Es gibt kaum eine Branche, in der die Becker Sonder-Maschinenbau GmbH aus Langenberg bei Gütersloh nicht zu Hause ist: Von der Möbel- und Holzindustrie über die Automobilindustrie, die Metallverarbeitung, die Druck- und Papierindustrie bis hin zur Kunststofftechnik und weiteren Branchen. Uwe Kloß aus der Elektrokonstruktion berichtet: „Unsere Stärke sind individuelle Speziallösungen, die in vielen unterschiedlichen Bereichen geschätzt werden." So wurde für einen Küchenhersteller eine Aufteilsäge konstruiert, die große Holzplatten in einzelne Segmente maßhaltig zerteilt. Wie in diesem Fall ist häufig die Zu- und Abführung der Werkstücke gleich mit dabei. Denn die Ostwestfalen liefern auf Wunsch komplett – von der Einzelmaschine bis zur gesamten Produktionsstraße.

„Um die hohen Ansprüche unserer Kunden erfüllen zu können, ist es für uns sehr wichtig, moderne und neue Technologielösungen möglichst rasch in die Praxis zu bringen", erläutert Uwe Kloß. So wurden bei der Aufteilsäge, die im Sommer 2011 ausgeliefert wurde, zum ersten Mal die Motorabzweige über IO-Link signaltechnisch an die Maschinensteuerung angebunden. Die großen Vorteile, die der Praktiker darin sieht, sind eindeutig: „Damit sparen wir etwa ein Viertel des Verdrahtungsaufwands und ungefähr 75 % der sonst benötigten Ein- und Ausgänge an der SPS."

Verdrahtungsaufwand gespart

Standardmäßig wird bei Becker für den Anschluss von E/A-Geräten wie Sensoren und Aktoren die dezentrale Peripherie Simatic ET200S von Siemens verwendet. Hier können die IO-Link-Master (im gleichen Gehäuse wie die E/A-Module) als 16 mm breite Einheiten an die Kopfeinheit angereiht werden. Jeder Master kann vier IO-Link-Gruppen steuern, an die ebenfalls vier Verbraucherabzweige angeschlossen werden können. Somit ergibt sich der Anschluss von insgesamt 16 Abzweigen pro Master. Hierzu werden die IO-Link-Funktionsmodule einfach auf die Schütze aufgesteckt (wie Hilfsschalter) und über vorkonfektionierte Flachbandleitungen verbunden. Der Kommentar von Uwe Kloß: „ Einfacher geht es kaum." Einen Tipp fügt der Praktiker hinzu: „Es wird also nur das erste Modul mit dem IO-Link-Master verdrahtet. Auch wenn für die Gerätefunktion fünf Anschlussklemmen am Funktionsmodul belegt werden müssen, sind drei Leitungen vom Master zum Modul ausreichend. Der Trick: Plus- und Minuspol der 24-V-Spannungsversorgung werden am Plus- und Minuspol des IO-Link-Moduls auf dem Schütz gebrückt. So lässt sich weiterer Verdrahtungsaufwand sparen." Die Programmierung erfolgt dann in Step7, wo in der Hardwarekonfiguration die entsprechenden Adressen eingegeben werden. „Gegenüber einer Einzelverdrahtung bleibt der Aufwand der Ein- und Ausgangszuordnung der gleiche", erwähnt Uwe Kloß.

Diagnose vereinfacht

In der Aufteilsäge gibt es eine Vielzahl von Abzweigen, bestehend aus Schützen Sirius 3RT2 und Leistungsschaltern für den Motorschutz Sirius 3RV2 von Siemens. Diese sichern die Leitung und die dahinter liegenden Frequenzumrichter ab. Denn nahezu alle Achsen werden in der Maschine drehzahlveränderbar angetrieben, weil Geschwindigkeiten zur Optimierung des Prozesses oft schnell verändert werden müssen.

