Die Kundenanforderungen an den Maschinen- und Anlagenbau bezüglich Taktzeiten, Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung wachsen zunehmend. Eine hochpräzise Messtechnik ist hier eine wichtige Voraussetzung, um wettbewerbsfähig bleiben zu können. So sind End-of-line-Prüfstände mittlerweile in Fertigungs- und Verpackungsanlagen Standard: In kurzen Taktzyklen muss hier jedes Endprodukt einzeln geprüft bzw. vermessen werden und die Daten sind für die spätere Nachverfolgung zu archivieren. Dieses Tracing stellt auch hohe Ansprüche an die verwendete Messtechnik, wie z.B. die Vorlage von Werkskalibrierzertifikaten und die kontinuierlich nachzuweisende Mess-Sicherheit. Bisher mussten dafür oft – mit entsprechend hohem Aufwand – systemfremde Messgeräte über Bussysteme angebunden werden. Eine effiziente und systemintegrierte Lösung bietet Beckhoff nun mit der Einführung einer speziell auf diese Bedürfnisse ausgerichteten Serie an messtechnischen Ethercat-Modulen – jedes Modul beispielsweise mit eindeutiger ID, auf die auch ein Werkskalibrierzertifikat ausgestellt werden kann. Mit diesen Ethercat-Messtechnikmodulen wird die vorhandene Beckhoff Messtechnik bestehend aus analoger Standard-Messtechnik (12/16 Bit), Energiemessung und Condition Monitoring um eine vierte Serie erweitert: die Präzisions- und Hochgeschwindigkeits-Messtechnik.
Meilenstein in der Automatisierungswelt
Die neue Geräteklasse bietet hochleistungsfähige Messtechnik speziell designt für den Industrieeinsatz mit kurzen Konfektionierungszeiten in industrieüblicher Schaltschrankumgebung. Hinzu kommt eine umfassende Selbstdiagnose, die auch in typischen unbegleiteten wartungsarmen Anlagen für einen langfristig zuverlässigen Betrieb sorgt. So erkennen die Ethercat-Messtechnikmodule etwaige Fehlmessungen automatisch, die ansonsten oft irrtümlich längere Zeit für valide gehalten werden. Realisiert ist dies – kontinuierlich über Ethercat als Diagnosebericht abrufbar – durch:
- die umfassende Anschlussdiagnose zur weitgehenden Erkennung von Kurzschluss, Drahtbruch und Nebenschluss
- einen umfassenden Selbsttest und interne wiederholte Prüfungen die andauernde Überwachung von Temperatur und Eingang zur Erkennung von Überlastung
Eigenschaften wie hohe Auflösung, hohe Messgenauigkeit und hohe Sampling-Rate sind in der Labormesstechnik zwar seit Langem bekannt und verfügbar, werden nun aber von Beckhoff mit seiner langjährigen Serienerfahrung in die klassische Automatisierungsindustrie eingebracht. Diese Verbindung von Präzisionsmesstechnik und Industrieumfeld eröffnet den Herstellern klassischer Fertigungs-, Prüf- und Testanlagen ganz neue Möglichkeiten, um ihre Anwendungen technologisch weiter voranzutreiben. Beckhoff startet zur SPS IPC Drives 2016 mit einer Basisklasse an Ethercat-Messtechnikmodulen mit einer Sampling-Rate von 10…50kSamples/s. Entsprechend den Anforderungen aus Kundenapplikationen wird dieser Bereich zukünftig weiter ausgebaut werden.
Vielseitige Ethercat-Messtechnikmodule für Industrie und Prüffeld
Die neuen Geräte sind für den vielseitigen Einsatz sowohl in der Industrie als auch im Prüffeld ausgelegt. Es stehen zum einen Multifunktionskanäle mit zahlreichen integrierten Messbereichen (30V bis 5mV, ±20mA, Voll-/Halb-/Viertelbrücke DMS, IEPE, Thermoelement, RTD) und zum anderen preisoptimierte Auskopplungen davon zur Verfügung – in unterschiedlichen Kanalzahlen. Hauptkennzeichen der Ethercat-Messtechnikmodule ist die extrem hohe Qualität der erfassten Datenwerte, erreicht durch unterschiedlichste Maßnahmen:
- Hohe Übersprechdämpfung besteht zwischen den Kanälen.
