Anschlußbus in der Kompaktklasse

Interface für Werkzeugmaschinen

Trumpf, Hersteller von Blechbearbeitungsmaschinen, setzt bei der Anbindung von binären Sensoren und Aktoren auf das AS-Interface von Siemens, Erlangen. Das Einsparen von teueren, konfektionierten Leitungen, die Reduzierung von Bauteilen und das einfache Handling des Systems haben die Ditzinger überzeugt.

04. März 2002

Ob Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Nibbeln, Umformen, Stanzen - Trumpf bietet in verschieden Leistungsklassen, vom Werkzeug, das händisch geführt wird, bis hin zur großen Werkzeugmaschine mit Materialzuführung für jeden Anwendungsfall die richtige Lösung.

H. Quero, E-Konstuktionsleiter bei Trumpf ist von „AS-i“ überzeugt. Das Einsparen von teuren konfektionierten Leitungen, die Reduzierung von Bauteilen und das einfache Handling des Systems bedeuten eine große Erleichterung gegenüber konventionellen Lösungen. AS-i erlaubt eine optimale Anpassung der Topologie an die Gegebenheiten der Maschine - das heißt, an beliebigen Stellen können Stichleitungen angefangen werden.

Bei Trumpf wird das AS-Interface über ein Gateway an den „Profibus DP“ angeschlossen. Stößt man an die Leistungsgrenzen von AS-i, was Netzausdehnung oder Buszykluszeit bei großen Datenmengen angeht, läßt das Gateway einen eleganten Übergang zum leistungsfähigeren Profibus DP zu. Bei Trumpf steckt der DP-Master in der CNC „Sinumerik 840D“, die diese Schnittselle standardmäßig integriert hat. DP-Teilnehmer sind Bedienfelder, weitere Steuerungen, „intelligente“ Busteilnehmer und das Gateway zum AS-Interface. Am AS-Interface werden über die IP67-Kompaktmodule binäre Sensoren und Aktoren angeschlossen. Es handelt sich zum Beispiel um die Hydrauliküberwachung - Füllstand, Temperatur, Ölfilterverschmutzung et cetera. Auch Werkzeugschmierung und Referenzpunkterfassung werden über AS-Interface geführt.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß das AS-Interface sich bereits heute lohnend an kompakten Maschinen einsetzen läßt und weiteres erhebliches Einsparpotentential durch die Version 2.1 sowie die zusätzlichen Sicherheitsfunktionen in nächste Nähe gerückt ist. Bei Trumpf Werkzeugmaschinen ist deshalb die Entscheidung bereits gefallen: Alle Neukonstruktionen werden zukünftig auf der Aktor-Sensor- Ebene mit AS-Interface ausgerüstet.

Feldbusse und die damit verbundene dezentrale Aufbautechnik haben sich zuerst in Anlagen größerer Ausdehnung, zum Beispiel in der Fördertechnik, etabliert. Die konventionelle Anbindung der Sensorik und Aktorik an die Steuerung über Parallelverdrahtung war hier ein besonders aufwendiges und teures Unterfangen. Von der E/AKarte in der Steuerung ging es über dicke Kabelbäume und Klemmenkästen hin zur Sensorik und Aktorik. Die Verdrahtung ist aufgrund der vielen Klemmstellen langwierig und fehleranfällig. Heute findet man Feldbustechnik auch in Maschinen, die sehr kompakt und übersichtlich sind.

Die Rationalisierungspotentiale liegen nicht nur bei den Kabeln, sondern in den kostenintensiven Bereichen Konstruktion, Montage und Inbetriebnahme. Die steuerungstechnische Verbindung der Werkzeugmaschine mit den nötigen Zusatzaggregaten, zum Beispiel Hydraulik- oder Zuführeinrichtungen, läßt sich mit Bustechnik kostensparend und elegant lösen, indem man den Bus über Stecker führt. Die erste Inbetriebnahme beim Hersteller und die zweite Inbetriebnahme beim Anwender sind einfacher und schneller erledigt. Wo es darum geht, verteilte binäre Sensor- und Aktorsignale über einfache Anschlußtechnik an die Steuerung anzubinden, hat sich AS-Interface als einfacher Aktor-Sensor-Bus inzwischen einen guten Namen gemacht.