Entscheidend ist auch die hohe Verfügbarkeit der Anlagen, die nicht selten im Drei-Schicht-Betrieb laufen. Aus diesem Grund widmen die Spezialisten bei Becker dem Thema Diagnose viel Aufmerksamkeit. Löst ein Motorschutzschalter aus, wird das am Bedienpanel sofort angezeigt. Das hierfür notwendige Signal kommt allerdings nicht von einem Hilfsschalter am Leistungsschalter für den Motorschutz, sondern über das IO-Link-Modul, das am Schütz die gesamte Steuer- und Meldefunktion übernimmt. Dazu Uwe Kloß: „ Dadurch sparen wir uns den Hilfsschalter am Motorschutzschalter." Bei Wendestartern kann sogar ohne Zusatzaufwand Links- bzw. Rechtslauf angezeigt werden.

Standardmäßig wird bei dem Spezialmaschinenhersteller Federzuganschlusstechnik eingesetzt, weil diese sehr rüttelfest ist und Zeitersparnis in der Verdrahtung bringt. In der beschriebenen Anlage wurde jedoch auf Kundenwunsch Schraubtechnik verwendet. Hinzu kommt bei dieser Anlage, dass die Leistungsschalter für den Motorschutz und die Schütze über Kabel miteinander verbunden wurden. „Die elegantere Art, komplette Abzweige zu konfektionieren ist, die Verbindungsbausteine von Siemens zu verwenden", erklärt Uwe Kloß. „Dadurch lassen sich nämlich Verdrahtungsfehler vermeiden und zudem wird Montagezeit gespart."

EMV-Schutz integriert

Da über 80 % der Antriebe im Leistungsbereich bis 4 kW liegen, genügen die Schütze 3RT2 der Baugröße S00 mit einer Baubreite von 45 mm. Die hier aufgesteckten IO-Link-Module werden dann mit einer kurzen Flachbandleitung wie erwähnt verbunden. Für größere Leistungen, wie es für eine Achse in der beschriebenen Aufteilsäge notwendig war, gibt es die Schütze in Baugröße S0 bis 18,5 kW. Diese sind ebenfalls 45 mm breit, bauen jedoch höher. Für solche Fälle hat Ausrüster Siemens ebenfalls entsprechende Anschlusshilfen für IO-Link im Programm.

Beim Einsatz von IO-Link-Modulen ergibt sich zwangsläufig ein weiterer Vorteil, der auf den ersten Blick nicht offensichtlich ist, nämlich die verbesserte EMV-Eigenschaft. Der Grund: Beim Ausschalten eines Schützes kann eine Schaltüberspannung von bis zu 4 kV auftreten. Obwohl Steuerungen dagegen geschützt sind, können sich dennoch Wanderwellen in der Signalleitung zwischen Schütz und Steuerung bilden, die nicht definierte Frequenzen aufweisen und entsprechende elektromagnetische Auswirkungen haben können. Die IO-Link-Module von Siemens besitzen eine integrierte Varistor-Beschaltung, die diese Schaltüberspannung auf ein unschädliches Maß begrenzt.

Profinet eingesetzt

Für die gesamte Signaltechnik nutzt der Praktiker längst Profinet, weil es gegenüber anderen Lösungen leistungsfähiger und über die Switch-Technik sehr flexibel ist. Damit lassen sich auch die dezentralen Einheiten ET200S direkt mit der Steuerung verbinden. Standardmäßig setzen die Ostwestfalen mittlerweile 15-Zoll-Panel-PCs vom Typ CP477 von Siemens ein, auf der eine Soft-SPS läuft. Uwe Kloß nennt den Grund: „Ein Bedientableau brauchen wir ohnehin immer und durch die Integration der Steuerung sparen wir dann schon wieder Platz und die Gesamtlösung wird wirtschaftlicher."

Ein weiterer Grund für Profinet ist, dass in den Sondermaschinen häufig auch zeitkritische Automatisierungsschritte ablaufen. Die Kombination der schnellen Steuerung mit dem leistungsfähigen Übertragungsmedium hat sich deshalb schon oft bewährt. Auch Fernservice ist beim Einsatz von Profinet erheblich einfacher, was die Becker-Spezialisten sehr häufig nutzen.

DIE AUTOREN Thomas Bluhm und Jürgen Werning, beide von der Siemens-Division Industry Automation and Drive Technologies in Bielefeld bzw. Laatzen ( www.automation.siemens.com )