- Hochwertige Bauteile der neuesten Generation sorgen für eine besonders rauscharme und dynamische Messung. So kann die hohe 24-Bit-Auflösung, also die theoretisch 256-mal feinere Messwertauflösung als bei den üblichen 16 Bit, voll ausgenutzt werden. Zumal Ethercat mit seiner 100-MBit-Datenrate über genug Raum verfügt, um auch hunderte solcher 24-Bit-Kanäle bei 10 kSamples/s zu transportieren.
- Durch die besondere Vorbehandlung in der Beckhoff-Produktion kann die Messtechnik-Hardware direkt und langzeitstabil eingesetzt werden.
- Umgesetzt wurde ein langzeitsicheres Schirmungskonzept für analoge Leitungen, das robust gegen Störungen und auch unter Schwingungsbelastung wirksam ist.
- Geringe Messunsicherheit ergibt sich durch einen hochwertigen Abgleich in Serie und genau erfasste Abhängigkeiten der Einflüsse: Beckhoff weist die einzelnen Fehleranteile wie Wiederholfehler, Nichtlinearität, Offset-/Gain-Fehler und Rauschen einzeln in der Spezifikation aus.
Einige Messbereiche erreichen eine Grundmessgenauigkeit von 100ppm (0,01 Prozent) bei 23°C und dies bei hoher Temperaturstabilität. Dies ist zwar üblich in der klassischen Messtechnik, aber sicherlich revolutionär für die Automatisierungswelt. In der neu vorgestellten Basisklasse stehen nun je nach Ausprägung verschiedene Sampling-Raten zur Verfügung, die von jedem üblichen Ethercat-Master bei 100…500µs Zykluszeit mit Oversampling inkl. Zeitstempel abgeholt werden können und eine feine Zeitauflösung der Messung ermöglichen:
- 10 kSamples/s in den Multifunktionsklemmen
- 20 kSamples/s in den 2-kanaligen Auskopplungen U, I, DMS
- 50 kSamples/s in der 2-kanaligen IEPE-Auskopplung
Die ExtendedRange-Funktion ermöglicht mit der sogenannten 107-prozentigen Erweiterung das echte Messen bis an die nominelle Grenze und darüber hinaus. Auf diese Weise lässt sich der jeweilige Sensorbereich voll ausnutzen. Flexibel zeigen sich die Ethercat-Messtechnikmodule auch hinsichtlich der Justierung: Die Beckhoff-Abgleichwerte können deaktiviert und anwenderseitig durch eigene Werte ersetzt werden. Dies gilt ebenfalls für den Polynomabgleich zur Kompensation von Nichtlinearitäten. Weiteres Feature ist die synchrone Abtastung aller Kanäle und Klemmen auf 1µs bis hin zu einer externen Synchronisierung auf eine absolute Weltzeit über IEEE1588 oder andere Ethercat-Netzwerke.
Die robusten Metallgehäuse enthalten ein flexibles Stecker-Frontend für alle messtechnischen Standardinterfaces und ermöglichen die einfache Integration in alle gängigen Messtechnik-Umfelder. Die neue Generation der Messtechnik-Hardware gewährleistet eine sehr hohe Qualität an Messdaten, u. a. durch die volle Ausnutzung der EtherCAT-Eigenschaften. – Ein Messwert hat zwei wesentliche Eigenschaften: die Messunsicherheit (Wie hoch ist der Wert?) und die genaue Zeitermittlung (Von wann ist die Messung?). EtherCAT ermöglicht mit den Distributed-Clocks die hochgenaue Zeitsynchronisation aller Ein- und Ausgaben und das typischerweise mit Zeitunsicherheiten von deutlich unter 1 µs, sowohl relativ der Geräte im Netzwerk untereinander, als auch absolut zu einer übergeordneten globalen Referenzzeit. Auf der anderen Seite verbessern die EtherCAT-Messtechnikmodule durch ihre präzise Messung die Ermittlung der Werte erheblich. Zusammen wird so ein Messwert in Zeit und Wert nun deutlich exakter bestimmt als mit Standard-Automatisierungstechnik. –
Praxisorientiert im Inneren, in der Bauform und im Anschluss
Leistungsstarke Controller zeichnen nicht nur die Industrie-PCs von Beckhoff aus, sondern auch die neuen Ethercat-Messtechnikmodule. Denn moderne Mikrocontroller-Produkte stellen hier eine erhebliche Rechenleistung mit hoher Effizienz bereit und ermöglichen so, dass jeder Kanal im Modul individuell parametriert werden kann. Auf diese Weise kann eine große Anzahl von Berechnungsfunktionen schon im Ethercat-Messtechnikmodul für vorverarbeitete interpretierbare Messwerte sorgen. Dazu zählen:
