Mit dieser Lösung kann ein Maschinenbauer seine zukünftigen Konstruktionen auf Basis einer Automatisierungsplattform einfach und modular anpassen oder erweitern, ohne seine ursprüngliche Struktur zu verändern. Durch die Modularität können in der Regel 5 % an Hardware eingespart werden.
CPX-AP-I wurde kürzlich von einem Maschinenbauer in seine Konstruktion für eine Maschine zur Endbearbeitung von Kunststoffplatten integriert. Dabei handelt es sich meist um vorgeformte, relativ lange und schmale Teile, in die durch Stanzen Ausschnitte eingebracht werden. Dies geschieht pneumatisch. Da nicht alle Platten gleich dick sind, manchmal auch aus verschiedenen Kunststoffen bestehen und zudem unterschiedlich geformt sind, muss der erforderliche Pneumatikdruck für jedes Produkt und jeden Ausschnitt angepasst werden. Ursprünglich wurden hierzu Proportional-Druckregelventile genutzt, die direkt von der SPS gesteuert wurden.
Von zentral zu dezentral
Die entsprechende Konstruktion der Maschine hatte einige Nachteile im Zusammenhang mit der zentralen Steuerung der pneumatischen Stanzeinheiten. Es wurden acht Proportionalregler direkt in eine zentrale Ventilinsel im Schaltschrank integriert. Vier Stanzbewegungen erfolgten in relativ geringem Abstand zu dieser Ventilinsel - 3 bis 5 Meter -, die anderen vier jedoch auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine. Für diese vier Stanzeinheiten mussten Kabel und Luftschläuche mit Längen von 10 bis 12 Metern vom Schaltschrank aus verlegt werden. Abgesehen von den hohen Material- und Installationskosten bedeutete dies auch eine ungenauere Steuerung der hinteren vier Stanzeinheiten und eine längere Zykluszeit.
Als der betreffende Maschinenbauer einen Auftrag über vier baugleiche Maschinen erhielt, informierte er sich bei Festo als technischem Partner über die Möglichkeiten, die neue Technologien bieten können. Schneller, besser, langlebiger, billiger? Bei den Gesprächen tat sich die neue CPX-AP-I als mögliche Lösung für eine dezentrale Steuerung der Stanzeinheiten und als Möglichkeit auf, die Maschine „zukunftssicher“ zu machen. Doch es gab noch viele weitere Vorteile.
Dezentrales I/O System
Um diese Vorteile zu verstehen zu können, müssen wir zunächst einmal klären, was das CPX-AP-I überhaupt ist. Es ist ein neues I/O-System, das für den direkten Anschluss einer Vielzahl von E/A-Modulen und Ventilinseln im Feld konzipiert ist. Das System kann über die gängigsten Feldbusse einfach in die wichtigsten SPS-Systeme integriert werden, ohne dass die einzelnen Komponenten mit einem Feldbusknoten ausgerüstet werden müssen. Es ist auch möglich, IO-Link zu integrieren, was den Anschluss beliebiger I/O-Link-Komponenten erleichtert und alle damit verbundenen Vorteile bietet.
In der nachstehenden Abbildung ist der Aufbau eines solchen Systems dargestellt.
Sie zeigt, dass Ventilinseln und I/O-Link-Master unabhängig vom verwendeten industriellen Automatisierungsnetzwerk direkt in das übergeordnete Leitsystem (SPS) integriert werden können. Dasselbe gilt für pneumatische und elektrische Module und es werden alle bekannten Feldbusarten unterstützt. Das heißt, die Ventilinseln müssen nicht mehr über einen I/O-Link-Master angebunden werden, sondern können direkt über den AP-Bus angesteuert werden, was zu einer besseren Performance in Bezug auf Zuverlässigkeit und Effizienz führt. Außerdem werden auf diese Weise Einsparungen bei der Anzahl der Busknoten oder Komponenten erreicht.
