Kabel,

Redakteur: Reinhard Kluger

Es ist logisch: Wo nichts ist, kann auch nichts kaputt gehen. Oder auf die Fabrik übertragen: Wo es kaum noch Kabel gibt, sind auch weniger Kabel die Ursache von Fertigungsunterbrechungen

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In druckluftloser Schweißzelle erleichtern drahtfreie Näherungsschalter die Inbetriebnahme.
In druckluftloser Schweißzelle erleichtern drahtfreie Näherungsschalter die Inbetriebnahme.
( Archiv: Vogel Business Media )

STEUERN & REGELN

Es ist logisch: Wo nichts ist, kann auch nichts kaputt gehen. Oder auf die Fabrik übertragen: Wo es kaum noch Kabel gibt, sind auch weniger Kabel die Ursache von Fertigungsunterbrechungen oder gar Stillstand der Produktion. Verständlich, dass die FFT EDAG Produktionssysteme GmbH als innovatives Unternehmen der Automobil-Zulieferindustrie im Bereich Anlagenbau auf kabellose Sensoren setzt, die ihre Betriebsenergie aus einem Magnetfeld beziehen und ihre Signale per Funk übertragen. Eingebaut sind sie in einer neuartigen Roboterzelle, die als druckluftlose Zelle und als Plug&Play-Anlage konzipiert ist, bei der alle Komponenten auf einer gemeinsamen Grundplatte montiert sind. So ist sie leicht transportierbar, ohne dass nach einem Ortswechsel Korrekturen am Roboterprogramm erforderlich wären. Alle üblicherweise pneumatisch angetriebenen Systeme sind durch elektromechanische Komponenten ersetzt.

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Der Schweißprozeß wird gestartet, indem der Roboter den Greifer aus dem Bahnhof entnimmt, überwacht von einem drahtfreien Näherungsschalter. Mit dem Greifer erfasst der Roboter ein Blech und legt es auf den Werkstücktisch. Drahtfreie Näherungsschalter am Greifer überwachen die Blechaufnahme und stellen an der Werk-stückaufnahme sicher, dass ein Blech richtig gespannt zum Schweißen bereit liegt. Anschließend vertauscht der Roboter den Greifer gegen eine Schweißzange, ebenfalls überwacht von einem kabellosen Initiator.

Ist nach dem Schweißen ein Wechsel der Elektrodenkappen erforderlich, so wird die Schweißzange zum Kappenwechsler geführt. Hier erfolgt vollautomatisch das Ab-ziehen der abgenutzten und das Aufsetzen neuer Elektrodenkappen. Dieser Vor-gang wird von drahtfreien Näherungsschaltern überwacht. Anschließend wird die Zange neu vermessen und in ihrem Bahnhof abgelegt.

Kappenwechsler: ohne Kabel frei positionierbar

Besonders augenfällig ist das am Elektrodenkappenwechsler: Dieses System ist so konzipiert, daß minimaler Platzbedarf mit optimaler Zugänglichkeit für Roboter konzipiert ist – Sensorkabel würden da nur stören. Zwei drahtfreie Näherungsschalter detektieren sowohl die Entnahme von Elektrodenkappen aus dem Magazin als auch die Unterschreitung der Mindestfüllmenge. Über einen dritten Sensor wird abgefragt, ob die Kappen von den Elektrodenschäften entfernt wurden.

Die kabellosen Sensoren schaffen darüber hinaus die Freiheit, den Elektrodenkappenwechsler unabhängig von Installationswegen optimal für den Produktionsprozeß zu positionieren – oder seine Position kurzfristig zu ändern.

Für die Energieversorgung der Sensoren ist die Anlage mit einem Paar sogenannter Primärschleifen in Längsrichtung und zwei weiteren Primärschleifen in Querrichtung umspannt. Die Primärschleifen, knapp 10 mm dicke, einadrige Leiter, die sowohl offen als auch in Kunststoffinstallationsrohren verlegt sind, umgeben das Volumen der Roboterzelle wie die Paketschnur einen Karton.

