28.03.2018

Mehrwert durch vernetzte Systeme

Smarte Aktuatoren

Elektromechanische Bewegungsachsen gelangen immer mehr in den Wirkungsbereich der Automatisierung. Parallel dazu steigt die Notwendigkeit, diese Achsen kosteneffizient anzusteuern. Die fortschreitenden Entwicklungen in Bereichen wie Robotik, Konnektivität oder Cloud setzen neue Maßstäbe in Bezug auf die operative Effizienz und eröffnen Aktuatoren somit viele neue Funktionsfelder.


Bild: Thomson Industries Inc.

Ein gutes Beispiel bieten Aufgaben wie das Anheben und Absenken eines Förderbands, um Kartons unterschiedlicher Größen zu transportieren. Sind solche Anpassungen nur wenige Male pro Tag erforderlich, so wäre eine Automatisierung mit herkömmlicher Technik kaum zu rechtfertigen. Die Umsetzung solch gelegentlicher Betätigungen, z.B. mithilfe von pneumatischen Zylindern, würde sowohl eine kostspielige Infrastruktur als auch hohe Wartungskosten bedeuten und nur eingeschränkte Steuerungsmöglichkeiten bieten. Systeme mit hochbelastbaren und -präzisen Linearaktuatoren würden zwar die erforderliche Steuerung liefern, jedoch auch weitaus mehr Funktionalität, als für solche Vorgänge wirtschaftlich vertretbar ist. Selbst einfachere klassische Aktuatoren für die Industrie, die geeignete Steuerungsfunktionen zu geringeren Kosten bereitstellen, wären angesichts der zusätzlich erforderlichen Relais und sonstigen Infrastruktur nur schwer zu rechtfertigen. Demgegenüber ermöglichen neue und smarte elektromechanische Aktuatoren die Automatisierung wechselnder Arbeitsabläufe zu vertretbaren Kosten, indem sie Funktionen integrieren, die zuvor auf eine externe Infrastruktur angewiesen waren.

Fortschrittliche, smarte Aktuatoren

Smarte Linearaktuatoren enthalten sämtliche Komponenten, um ein Betätigungselement zu schalten. Nur zwei Adern für die Stromversorgung und wenige weitere zur Kommunikation mit einem Controller sind erforderlich. Das ermöglicht eine einfache und effiziente automatisierte Steuerung bislang manuell betätigter Achsen. Systementwickler können das Niederstromschalten direkt in den Aktuator programmieren, sodass der Bediener gar nicht wissen muss, was er wann zu schalten hat. Auch zur verbesserten Leistung können smarte Aktuatoren beitragen. Bei dem zuvor beschriebenen Förderszenario bremsen manuelle Änderungen der Einstellung den Prozess aus. Ist das z.B. zehnmal pro Tag erforderlich, bietet eine Automatisierung dieser Änderungen eventuell die effizientere Option. In der Welt von Industrie 4.0 analysieren moderne Anwendungen die Produktionsdaten aus smarten Messgeräten und zeigen geeignete Wege zu hoher Geräteeffizienz auf.

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Mehrwert durch Vernetzung

Auch wenn die Automatisierung von Funktionen wie die der Förderbandverstellung keine signifikante Amortisation zeigt, so ist die Möglichkeit der Vernetzung vieler Geräte durchaus von Mehrwert. Die Einbettung der Netzwerklogik in kostengünstige Aktuatoren ermöglicht den Anschluss an Protokolle wie CAN, Profinet oder Ethernet/IP. Bislang manuell ausgeführte Vorgänge lassen sich somit in umfassende und komplexe Regelstrategien oder Arbeitsabläufe einbinden. Die Aktuatoren stellen zudem eine Vielzahl an Betriebsdaten wie Zählerstände bereit, um den exakt passenden Zeitpunkt zum Schalten eines Befehls zu ermitteln. Denkbar ist auch die Anbindung smarter Aktuatoren an fahrerlose Transportsysteme (FTS), die im Werk umherfahren, Material an Förderstationen entgegennehmen und zu anderen Produktionsstufen bzw. zur Auslieferung transportieren. Das FTS fährt an das Förderband heran und fordert den Aktuator auf, die Luke zu öffnen, sich selbst zu beladen und zur nächsten Station zu fahren.

Smarte Instandhaltung

Smarte Aktuatoren sind in der Lage, ihren eigenen Zustand zu überwachen. Sie wissen, ob das System ausreichend Spannung für die anstehende Aufgabe erhält und können sich ggf. entsprechend anpassen. Sie können Daten zur Anzahl der erfolgten Zyklen sammeln und die Geschwindigkeit schichtübergreifend anpassen. Nicht zuletzt können sie an jedem Punkt des Hubwegs ihre absolute Position ausgeben, anhand derer die Stromaufnahme nach Bedarf programmiert werden kann, um die Last zu beherrschen. Während smarte Aktuatoren wenig bis keine Wartung benötigen, können sie auch die Gesamtwartungskosten reduzieren. Sie erkennen Lastschwankungen, die sich auf den Aktuatorverschleiß auswirken, und helfen dadurch, einen Austausch mit geplanten Maschinenstillständen zu synchronisieren.

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