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Vernetzung innerhalb der Geräte und des gesamten Systems

gewährleistet. So kann die Steuerung beispielsweise sämtliche

Vorparametrierungen über CANopen an den Sensor schicken,

der dadurch zum echten Plug&Play-Gerät wird. Das ist insbe-

sondere interessant für Laboranlagen zum Test von Pulverrezep-

turen. Diese werden in der Regel individuell aus Extruder, Ab-

zug, Rheometer etc. zusammengestellt. Dank CANopen erken-

nen die Anlagenteile ihre jeweilige Konfiguration und stimmen

sich problemlos aufeinander ab. Zudem können CANopen-Sen-

soren zählen, wie oft sie eingeschaltet wurden. Damit liefern

sie im Sinne der präventiven Instandhaltung Informationen dar-

über, wie lange sie bereits im Einsatz sind und ob sie gegebe-

nenfalls nachkalibriert werden müssen.

Durch ihre Fähigkeit zur Diagnose der entscheidenden Prozess-

parameter liefert moderne Sensorik alle Daten, die für eine vor-

ausschauende Wartung erforderlich sind. So erfassen beispiels-

weise PID-Regler mit Zählerfunktion die Anzahl der Schalt-

zyklen und gleichen sie mit den als Verschleißalarm gesetzten

Grenzwerten ab. Bei Überschreiten dieser Werte geht ein ent-

sprechendes Signal an die Steuerung bzw. das HMI und weist

damit auf die wahrscheinliche Notwendigkeit des Austausches

von Stellgliedern hin. Ein rechtzeitiger Wechsel beugt einem

Maschinenausfall vor. Zudem bieten aktuelle Geräte Diagnose-

funktionen zur Erkennung von Sensorbruch, Anschlussfehlern,

Teillast- oder Lastbruch, Störungen des Regelkreises und Über-

schreiten der Grenzwerte.

Neben der präventiven Instandhaltung ist auch die Selbst- und

Autooptimierung der Regler für die Umsetzung von Industrie

4.0 entscheidend. Die Selbstoptimierung dient der Berechnung

der optimalen Werte für die Regelparameter während der An-

laufphase eines Prozesses, beispielsweise in Geräten für die

Temperierung des Werkzeuges an Spritzgießmaschinen. Die

Aktivierung erfolgt wahlweise automatisch bei jedem Einschal-

ten der Maschine oder manuell per Tastendruck. In jedem Fall

werden während der Selbstoptimierung eine Kennlinie für den

Regelprozess erstellt sowie sämtliche Parameter und die Zyklus-

zeit ermittelt und abgespeichert. Die Prozedur läuft automa-

tisch ab, wobei beispielsweise bei einfachen Extrudern ohne

Steuerung die Vorgehensweise in Abhängigkeit vom Ist-Wert

der Temperatur der Zylinderheizung optimiert wird. Im Falle ei-

nes Relais-, Logik- oder Triac-Regelausgangs erfolgt die Bestim-

mung der optimalen Zykluszeit automatisch. Moderne Regler

signalisieren die Optimierung mithilfe einer LED auf dem Dis-

play. Während des eigentlichen Prozesses sorgt die Funktion

der Autooptimierung für die permanente Überwachung der

Abweichungen vom Regelwert und für einen entsprechenden

Ausgleich der Regelparameter.

Prozessdiagnostik

Doch die elektronischen Bauteile müssen nicht nur sich selbst,

sondern den ganzen Prozess diagnostizieren können. So bieten

beispielsweise moderne Leistungssteller für die Regelung elek-

trischer Heizelemente von Extrudern mit größeren Leistungen

oder von Infrarotstrahlern zum Kunststoffschweißen die Mög-

lichkeit zur Erfassung des Stromverbrauchs pro Zeiteinheit. Ob

pro Stunde, Tag oder Woche, pro Gerät oder pro Stromabneh-

mer lässt sich individuell festlegen. Ebenfalls vorgeben lassen

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sich der Grenzwert, bei dessen Erreichen Alarm gegeben wer-

den soll sowie der Normal- oder Optimalverbrauch. Der Leis-

tungssteller steuert die Stromabnehmer dann so, dass der

Stromverbrauch optimiert und die Stromkosten minimiert wer-

den. Dabei sind Erfassung und Alarm bei Abweichung für jede

Heizzone individuell regelbar. Darüber hinaus können sich bis

zu zehn Leistungssteller untereinander abgleichen und so einre-

geln, dass ein zuvor eingestellter Spitzenstrom nicht überschrit-

ten wird. Die Voraussetzung dafür ist ein intelligentes Lastma-

nagement, das die im Vorfeld berechnete Prozessleistung auf

alle beteiligten Steller verteilt.

Zudem erkennen aktuelle Leistungssteller auch einen Teillast-

bruch und regeln den Prozess adaptiv. Der Steller erfasst, wo

welche Heizelemente ausgefallen sind, und löst Alarm aus. Die

adaptive Regelung von Strom, Spannung und Leistung nach

zuvor gesetzten Präferenzen hält währenddessen den Prozess

bis zum Eingreifen des Werkers aufrecht.

Autonome, dezentrale Steuerung

Mehrere, einfach integrierbare Steuerungsinseln aus intelligen-

ten PID-Reglern oder Leistungsstellern können Teilfunktionen

der SPS übernehmen. Sie geben dieser dann lediglich die Infor-

mation „Wert ok“ oder „Wert nicht ok“ weiter. Auf diese Wei-

se verringert sich die Rechenleistung der SPS. Sie kann kleiner

und einfacher ausgelegt werden. Zudem erhöhen die einfach

integrierbaren Steuerungszellen die Redundanz und damit die

Prozesssicherheit. Zum Aufbau solch kleiner Steuerungsinseln

können GEFRAN-Geräte als Master/Slave konfiguriert werden,

indem beispielsweise ein Gerät zum Master wird und die ande-

ren die Slave-Funktion übernehmen. Das spart zusätzliche Feld-

bus-Schnittstellen und bietet bei redundanter Abbildung in der

SPS einen Schutz gegen Ausfall. Auf diese Weise vernetzt mo-

derne Aktorik und Sensorik Maschinenkomponenten und Men-

schen, vereinfacht komplexe Steuerungsprozesse und erhöht

die Prozess- sowie Produktionssicherheit.

Ausblick

Die Ausstattung der Sensoren, Leistungssteller und Regler mit

dem Kommunikationsstandard IO-Link, eine der Voraussetzun-

gen für eine umfassende Vernetzung aller Maschinen und An-

lagen, und RTE/ProfiNET für den ehternetbasierten Datenaus-

tausch in Echtzeit sind bei GEFRAN aktuell in Vorbereitung.

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Stand: A3-3005