Die Anlage ist mit zwei Stromversorgungen – eine für jeden Satz Primärschleifen – ausgestattet. Diese Anordnung erzeugt im gesamten Volumen der Roboterzelle ein ausreichendes magnetisches Rotationsfeld von 120 kHz, in dem die Sensoren frei angeordnet und bewegt werden können und unabhängig von ihrer Einbaulage die Betriebsenergie gewinnen. Primärschleifen sind in Größen von 1 m x 1 m bis 3 m x 6 m realisierbar. Proportional zur Größe der Primärschleifen kann der Abstand zweier gegenüberliegender Primärschleifen zwischen 1 m und 3 m betragen. Auf diese Weise entstehen Volumina zwischen 1 m x 1 m x 1 m und 3 m x 3 m x 6 m.

Zuverlässige Kommunikation im 2,4 GHz-Band

Auf dem Steuerschrank an der rückwärtigen Stirnseite der Anlage sind eine Sende- und eine Empfangsantenne montiert, die die Signale von den drahtfreien Näherungsschaltern aufnehmen und den fehlerfreien Empfang individuell quittieren. Die Antennen gehören zu einem Ein-/Ausgabemodul, das die Nahtstelle von bis zu 120 möglichen drahtfreien Näherungsschalter zur Maschinensteuerung darstellt. Die Feldbusanbindung des Ein-/Ausgabemoduls an die SPS ist über einen Profibus-FieldBusPlug (FBP-System von ABB) realisiert.

Die drahtlose Technologie hat sämtliche Sensorkabel, zugehörige Klemmen und dezentrale E/A-Module überflüssig gemacht. Das brachte nicht nur Einsparungen auf der Materialseite, sondern vereinfachte die Konstruktion und verkürzte die Montagezeiten für die Sensorik.

Die Maschineninbetriebnahme mit drahtfreien Näherungsschaltern gestaltete sich deutlich einfacher als mit konventionellen Sensoren. Sobald die Infrastruktur für das elektromagnetische Feld installiert war, konnten die montierten Sensoren mit Energie versorgt werden und ihren Status – Metallobjekt erkannt oder nicht erkannt – mittels ihrer gelben LED signalisieren. Damit war das korrekte mechanische Jus-tieren der Sensorköpfe schon möglich, bevor die Verbindung zur Maschinensteuerung installiert und getestet war. Die Adressierung der drahtfreien Näherungsschalter erfolgte durch einen einfachen Druck auf ihren Folientaster, nachdem das Ein-/Ausgabemodul zuvor in den „Config-Modus“ geschaltet worden war.

Im Maschinenprogramm konnten gezielt Reaktionen bei Störmeldungen aus dem Sensorbereich programmiert werden: Denn während sich bei der Verwendung konventioneller Sensoren ein Fehler erst bemerkbar macht, wenn die Anlagensteuerung vergebens auf eine Statusmeldung wartet, melden drahtfreie Näherungsschalter auch ohne Statuswechsel zweimal pro Sekunde ihre Präsenz. Bleibt diese Meldung aus, wird die letzte Statusinformation als „non valid“ gekennzeichnet und an die Steuerung übermittelt, um von dort den Fertigungsprozeß anzuhalten oder eine Warnmeldung zu initiieren.

Die fehlenden Sensorkabel schlossen Verdrahtungsfehler in der Inbetriebnahme aus. Durch Aktivierung einer so genannten „Wink-Funktion“ – entweder durch Betätigung des Folientasters am drahtfreien Näherungsschalter oder vom Ein-/Ausgabemodul aus – ließen sich die Adressen einfach und zuverlässig den montierten Sensoren zuordnen und später überprüfen.

Weitere Maßnahmen zur Gewährleistung eines störungsfreien, zuverlässigen Betriebs laufen automatisch ohne Zutun des Anlagenbetreibers ab: Das Ein-/Ausgabemodul und die ihm zugeordneten drahtfreien Näherungsschalter wechseln beispielsweise kontinuierlich nach einem vorgegebenen Muster ihre Kommunikationsfrequenz. Dabei nutzen sie das gesamte Frequenzspektrum des 2,4 GHz-Bandes. Auf diese Weise wird vermieden, daß elektromagnetische Störungen aus dem industriellen Umfeld oder die Signale anderer Kommunikationssysteme zu Fehlfunktionen führen.

ABB STOTZ-KONTAKT

Tel. +49(0)6221 7011282

*Wolfgang Zimmermann, Produktmarketingmanager ABB STOTZ-KONTAKT GmbH, Heidelberg.

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