Press Release – Digitalisierung in der Hydraulik – Leistungsverstärker mit IO-Link

Press Release – Digitalisierung in der Hydraulik – Leistungsverstärker mit IO-Link

Pünktlich zum Hydraulix Congress – “DIGITALISIERUNG IN DER HYDRAULIK – Wissen was wirklich wichtig ist!” erschien W.E.St.’s Beitrag in der in O+P über die Anwendung der IO-Link Technology in Leistungsverstärkern. Hier finden Sie nochmal den ganzen Artikel zum Nachlesen!

Steckerverstärker für Proportionalventile sind eine einfache und preiswerte Lösung zur Steuerung von einmagnetigen Ventilen. Typisch wird der Sollwert über ein analoges Signal 0… 10 V oder 4… 20 mA vorgegeben. Die Parametrierung erfolgt direkt am Stecker oder über diverse Schnittstellen (z. B. USB). Diese Leistungsverstärker sind seit mehr als 30 Jahren weit verbreitet. Nun sind auch Produkte mit IO-Link-Schnittstelle verfügbar.

IO-Link ist eine weltweit standardisierte Punkt-zu-Punkt-Kopplung (IEC 61131-9), um mit Sensoren und auch Aktoren zu kommunizieren. Die IO-Link Firmengemeinschaft hat zum Ziel, IO-Link als Technologie zu entwickeln und zu vermarkten. IO-Link ist herstellerübergreifend akzeptiert. Eine Vielzahl von Sensoren der verschiedensten Hersteller steht mittlerweile zur Verfügung. Im Bereich der Aktoren schreitet die Entwicklung deutlich langsamer voran. Dabei ist diese Schnittstelle ideal zur Ansteuerung von Proportionalventilen geeignet. Neben der sehr preiswerten Möglichkeit, sie zu implementieren, stehen folgende Vorteile für den Anwender im Vordergrund:

  • Digitale und störunempfindliche Schnittstelle
  • Einfache Verkabelung
  • Parametrierung direkt über die SPS (es ist keine Sondersoftware des Geräteherstellers notwendig)
  • Automatische Parametrierung beim Gerätetausch
  • Diagnose- und Istwert-Rückmeldungen
  • Galvanisch getrennte Versorgung zwischen IO-Link Schnittstelle und Leistungselektronik

Im Zeitalter der Digitalisierung und von Industrie 4.0 ist der Übergang zur digitalen Schnittstelle nicht mehr aufzuhalten. IO-Link ist gegenüber den klassischen Feldbussen eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung und kann daher analoge Schnittstellen ohne größeren Aufwand ersetzen.

Erfahrung zahlt sich aus – PAM-190-P-IO

Die IO-Link Schnittstelle ist eine digitale Schnittstelle, die so einfach zu handhaben ist wie eine analoge. Somit ist die Implementierung in einen Steckerverstärker für Proportionalventile eigentlich nur eine logische Schlussfolgerung, wenn es da nicht ein paar kleinere technische Hürden gäbe.
Der Platz in einem solchen Steckergehäuse ist sehr beschränkt, so dass es eine große Herausforderung ist, eine Elektronik hierfür zu entwickeln. Weiterhin sollte die Eigenerwärmung sehr gering sein und die beiden Spannungsversorgungen (Leistungsteil und IO-Link) sind galvanisch zu trennen. Da es sich bei einem solchen Verstärker um kein hochpreisiges Produkt handelt, sind gute Ideen gefragt. Durch die Erfahrungen mit unserem PAM-190-P mit analoger Schnittstelle wissen wir, wie das grundsätzliche Design ausfallen muss. Bei der galvanischen Trennung sind die Ansteuerung des Leistungstransistors und die Messung des Magnetstroms zu berücksichtigen. Die galvanisch getrennte analoge Signalübertragung des Magnetstroms ist dabei aufwändig und teuer.
Was haben wir also gemacht? Wir haben zwei 32 Bit Hochleistungsprozessoren spendiert, wodurch eine galvanische Trennung nur für digitale Signale notwendig wurde. Der erste Prozessor ist für die Kommunikation über die IO-Link Schnittstelle zuständig, der zweite Prozessor wird für die Magnetstromregelung und die Signalkonditionierung (Rampen, MIN-MAX, …) verwendet.
Bei ausschließlicher Betrachtung der Rechenleistung der beiden Mikrocontroller erscheint dies vielleicht übertrieben. Vergleicht man aber die Schaltungskonzepte, so ist der Vorteil schnell zu erkennen. Weniger Komponenten bedeuteten weniger Bauteile, die ausfallen können (erkennbar durch einen sehr hohen MTTFd Wert). Weiterhin ist der Einsatz von zwei Mikrocontrollern mit Abstand das preiswertere Schaltungskonzept.

Implementierung und Parametrierung

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den modularen Ansatz und damit die Möglichkeit, die Kommunikationselektronik einfach und preiswert – als eigenständige Funktion – in verschiedene weitere Elektronikbaugruppen (sowohl eigene als auch fremde) zu implementieren. Der Einsatz ist genaugenommen vergleichbar mit dem des Standardsteckers (PAM-190-P), nur dass die analogen Signale durch digitale Signale ersetzt werden. Die Verkabelung muss nicht mehr abgeschirmt werden, wodurch sich ein weiterer Kostenvorteil ergibt. Die Arbeit mit vorkonfektionierten Kabeln und M12-Steckverbindern führt außerdem zu einer erheblichen Zeiteinsparung. Angesteuert werden mit diesem Stecker Druckventile, Drosselventile und auch Wegventile (dann mit zwei Steckern).

Der Funktionsumfang ist auf hydraulische Anwendungen abgestimmt und bietet neben der Magnetstromregelung eine Rampenfunktion und die klassische MIN-MAX Einstellung. Die Endstufentechnik unterscheidet sich nicht von unseren Standard -Leistungsverstärkern. Im Konzept von IO-Link Geräten wird die Parametrierung mittels eines einheitlichen Tools realisiert, das die SPS-Hersteller zur Verfügung stellen. Dies ist häufig in die zughörende Entwicklungsumgebung integriert. Dies unterscheidet sich erheblich von unserer bisherigen Vorgehensweise (Parametrierung über das Programm WPC-300), denn man hat sich nur noch mit der Technologie der PAM-190-P-IO zu beschäftigen und nicht mehr mit dem Thema Softwarebedienung, was ansonsten zusätzliche Einarbeitungszeit bedeuten würde.

Mit dem IO-Link Konzept kann jetzt ein Tool sowohl für die verschiedenen Sensoren als auch für unseren Steckerverstärker verwendet werden. Was man nicht mehr hat, sind die analogen Signale, die mit einem Multimeter gemessen werden können. Es sind natürlich die typischen Störungen auf den analogen Signalen auch nicht mehr relevant. Mit Blick auf I4.0, die Digitalisierung und eine deutlich erweiterte Diagnostik ist dies aber auch der Weg in die Zukunft.

Auswirkungen auf die Hydraulik

Neben der Vielzahl von Sensoren mit IO-Link Schnittstelle können jetzt auch Proportionalventile über diese Schnittstelle angesteuert werden. Für ein hydraulisches Aggregat bedeutet dies eine einheitliche Schnittstelle, über die auch der Druck eingestellt werden kann.
Durch unser modulares Konzept sind weitere Entwicklungen, angefangen von einer Druckregelung bis hin zur Positioniersteuerung möglich. Auf jeden Fall ist diese Schnittstelle ein wichtiger Baustein mit Blick auf die Weiterentwicklung und die Digitalisierung moderner Systeme.

Von:

Ulrich Walter, W.E.St. Elektronik GmbH

Netzwerkfähiger Alleskönner für Druck- und Positionieraufgaben  UHC-126-U

Netzwerkfähiger Alleskönner für Druck- und Positionieraufgaben UHC-126-U

Der universelle Hydraulikregler mit Profinet, Profibus oder EtherCAT

UHC-126-U

Dieses Regelmodul für Positions- und Druckregelungen ist über Profinet, Profibus oder EtherCAT ansteuerbar und bietet somit eine einfache und schnelle Integration in die vorhandene Maschinensteuerung. Funktionsblöcke für die S7 sind verfügbar. Der Positionsregler wurde überarbeitet, um auch speziellen Anforderungen gerecht zu werden. Beste Dynamik und höchste Positioniergenauigkeit sind das Ergebnis dieser Entwicklung.

