Via Smartphone konfigurierbarer Drehgeber

Smart per App

Während der Entwicklung einer Maschine kommt der Zeitpunkt, in dem das Finetuning der einzelnen Sensoren ansteht. Hierbei kommt häufig Unsicherheit über die benötigte Impulszahl für den optimalen Lauf der Applikation auf. Aufwand und Frustration sind folglich vorprogrammiert. Das Auswählen der passenden Adapterkabel, Werkzeuge und Parametrierboxen zur Sensorjustierung verläuft meist nicht so reibungslos wie vorab gewünscht.
 NFC ist sicher und unkompliziert in der Anwendung, da eine kabellose und spannungsfreie Parametrierung 
direkt an der Maschine möglich ist.
NFC ist sicher und unkompliziert in der Anwendung, da eine kabellose und spannungsfreie Parametrierung direkt an der Maschine möglich ist.Bild: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Um diese Entwicklungsphase zu erleichtern, hat Wachendorff sich bei der Entwicklung des neuen inkrementalen Drehgebers für die Konfigurationsschnittstelle NFC entschieden, anstatt wie üblich auf Adapterkabel und Parametrierboxen zu setzen. In einer App können per Smartphone die individuellen Merkmale erstellt und gespeichert werden. Diese Einstellungen können nun per NFC auf den Drehgeber geladen werden. NFC ist eine spannungs- und berührungslose Übertragungstechnik. Um diese etablierte Kommunikationstechnik auf den Drehgeber zu transferieren, wurde die WDGN-Serie mit einem NFC-Chip ausgestattet. Die hierfür entwickelte Drehgebersensorik ist in der Lage, zuverlässige und hohe Impulszahlen zu generieren. Dabei ist sie so flexibel, dass jede beliebige Pulszahl bis herunter zu einer Pulszahl von einem Impuls pro Umdrehung stufenlos eingestellt werden kann. Die Geräte basieren auf einer patentierten magnetischen Sensortechnologie mit hoher Genauigkeit und Auflösung. Mit bis zu 16.384 Impulsen pro Umdrehung und einer kompakten Ausführung ab 36mm lassen sich hoch präzise Messungen auf kleinem Bauraum realisieren.

 Die App ist sowohl für Android 
als auch für iOS erhältlich.
Die App ist sowohl für Android als auch für iOS erhältlich.Bild: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Konfigurierung vor Ort

Durch die flexible Einstellung der Parameter über die App kann der Kunde das Gerät selbst vor Ort konfigurieren. Somit wird eine höhere Flexibilität bei der Entwicklung einer Maschine und der Inbetriebnahme erzielt. Verschiedene Steuerungen oder Frequenzumrichter können variabel getestet werden. Der Austausch der Geräte an der Maschine ist sehr flexibel möglich. Dadurch ist ein geringerer Lagerbestand notwendig, wodurch Lager- und Transportkosten verringert werden. Fehlbestellungen werden auf ein Minimum reduziert. Beim Einsatz von Drehgebern mit unterschiedlichen Konfigurationen können diese direkt in der App gespeichert werden. Die generisch aufgebaute, eigens von Wachendorff entwickelte Software kann unabhängig von dem Sensortyp eingesetzt werden. Die Funktionalitäten wie die Freischaltung von Eigenschaften oder das Austauschen von Daten können an andere Sensor- und Aktorsysteme angepasst werden. Als Basis der Technologie für die App wurde die Software Flutter verwendet, welche für Apple und Android geeignet ist.