Modularer Aufbau in einer vertrauten Umgebung
Das CPX AP-I bietet die Möglichkeit eines modularen und damit leicht skalierbaren Aufbaus. Das Ergänzen oder Entfernen von Funktionalitäten, Modulen usw. ist möglich, ohne dass die bestehende Topologie geändert werden muss. Auch eine Änderung des Bussystems ist möglich – hierzu muss nur der Busknoten geändert werden. Die Stückliste (BOM) und die Steuerungsarchitektur bleiben unverändert. Außerdem kann der Maschinenbauer weiterhin in seiner gewohnten Umgebung programmieren und wird in keiner Weise dadurch gestört, dass das I/O-System mit einem proprietären Bussystem arbeitet. Zahlenmäßig ist er dabei keineswegs eingeschränkt: bis zu 500 Module können in Linien-, Stern- und Baumtopologie miteinander verbunden werden.
Startklar für die Digitalisierung im Zeitalter von Industrie 4.0
Neben der einfachen Integration von Komponenten bietet das CPX AP-I auch die Möglichkeit, Daten in die Cloud zu laden. Dies ist ein typisches Merkmal für die intelligente Industrie und vollautomatisierte intelligente Fabriken. Das bedeutet, dass eine Vielzahl von Daten, z. B. Kurzschlüsse, IO-Link-Ereignisse, Anzahl der Stromkreise, Kabelqualität, Temperatur, Spannung, Betriebsstunden usw., zentral erfasst werden können. Diese Daten können dann analysiert und als wertvolle Informationen im Rahmen von Optimierungen, Kostenkalkulationen oder z. B. einer „intelligenten Wartung“ genutzt werden. So ist es möglich, verschiedene Module und Kanäle zu überwachen und rechtzeitig Alarm zu geben, wenn etwas schief zu gehen droht. Darüber hinaus ermöglicht diese Funktion eine effiziente Wartungsplanung und Schritte zur vorausschauenden Wartung.
Anwendung in der Praxis
Der Maschinenbauer ist auf Empfehlung von Festo auf die CPX AP-I umgestiegen und hat die Vorteile nun buchstäblich mit eigenen Augen gesehen. Aufgrund des dezentralen Aufbaus ist die Gruppe der acht Proportional-Druckregelventile nun in zwei Vierergruppen aufgeteilt. Die zweite Gruppe befindet sich auf der anderen Seite der Maschine und somit viel näher an den Stanzeinheiten. Dies sparte letztlich so viel Installationszeit und Material, dass bei vier Maschinen eine Kosteneinsparung von 5 % erzielt wurde. Auch für alle Module, die IO-Link nicht nutzen, konnte er seinem Kunden eine blitzschnelle Kommunikation anbieten. Die Werte von 200 MBaud und Zykluszeiten von bis zu 250 µs sind beeindruckend. Da für Kommunikation und Stromversorgung zwei getrennte Kabel verwendet werden, bietet er auch die Möglichkeit, bei Bedarf mit Spannungszonen zu arbeiten. Schließlich war er erleichtert, dass seine bestehende Topologie vollständig erhalten bleiben konnte. Er kann Ventilinseln einfach integrieren, ohne dass zusätzliche Busknoten oder I/O-Link-Master benötigt werden. Auch die Anzahl der Interface-Module ist dank der Vielzahl der Komponenten, die an ein CPX AP-I Busmodul angeschlossen werden können, begrenzt.
Bereit für die Zukunft
Die Maschinen sind inzwischen geliefert worden und laufen zur vollen Zufriedenheit. Genauer gesagt laufen sie so gut, dass der Maschinenbauer das neue Remote I/O-System zum Standard für alle neuen Maschinen gemacht hat, die er in Zukunft entwickeln und bauen wird. Nur wenn die Kunden ausdrücklich andere Spezifikationen wünschen, werden andere Systeme verwendet. Dabei spielt es keine Rolle, ob es um Maschinen für die Automobilindustrie, Verpackungsmaschinen oder Maschinen für andere Branchen geht. Wir haben die perfekte Lösung für uns gefunden“, lautet das abschließende Urteil des (glücklichen) Maschinenbauers.