Einkabelanschluss HIPERFACE DSL® für Elektromotoren bald der Standard in der Automation?

Warum zwei nehmen, wenn auch eins vollkommen ausreicht? Warum wertvollen Platz mit doppelt so viel Kabeln verschwenden, wenn sich das Ganze wesentlich intelligenter mit der Hälfte an Aufwand spürbar platzsparender installieren lässt. Die Vorteile, geregelte Elektromotoren nur noch mit einem Kabel anzuschließen, sind entlang der kompletten Wertschöpfungskette von Maschinen und Anlagen so vielfältig, dass SICK das patentierte HIPERFACE DSL® Protokoll mit einem Lizensierungsmodell für Marktbegleiter öffnet. Damit ist der Weg frei, die Einkabelanschlusstechnik für Servomotoren und Torqueantriebe als offenen Standard ohne aufwändig konzipierte Hybridkabel zu etablieren.

 

 

Der Blick ins Innere von Standardkabeln innerhalb der Servoantriebstechnik zeigt in der Regel drei Adern für die Motorleistung, eine Ader für PE sowie jeweils zwei weitere für die Bremsenansteuerung sowie die Auswertung des Wicklungstemperatursensors. Bei der herkömmlichen Anschlusstechnik ist bei diesem Aufbau parallel ein zweites Kabel für die Übertragung der klassischen Rückführungssignale für den geschlossenen Regelkreis notwendig. Mit HIPERFACE DSL® brachte SICK die notwendigen Funktionen in einen Mantel – und dieses ohne Mehrkosten beim Kabel oder steigendem Aufwand beim Variantenhandling. Das HIPERFACE DSL®-Signal nutzt dafür in der Praxis die beiden Adern für die Temperaturüberwachung und überträgt wiederum die für die Betriebssicherheit notwendigen Celsius-Werte über das DSL-Protokoll.

Seit 2011 steht dieser einfache und effektive Weg für die schlanke Installation von Maschinen und Anlagen bereit. Jetzt – rund sechs Jahre später – öffnet SICK zur schon immer offenen Master-Seite des Antriebs auch die Slave-Seite mit dem motorseitigen Geber. Das Protokoll hat damit echtes Potential, ähnlich wie USB, der digitale Anschluss der Zukunft zu werden. 

Intelligenz auf allen Ebenen

Aus zwei mach eins: Der Nutzen der Einkabelanschlusstechnik gerade in Maschinen mit räumlich weit verteilten Antrieben und einer vergleichsweise hohen Zahl von Achsen fällt ohne Frage hoch aus – ist aber nicht der einzige. Mit Blick auf die aktuellen technischen Entwicklungen von Industrie 4.0 bereitet HIPERFACE DSL® den Boden für eine Automation mit variabel verteilter Intelligenz ohne die starren Etagen der bekannten Automatisierungspyramide. Während Antriebsregler fast schon selbstverständlich Zusatzaufgaben im Bereich Condition Monitoring übernehmen, entwickeln sich mehr und mehr auch Motoren und Sensoren zu eigenständigen Teilnehmern eines intelligenten Netzwerkes.

 

Diese These lässt sich anhand eines Motor-Feedback-Systems mit HIPERFACE DSL® von SICK anschaulich belegen. Dieser Standard ist aufgrund seiner digitalen Natur in der Lage, nicht nur die vom Feedback-System gemessenen Absolutpositionen und Geschwindigkeiten zu übertragen, sondern auch darüber hinausreichende Funktionen. Was mit einem Resolver nicht möglich ist, funktioniert mit intelligenten digitalen Feedbacks: Das Einsammeln weiterer Sensorsignale am Rückführungssystem. Damit sind beste Voraussetzungen geschaffen für die vorbeugende Wartung.

Zustandsüberwachung – ganz einfach!