Robust und sicher

Gelungen ist es, die NFC-Technologie an die rauen Industriebedingungen anzupassen. Die Drehgeberserie besteht aus Wellen- und Endhohlwellengebern mit den typischen Durchmessern von 36 und 58mm. Je nach Produkttyp sind bis zu 300N Wellenbelastung möglich. Der Allspannungsbereich von 4,75 bis 32VDC verfügt über Verpol- und Kurzschlussschutz. Es stehen die in der Industrie üblichen Montagemöglichkeiten zur Verfügung. Die Drehgeber können mit einem M12-Stecker oder Kabelabgang jeweils radial oder axial geliefert werden. Durch das robuste Edelstahlgehäuse sind die Drehgeber je nach Typ in Schutzart IP67 und IP69K ausgeführt, am Welleneingang IP65 oder bis zu IP67. Eine hohe Beständigkeit gegenüber Vibration und Schock ist vorhanden, wie auch ein Arbeitstemperaturbereich von -40 bis 85°C, wodurch sie in sehr rauen Industrieumgebungen gut einsetzbar sind. Aufgrund der neuen Legierung des Deckels wird eine höhere Schirmungseigenschaft gegen magnetischen Einfluss erzielt und die Herstellung noch umweltfreundlicher. Auch die Sicherheit der Datenübertragung ist garantiert. Das Konfigurieren des Drehgebers ist nur mit dem richtigen Passwort möglich. Die Kommunikation des Drehgebers ist verschleiert und die verschiedenen Ebenen von Zugriffsrechten durch PINs für Endanwender abgesichert. Im Drehgeber sind mehrere Speicher vorhanden. Die aktuelle Konfiguration liegt im internen Speicher des Microcontroller wie auch im NFC-Speicher. Die im NFC-Speicher vorhandene Konfiguration kann durch die gewünschte überschrieben werden und wird nach einem Spannungsreset, sofern die Werte gültig sind, in den internen Speicher übernommen. Im Falle ungültiger Daten im NFC-Speicher wird dieser auf den letzten gültigen Werten des internen Speichers zurückgesetzt. Durch die Nutzung des NFC-Speichers kann das Lesen und Senden von Konfigurationsdaten auch bei ausgeschaltetem Gerät erfolgen. Dies ist eine Grundvoraussetzung für die einfache und sichere Provisionierung. Alle Daten sind dabei auch bei ausgeschaltetem Gerät durch die PIN geschützt und verschlüsselt. Im Vergleich zu Bluetooth und WLAN hat NFC eine geringere Reichweite und kommuniziert im Nahfeld. Durch die höhere Reichweite von WLAN und Bluetooth sind diese Übertragungsarten störanfälliger und potenziell leichter angreifbar. Beides sind aktive Funkstandards, bei welchen die Übertragung nur bei angelegter Spannungsversorgung stattfinden kann. Die Konfigurierung der Parameter mit NFC wird direkt an der Maschine durchgeführt, was einen räumlich eingeschränkten Zugriff sicherstellt. Durch die passive Kommunikation des NFC-Moduls werden keine Störausstrahlungen im laufenden Betrieb ausgesendet. Die Auslegung der Antenne wurde mit einigen Funktionsmustern getestet. Für weitere Tests und Optimierungen wurden mehrere Antennendesigns erstellt und serienähnlich in Prototypenmengen beschafft. Diese wurde auf Empfangsqualität, Abstand zwischen Smartphone und Antenne und Robustheit der Kommunikation getestet. Dabei wurde das bestmögliche Verhältnis zwischen Reichweite und Platzbedarf der Antenne ermittelt. Die entwickelte Lösung bietet ausreichend Speicherplatz für aktuelle Forderungen und ausreichend Reserven für spätere Erweiterungen. Das Antennenlayout ist so aufgebaut, dass es in einer 20x17mm großen Platine Platz findet und trotzdem noch eine sichere Übertragung in größtmöglicher Entfernung ermöglicht. Diese Platine wird durch ein Flachbandkabel und Steckern mit spezieller Arretierung mit der Platine der Sensorik verbunden. Diese Arretierung wird für die hohe mechanische Robustheit benötigt. So ist der WDGN eine Alternative für Kunden, bei denen der sonst weit verbreitete Kommunikationsstandart IO-Link nicht geeignet ist.

Spart Zeit und Kosten

Zwei Varianten umfasst die neu entwickelte Drehgeberserie. Die Basic-Variante hat die Standardkanäle eines Inkremental-Drehgebers (A, B, N) und die invertierten Kanäle. In der Advanced-Version können vier Kanäle unabhängig voneinander konfiguriert werden. Mit der neuen Lösung sollen problemlos Kosten und Zeit eingespart und darüber hinaus die Nachhaltigkeit erhöht werden.

Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

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