Schnelle Messdatenerfassung für industrielle Anwendungen

Die Ansprüche an die Fertigungsautomation steigen stetig. Hohe Qualitätsforderungen bei gleichzeitig kurzen Taktzeiten führen unter anderem dazu, dass die Automatisierungslösungen eine immer höhere Anzahl an Messwerten immer schneller verarbeiten müssen. Um die zentrale Steuerung in solchen Fällen zu entlasten, kommen daher verstärkt Lösungen mit sogenannter dezentraler Intelligenz zum Einsatz – auch im Bereich der industriellen Messtechnik.

Um den Ansprüchen an die industrielle Messdatenerfassung gerecht zu werden, bringt der Messtechnikspezialist jetzt das System PMX auf den Markt. Messdatenerfassung, Weiterverarbeitung der Daten und Übertragung an eine übergeordnete Steuerung erfolgen hierbei mit sehr großer Geschwindigkeit. So sind beispielsweise Abtastraten bis zu 19,2 kHz möglich. Gleichzeitig ist eine sehr hohe Präzision der gemessenen Daten durch Messverstärker mit hoher 24 Bit Auflösung garantiert.

Kommunikation mit der Automatisierungsumgebung

Das System besteht aus einem Grundgerät, in das bis zu fünf Einsteckkarten passen. Der erste Steckplatz ist für eine Kommunikationskarte reserviert, die eine Integration in ein übergeordnetes Automatisierungssystem ermöglicht. Die übrigen vier Steckplätze stehen dann für Messverstärker mit jeweils vier Kanälen sowie Kombinations-Ein-Ausgabekarten zur Verfügung. Aktuell sind drei verschiedene Module mit Messverstärkern für Dehnungsmessstreifen (DMS), für analoge Ein- und Ausgänge sowie für digitale Ausgänge erhältlich. Damit lassen sich die am häufigsten benötigten physikalischen Messgrößen, wie Kraft, Drehmoment, Druck, Dehnung, Temperatur usw. erfassen. Sämtliche Module werden über das Grundgerät mit Spannung versorgt. Die Kommunikation zu einem PC oder Bediengerät, das zur Konfiguration oder zur Visualisierung verwendet wird, geschieht über Fast-Ethernet. Außerdem ist das Grundgerät mit einer USB-Schnittstelle ausgestattet, über die sich beispielsweise Konfigurationen auf einem USB-Stick abspeichern und wieder einlesen lassen (Gerätebackup). Auch der Anschluss von Peripheriegeräten, wie Festplatten oder Barcode-Scannern, lässt sich darüber realisieren, um Qualitätsdaten zu speichern und Bauteilkennungen in diese Daten zu übernehmen.

Virtuelle Kanäle

Die Messtechnik in industriellen Anwendungen muss sich nahtlos in die Kommunikationsprotokolle der Automatisierungssysteme einfügen. Da die Datenmengen und die Geschwindigkeitsanforderungen in den vergangenen Jahren gestiegen sind, setzt sich in der Automatisierungstechnik Industrial Ethernet immer mehr als Kommunikationsprotokoll durch. Daher unterstützt das PMX-System die Echtzeit-Ethernet-Protokolle Ethercat und Profinet, die auch große Datenmengen sehr schnell übertragen können. Die gemessenen Signale kann der Messverstärker bereits intern verarbeiten und in Echtzeit auswerten. Damit kann das PMX-System ein Teil der Aufgaben, die sonst von der übergeordneten Steuerung übernommen werden müssten, direkt im Messverstärker erledigen. Dazu zählen beispielsweise Mittelwertbildung, Spitzenwerterfassung und weitere mathematische Berechnungen sowie PID-Regler. Neben den 16 Messkanälen, die ein PMX-System maximal bietet, stehen dem Anwender dadurch bis zu 32 so genannte virtuelle Berechnungskanäle zur Verfügung. Dazu verfügt das System über leistungsfähige Signalprozessoren, die die Berechnungen in der geforderten Geschwindigkeit durchführen können. Mit diesem Echtzeitkern stellt PMX sicher, dass alle Signale harten Echtzeitbedingungen genügen. Sämtliche Messwerte und auch die daraus berechneten Werte der virtuellen Berechnungskanäle lassen sich in Echtzeit mit bis zu 10 kHz über Ethercat an die Steuerung der Maschinen und Anlagen übertragen. Gerade bei Anwendungen mit einem sehr hohen Automatisierungsgrad ist diese dezentrale Intelligenz der Messtechnik sehr wichtig, um die Ausfallhäufigkeit und die Systemlast der Steuerung zu senken.

Typische Anwendungen für solche dezentrale Messsysteme, die bereits einen Teil der Steuerungsaufgaben übernehmen können, finden sich in der Produktion beispielsweise in der Überwachung von Pressen. Diese reichen von Tabletten- und Pulverpressen bis hin zu Blechpressen, wie sie im Automobilbau verwendet werden. Auch im Bereich von Montage- und Fügeüberwachungen können solche Systeme zum Einsatz kommen. In großen und komplexen Maschinen und Anlagen müssen häufig wichtige Maschinenparameter überwacht werden. Dieses so genannte Condition-Monitoring trägt dazu bei, die Stillstandszeiten zu minimieren und damit die Kosten aufgrund von Produktionsausfällen zu reduzieren. Ein weiterer klassischer Anwendungsfall für Messsysteme, wie das PMX, ist der industrielle Prüfstandsbau wo komplexe Bauteile auf Ihre maximale Belastbarkeit und Alltagstauglichkeit geprüft werden. Auch hier hat sich in den vergangenen Jahren verstärkt Industrial Ethernet als Kommunikationsmedium durchgesetzt. Dies gilt auch für Qualitätsprüfstände, die als End-of-Line-Prüfstand die Qualität der gefertigten Produkte überprüfen. Das Speichern der dabei erfassten Qualitätsdaten in einer Datenbank stellt wiederum erhöhte Anforderungen an die Kommunikations-Architektur der messtechnischen Systeme.

Fazit

Hohe Abtastraten, schnelle Datenübertragung und eine integrierte Intelligenz (digitaler Signalprozessor DSP und CPU) zur Entlastung der übergeordneten Automatisierungslösung sind wesentliche Forderungen, die heute an messtechnische Systeme gestellt werden, die im industriellen Umfeld zum Einsatz kommen. Dabei spielt die Kommunikation über echtzeitfähige Industrial-Ethernet-Protokolle mit hohen Datenübertragungsmengen eine immer größere Rolle. Mit PMX bringt der Messtechnikspezialist nun ein System auf den Markt, das alle diese Forderungen erfüllt und sich dadurch für verschiedenste Aufgaben der industriellen Messtechnik eignet.

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