 

Zum Produktdatenblatt UHC-126-U

Neben der Standard Positionsregelung sind folgende Optionen implementiert:

  • Direct control, die Sollposition kann jederzeit über den Feldbus geändert werden
  • Eil- / Schleichgang zum automatischen Abfahren von vordefinierten Profilen
  • Drift Kompensation für eine korrekte Nullpunkteinstellung, kontrollierbar über den Feldbus
  • Feinpositionierung, um Positionsfehler durch äußere Einflüsse (externe Kräfte) zu kompensieren
  • wegabhängiges Bremsen oder NC Steuerung
  • P- oder PT1-Positionsregler, zur stabilen und dynamischen Positionierung
  • Beschleunigungsrückführung zur Stabilisierung von kritisch zu regelnden Achsen
  • MR-Control Funktion zur Linearisierung der hydraulischen Achse. Ein absolutes lineares Verhalten, gesteuert durch die robuste MR-Funktion, kann aktiviert werden.
  • vereinfachte und intuitive Parametrierung
  • Optional auch mit EtherCAT

Zusätzlich kann eine PQ-Druckregelfunktion aktiviert werden (mit oder ohne Positionsregler). Im PQ-Modus werden typischerweise beide Drücke gemessen, um den Differenzdruck zu bilden.

Funktionalität:

  • optimierter PID-Regler
  • dynamisch aktivierbarer Integrator, um Drucküberschwinger zu minimieren
  • zwei umschaltbare PID-Parametersätze

Die Schnittstelle zur SPS ist eine Profinet-Schnittstelle. Mit Blick auf Industrie 4.0 sind alle Sollwerte und alle Rückmeldungen (Prozessdaten) im Protokoll verfügbar. Eine Parametrierung des Moduls kann ebenfalls über den Bus erfolgen.

W.E.St. Elektronik GmbH ist für die Zukunft gewappnet!

Wir freuen uns bekanntgeben zu dürfen, dass sich die W.E.St. Elektronik für die Zukunft neu aufgestellt hat!

20 Jahre nach Firmengründung der W.E.St. Elektronik GmbH hat Herr Walter entschieden, sich in den wohlverdienten Ruhestand zu begeben. Über die letzten Monate wurde dieser Schritt in aller Sorgfalt mit den neuen Eigentümern, Herrn Thomas Helpenstein und der Swedex Holding GmbH, vorbereitet. Damit übernimmt Thomas Helpenstein ab 1.10.2019 die Geschäftsführung.

Die Swedex Holding GmbH hat sich mit der Swepro Group seit über 30 Jahren am Markt etabliert und ist ein führendes Unternehmen für innovative, technisch hochwertige Druckluftprodukte, Industriewerkzeuge und Elektrostatik Lösungen. Aktuell gehören mehr als 100 Mitarbeiter in insgesamt 13 Ländern zur Swepro Group.

Herr Helpenstein bringt weitreichende Erfahrung im Bereich der Entwicklung und Vermarktung von Elektronik mit. Über die letzten Jahre war er in verschiedenen Positionen in der Produktentwicklung, im Produkt- und Businessmanagement im Bereich der Automatisierungskomponenten und der funktionalen Sicherheit weltweit tätig.

In der Zugehörigkeit zu einer gut aufgestellten Unternehmensgruppe, den daraus entstehenden Synergien und im Erfahrungsschatz von Herrn Helpenstein, sehen wir beste Voraussetzungen, die bisherigen Erfolgsfaktoren zu verstärken und die entwickelten Zukunftsideen voranzutreiben.

Unseren Fokus werden wir weiterhin auf die Weiterentwicklung und Ergänzung des Produktportfolios unsere Elektroniksteuerungen im Bereich Hydraulik legen, vor allem auf die Erweiterung durch feldbus- und netzwerkfähige Geräte.

Für Sie ändert sich nichts. Die W.E.St. Elektronik GmbH stand und steht für enge Kundenbindung und wird in ihrer jetzigen Form am Standort Niederkrüchten mit allen Ihnen bekannten Ansprechpartnern bestehen bleiben. Geben Sie alle Ihre Bestellungen und Anfragen wie gewohnt per Telefon/Fax oder E-Mail bei uns auf.

Bleibt uns zu Guter letzt noch, uns bei Frau Walter und Herrn Walter ganz herzlich für die letzten 20 Jahre, im Namen der Belegschaft und neuen Eigentümer zu bedanken und alles Gute für die Zukunft zu wünschen.