Die TU München hat einen genauen Kostenvergleich für eine Fräsmaschine angestellt (Prof. Reinhardt, Prof. Milberg). Dabei wurde die Parallellverdrahtung mit E/A-Karten in der Steuerung einer AS-i-Businstallation gegenübergestellt. Ergebnis: zirka 26 Prozent Einsparung wurden mit dem AS-i erreicht.

AS-i funktioniert mit einer einfachen Zweidrahtleitung, 2 x 1,5 mm2 feindrahtig. Diese Leitung ist nicht verdrillt und nicht geschirmt. Über ein spezielles AS-i-Netzteil werden 30 V DC in die Busleitung eingespeist. Diese 30 V dienen der Elektronikversorgung der E/AModule und der Versorgung der Sensorik, die an den AS-i-Modulen im Feld angeschlossen werden. Das Datensignal wird über ein extra für AS-i entwickeltes Modulationsverfahren, genannt APM („alternierende Puls-Modulation“), auf die 30 V aufmoduliert. Überall, wo das Buskabel liegt, muß man sich also nicht mehr um die Sensorikversorgung kümmern. Die Aktorik wird in der Regel über eine weitere Zweidrahtleitung versorgt, was im Not-aus-Konzept begründet ist. Die Aktorikversorgung muß aus Sicherheitsgründen weggeschaltet werden können, denn der Bus muß auch im Störfall die für die Diagnose unerläßliche Einganginformation zur Verfügung stellen. Jeder AS-i-Master kann 31 Teilnehmeradressen verwalten. Jeder AS-i Adresse sind maximal 4 Eingänge und 4 Ausgänge zugeordnet. Man kann also im Vollausbau 124 Eingänge und 124 Ausgänge an einem Master-Kanal betreiben.

In Kürze wächst die Anzahl der Busteilnehmer von 31 auf 62. Statt 124 Eingänge kann man dann maximal 248 Eingänge und 186 Ausgänge an einem Masterkanal betreiben, womit das System noch einmal wirtschaftlicher wird. Kosten für einen weiteren AS-i-Master und ein AS-i-Netzteil werden erheblich später fällig.

Ein weiteres Highlight folgte im März 2001. AS-Interface wurde zum Sicherheitsbus: Auf ein und derselben Leitung werden sowohl Standardsignale als auch sicherheitsgerichtete Signale, wie Not-Aus, übertragen, und das bis zur höchsten Sicherheitskategorie 4.

Folgende Punkte verdeutlichen, wie bestechend diese Lösung ist:

- Es ist keine fehlersichere Steuerung nötig. Die Steuerung muß nur einen AS-i-Master besitzen.

- Eine gemeinsame Busleitung für Standardsignale und sicherheitsgerichtete Signale

- AS-i ist in der IEC 62026-2 weltweit genormt und somit ein Standardfeldbus, der bei Bedarf auch nachträglich ohne großen Aufwand zum sicheren Feldbus ausgebaut werden kann. Der Anwender kann auf Bewährtes aufbauen, ohne genormte Standardlösungen zu verlassen.

Zur Ertüchtigung des Standardbusses um sicherheitsgerichtete Kommunikation benötigt man zusätzlich einen sogenannten Sicherheitsmonitor und Module mit sicheren Eingängen beziehungsweise sichere integrierte Slaves, wie Not-Aus. Den Sicherheitsmonitor kann man als „intelligente“ Relaissicherheitskombination, für AS-Interface angepaßt, auffassen. Der Sicherheitsmonitor überwacht den Austausch der sicheren Daten und verfügt über ein oder zwei sichere Relaisausgänge zum sicheren Abschalten. Auch mit dem derzeitigen Stand ergibt AS-i in der Werkzeugmaschine Sinn. Vor allem die angesprochene Erweiterung des Systems zum Sicherheitsbus birgt noch einmal erhebliches Rationalisierungspotential für den Einsatz an Trumpf-Werkzeugmaschinen. Zum Beispiel das Absichern von gefährlichen Bereichen der Materialzuführung (Blechtafeln) über Lichtschranken dürfte interessant sein. Das einfache Übertragungsmedium sowie die schnelle Anschlußtechik bei den IP67-E/A-Modulen über sogenannte Durchdringungstechnik sorgen dafür, daß heute schon kräftig gespart werden kann.

Erschienen in Ausgabe: 06/2001