Vaku­um­tech­nik für die digi­ta­le Fabrik

Damit elek­tri­sche Vaku­um-Erzeu­ger, ‑Grei­fer oder Kom­pak­te­jek­to­ren sicht­bar für die smar­te Fabrik wer­den, müs­sen sie in Echt­zeit digi­ta­le Ener­gie- und Pro­zess­da­ten zur Ver­fü­gung stel­len. Schmalz inte­griert dafür Schnitt­stel­len wie IO-Link, Ether­net oder NFC in sei­ne Vaku­um-Kom­po­nen­ten und schafft so die intel­li­gen­te Basis für die ver­netz­te Fertigung.
Cyber-phy­si­sche Sys­te­me sind die Prot­ago­nis­ten der vier­ten indus­tri­el­len Revo­lu­ti­on. Sie ver­knüp­fen rea­le mit vir­tu­el­len Objek­ten, also Maschi­nen mit infor­ma­ti­ons­ver­ar­bei­ten­den Sys­te­men. Die Inno­va­ti­ons­stu­fe im Ver­gleich zur Auto­ma­ti­sie­rungs­wel­le durch Elek­tro­nik und IT ab den 1970er Jah­ren ist die sys­tem­über­grei­fen­de Kom­mu­ni­ka­ti­on. Durch sie kön­nen Ener­gie- und Pro­zess­kon­trol­le sowie vor­aus­schau­en­de War­tung rea­li­siert wer­den – wenn die Gerä­te über ent­spre­chen­de Schnitt­stel­len verfügen.
Spe­zi­ell für die Ver­net­zung in der Vaku­um-Auto­ma­ti­on ent­wi­ckelt J. 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 Aktor­ebe­ne zur über­ge­ord­ne­ten Steue­rung (SPS) und wei­ter in die Leit­ebe­ne. Dabei funk­tio­niert die Kom­mu­ni­ka­ti­on in bei­de Rich­tun­gen: Neben der Über­mitt­lung von Daten zum Zustand oder Ener­gie­ver­brauch kön­nen über die Steue­rung Para­me­ter geän­dert und auf das intel­li­gen­te Feld­ge­rät über­tra­gen werden.
Neben der IO-Link- und Indus­tri­al-Ether­net-Schnitt­stel­le inte­griert Schmalz in sei­ne intel­li­gen­ten Vaku­um-Kom­po­nen­ten auch eine NFC-Schnitt­stel­le (Near Field Com­mu­ni­ca­ti­on). 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 dann über eine Anten­ne sei­ne Infor­ma­tio­nen sen­det. Der Nut­zer kann somit sowohl Pro­zess­da­ten wie auch War­tungs- und Ser­vice­in­for­ma­tio­nen 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 über das Smart­pho­ne erfol­gen. Dafür hat Schmalz die App Con­trol Room pro­gram­miert. 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 zwei Zen­ti­me­tern ver­bun­den. So kann sich der Anwen­der sicher sein, kei­ne benach­bar­ten Gerä­te unbe­ab­sich­tigt zu parametrieren.

Von der Luft­strö­mung zum Datenstrom

Wel­chen Nut­zen die Digi­ta­li­sie­rung auf der Kom­po­nen­ten­ebe­ne für die Vaku­um-Anwen­dung haben kann, zeigt bei­spiel­haft der Blick in das Kom­pakt­ter­mi­nal SCT­Mi. Die­ses bün­delt bis zu 16 ein­zel­ne Vaku­um-Erzeu­ger zu einer kom­pak­ten Ein­heit, die ledig­lich über einen elek­tri­schen und einen Druck­luft­an­schluss ver­fügt. Schmalz ermög­licht so die gleich­zei­ti­ge, unab­hän­gi­ge Hand­ha­bung von unter­schied­li­chen Tei­len mit nur einem Sys­tem. Das Vaku­um wird mit einer Ven­tu­ri-Düse erzeugt und von einem Sen­sor erfasst. Den genau­en Vaku­um-Wert kann der 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. Eben­so ste­hen dem Anwen­der über die IO-Link-Ver­bin­dung Ein­stell­wer­te, Para­me­ter sowie Mess- und Ana­ly­se­da­ten zur Ver­fü­gung. Zudem lei­ten die Dia­gno­se- und Pro­gno­se­funk­tio­nen der Vaku­um-Kom­po­nen­ten Infor­ma­tio­nen über den Zustand der Anla­ge ab und erken­nen Trends in der Qua­li­tät und Leis­tung. An eine inter­ne oder exter­ne Cloud über­mit­telt, wer­den die Daten auf­be­rei­tet und ana­ly­siert und gene­rie­ren wirk­li­chen Mehr­wert: Erkennt das Sys­tem aus der Tole­ranz lau­fen­de Wer­te oder schlei­chen­de Ver­än­de­run­gen, kön­nen die­se schnell und über­sicht­lich dem Anwen­der ange­zeigt wer­den. Bei­spiels­wei­se über­prüft das Sys­tem für die Pre­dic­ti­ve-Main­ten­an­ce-Aus­wer­tun­gen die Lecka­ge sowie den Staudruck.
Con­di­ti­on-Moni­to­ring-Ereig­nis­se wer­den bei­spiels­wie­se 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. Wenn die­ser Wert zur Ver­fü­gung steht, kann der Ejek­tor zusätz­lich zum pro­zen­tua­len auch den abso­lu­ten Luft­ver­brauch mes­sen.

Schnell inte­griert

Durch die­se viel­fäl­ti­gen Funk­tio­nen kann der Anwen­der sei­ne Anla­ge effi­zi­ent hal­ten, Maschi­nen­still­stän­de ver­mei­den und die Anla­gen­ver­füg­bar­keit erhö­hen. Doch IO-Link bie­tet ihm auch schon bei der Inte­gra­ti­on des Kom­pakt­ter­mi­nals in die Sys­tem­um­ge­bung ent­schei­den­de Vor­tei­le: Schmalz stellt dem Anwen­der 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.
Des Kom­pakt­ter­mi­nal SCT­Mi ist Teil des ste­tig wach­sen­den Pro­gramms an intel­li­gen­ten Feld­ge­rä­ten. Ihre Pro­zess- und Zustands­da­ten machen Industrie‑4.0‑Konzepte mög­lich. Anwen­der pro­fi­tie­ren von einer schnel­len Inbe­trieb­nah­me, dem zuver­läs­si­gen Betrieb und gerin­ge­ren Aus­fall­ri­si­ken. Neben spe­zi­el­len Kom­pak­te­jek­to­ren hat Schmalz auch den elek­tro­ni­schen Vaku­um-Druck­schal­ter VSi – er misst und über­wacht Unter- und Über­drü­cke in Auto­ma­ti­sie­rungs- und Hand­ling­sys­te­men – sowie den Spe­zi­al­g­rei­fer SNGi-AE und den elek­tri­schen Vaku­um-Erzeu­ger ECB­Pi mit IO-Link und NFC für die digi­ta­le Fabrik ausgestattet.