Insel integriert Intelligenz

Martin Vulic

Elektronik und Bussysteme ergänzen heute mechanische Komponenten wie pneumatische Ventilinseln. Bei der Zusammenführung von Pneumatik und Elektrik auf einer Plattform, wie sie das modulare Ventilinselsystem CPX/MPA bzw. CPX/VTSA bietet, entstehen Synergieeffekte wie kurze, vor Ort geschlossene Steuerketten und erweiterte Diagnosemöglichkeiten. Darüber hinaus geht der Aufwand für die Installation der Pneumatik und Elektrik zurück, ebenso reduziert sich der teilweise hohe Engineeringaufwand.

Die Ventilinseln von Festo unterteilen sich in einen elektrischen (CPX) und einen wählbaren pneumatischen Teil (MPA oder VTSA). Der elektrische Teil umfasst die Baugruppen der digitalen und analogen Ein-/Ausgangsmodule, Feldbus- oder Ethernetanschaltung sowie optional eine eigene Vorverarbeitung. Die pneumatische Seite besteht aus einer modularen Ventilinsel. Beide Systeme kommunizieren gemeinsam über einen internen Bus. Dies führt zu einer höheren Transparenz, sowohl beim Engineering als auch bei der Inbetriebnahme. Mithilfe der Konfigurationssoftware lässt sich das Gesamtsystem leicht und individuell anpassen. Festo liefert das gesamte Ventilinselpaket komplett montiert und zu 100 % geprüft einbaufertig direkt an die Maschine aus.

Der Anschluss der Pneumatik mit den dafür notwendigen elektrischen Sensoren unmittelbar nebeneinander erleichtert die Montage und die Inbetriebnahme. Ist die Peripherie trotz dezentraler Technik weit voneinander entfernt, können durch den Einsatz eines unterlagerten, dezentralen Installationssystems (CPI-System) Ventilinseln sowie Ein- und Ausgangsmodule vom CPX-Terminal abgesetzt und optimal in die Anlage integriert werden. Dadurch verkürzen sich die pneumatischen und elektrischen Signalleitungen, d. h., die Signallaufzeit wird optimiert. Das Ergebnis ist eine prozessnahe wirtschaftliche Installation. Dank erhöhter Schutzart IP 65/67 lässt sich das System direkt im Feld montieren – für die Ventilinseln ist ein Schaltschrank damit nicht mehr notwendig.

Das modulare elektrische Terminal CPX in Kombination mit den Ventilinseln MPA und VTSA bietet auch verbesserte Wartungs- und Diagnosefähigkeiten. Die MPA hat für diesen Zweck einen eigenen Chip an Bord. Dieser Elektronikbaustein ermöglicht eine ventilspezifische Diagnose pro Ventilspule. Er kann den Spulenstrom überwachen sowie Unterspannung, Kurzschluss oder Leitungsunterbrechung erkennen. Ein integrierter Diagnosespeicher hält diese Meldungen mit Zeitstempel fest. Die Daten werden über eine mehrfarbige LED am Ventil, über ein Handheld (CPX-MMI) direkt im Feld sowie über Feldbus oder Ethernet (Web-Server) sichtbar.

Ventile und Antriebe haben mechanische Teile, die verschleißen können und daher regelmäßig zu warten oder zu justieren sind. Das integrierte Condition Monitoring erinnert rechtzeitig an die Wartungsintervalle. Dabei warnt CPX/MPA per E-Mail oder SMS selbst. Hierzu ist im Elektronikmodul einer MPA für jede Ventilspule ein fortlaufender Schaltspielzähler integriert, der bei Erreichen eines Sollwerts eine Meldung generiert.

Das CPX/MPA-Terminal ist in der Feldebene angesiedelt und via Feldbus an eine übergeordnete Steuerung angeschlossen. Über der Feldebene gibt es fast immer eine zentrale Steuerung, in der die einzelnen Applikationen programmiert sind. Die Feldebene ist mit EDV-Netzwerken und Fertigungsleitsystemen vernetzt. Um Intelligenz nicht nur auf die zentrale Steuerung zu begrenzen, gibt es den vorverarbeitenden Front-End-Controller (CPX-FEC), der sich maßgeschneidert für jeden Anwendungsfall mit beliebigen CPX-E/A-Modulen, Technologiemodulen und Feldbusknoten kombinieren lässt. Funktionen wie Ethernet und standardisierte Datenschnittstellen erlauben, den Controller in eine IT-Infrastruktur einzufügen. Bei einem Kommunikationsabbruch zur übergeordneten Steuerung kann der FEC-Controller die Steuerung für die eigene Peripherie übernehmen, um dann einen Prozess sicher weiterzuführen oder kontrolliert zu stoppen.

Der im Ventilinselmodul integrierte FEC ermöglicht Anwendungen mit sehr schneller Reaktionszeit, wie etwa autarke schnelle Regler. Diese Applikationen sind dann von der Zykluszeit der übergeordneten Steuerung und des Feldbusses entkoppelt, entlasten die zentrale Steuerung und verhalten sich sicher auf der Prozessebene.

Der integrierte Controller kann aber weit mehr als nur Ventilspulen überwachen. So betreibt er in der Feldebene regelrecht eine „Gesundheitsfürsorge des Systems“. Über Ethernet versendet der FEC E-Mails. Dies ist besonders nützlich bei Anlagen mit großer Ausdehnung und längeren Prozessen, da dort nicht immer Personal vor Ort ist, um die Anlagen lückenlos zu überwachen.

Via Internet und Web-Server hat man Zugriff auf Diagnoseinformationen, die ein optional verfügbarer Web-Monitor grafisch auf jedem Standardbrowser dynamisch und interaktiv anzeigt – alles ohne jegliche Programmierung. Damit eröffnen sich Möglichkeiten, die weit über die Summe aller Teile aus konventioneller Pneumatik und Elektrik hinausgehen.

Egal ob MPA oder VTSA – in Kombination mit dem elektrischen Terminal CPX sind die Ventilinseln höchst modular. Die Ventilinseln, die einen Ventilkörper und eine Anschlussplatte aus Vollmetall besitzen, haben einen Durchfluss von 360 bis zu 1400 l/min. Ihre spezifischen Ausprägungen sind:

Halle 8.0, Stand Q6

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