Indem die ursprünglich für die Motorrückführung konzipierten Drehgeber leicht mit weiterer Intelligenz ausgestattet werden können, lässt sich im Zusammenspiel mit der HIPERFACE DSL®-Datenübertragung mit wenig Aufwand ein Zustandsüberwachungs- und Frühwarnsystem aufbauen. Die Ziele von Industrie 4.0 bilden den Rahmen für die cyberphysischen Systeme. Dabei gilt es, die Daten nicht nur in großen Mengen zu erfassen, sondern diese vor allem mit ausgefeilten Algorithmen gewinnbringend zu verarbeiten. Mit Hilfe von Smart Motor Sensors lassen sich Lebensdauerdaten vom Motor erfassen und damit Aussagen zu Ausfallwahrscheinlichkeiten und Lebensdauererwartung treffen.

Die Öffnung des HIPERFACE DSL®-Protokolls wird als Initialzündung für weitere Innovationen und vor allem auch Datenanbindungsmöglichkeiten innerhalb der Fabrikautomation bewertet. SICK kann schließlich nicht jede Gebertechnologie im Programm haben, die im Markt gefragt ist, und ist deshalb davon überzeugt, dass mit der breiten Verfügbarkeit des Protokolls die Produktvarianz – und damit die Einsatzmöglichkeiten – an Feedbacksystemen unterschiedlicher Hersteller zunehmen werden. Die Zeit ist reif, dieses digitale System weiter international zu standardisieren – letztlich mit dem Ziel, mehr Funktionen für die vorschreitende Digitalisierung der Produktionen in petto zu haben. Vom smarten Antrieb zur smarten Maschine zur smarten Fabrik. 
Im Vergleich zu anderen Einkabellösungen hat HIPERFACE DSL® einen Marktvorsprung von mindestens drei bis fünf Jahren. Belegen lässt sich diese Aussage mit der Marktdurchdringung von über 50 Regler- und Motorenhersteller weltweit und der kontinuierlichen Weiterentwicklung. Zudem ist auch die Infrastruktur mit Kabeln, Steckern, FPGAs und µControllern breit aufgestellt. 

Prädestiniert für die Robotik

Die Leistungsstärke des Kommunikationssystems zeigt sich ebenfalls in Funktionen, die über die eigentliche hochdynamische und hochauflösende Positionsregelung hinausgehen. Zu nennen ist beispielsweise das weite Feld der Safe Motion. Hier erreicht das jetzt offen gelegte SICK-Protokoll beim Aufbau sicherheitsgerichteter Funktionsketten SIL3 der IEC 61508 beziehungsweise Performance Level e der EN ISO 13849-1. Damit sind die Rahmenbedingungen geschaffen, HIPERFACE DSL® gerade auch in der Robotik zum Einsatz zu bringen, denn mit dem Safety IP Core liefert SICK die Sicherheitstechnik frei Haus. Darüber muss dann kein Kunde mehr tiefgreifend nachdenken – ein echter Vorteil gerade bei kollaborierenden Produktionen. Ein weiterer Vorteil: Gerade die hochdynamischen und mehrachskoordinierten Kinematiken von Robotern profitieren von der Einkabelanschlusstechnik. Jede eingesparte Leitung senkt die Eigenmasse und verbesserte zudem die MTBF-Kennzahlen aufgrund der halbierten Anzahl an Leitungsanschlüssen. 

 

 

Mit HIPERFACE DSL® bringt SICK die Industrie 4.0 in den Motor

Mit der Öffnung von HIPERFACE DSL® hat SICK den Weg freigemacht, dass auch Marktbegleiter den international gesetzten Standard nutzen können – letztlich mit der Prämisse, die Akzeptanz und Verfügbarkeit weiter zu erhöhen. Maschinenbauer und Betreiber erschließen sich damit unter anderem die Vorteile der Einkabelanschlusstechnik sowie die einfachen Möglichkeiten für zukunftsweisendes Preventive Maintenance. Der digitale Anschluss der Zukunft hat zudem echtes Potenzial für neue Möglichkeiten innerhalb von Industrie 4.0 mit zunehmend in die Sensorebene verlagerter Intelligenz.

 

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ÜBER DEN AUTOR

Clemens Bitsch arbeitet seit 2007 bei SICK im Geschäftsbereich Motion Control Sensors. Als Business Development Manager verantwortet er die Weiterentwicklung der Einkabeltechnologie HIPERFACE DSL® mit den dazugehörigen Sensoren.