Elektronik-Entwicklung bei LIWO
Schon seit Gründung der Firma LIWO wurden Elektronik-Baugruppen bei LIWO entwickelt und gefertigt. Dies war aber nie Selbstzweck, sondern es wurden nur Komponenten gebaut, die am Markt noch nicht erhältlich waren. Dabei wurde von LIWO immer auch auf die Verwendung der neuesten Technologie gesetzt, die oft erst Jahre später von anderen Lieferanten für industrielle Baugruppen vertrieben wurden.
Im Folgenden ein kleiner Auszug der in den letzten Jahren entwickelten und aktuell noch häufig verwendeten Elektronik-Baugruppen …
Mess-Karten mit hochgenauem AD-Wandler
Für viele Hydraulik-Prüfanlagen müssen Ansteuerung (Spulenstrom) und Ausgangs-Signal (Regeldruck) sehr genau geregelt und taktsynchron mit hoher Frequenz gemessen werden.
Die Anforderung für eine Maschinen-Baureihe für Hydraulik-Druckregler war z.B. die folgende: 12-14 parallele Stationen / Anzahl der Messkanäle je Station: 5 (Spulen-Strom, Zulaufdruck, Regeldruck, Einpress-Kraft, Öl-Temperatur) / Stromregelung: 0..2..0A-Dreiecks-Funktion mit überlagertem Sinus von 167Hz / Messfehler maximal 0,1% / Anzahl der Messwerte: 1000 pro Sekunde je Kanal.
Will man diese Anforderungen mit marktgängigen Systemen erfüllen, muss man mehrere Geräte und Steuerungen von verschiedenen Herstellern kombinieren und man benötigt für diese Messtechnik einen zusätzlichen großen Schaltschrank.
LIWO hat die gesamte Messtechnik für eine Station auf zwei Elektronik-Karten untergebracht, die allesamt in einem handelsüblichen Rack für Europa-Karten untergebracht werden können.
Diese Messkarten wurden bisher in über 15 Maschinen bei 9 verschiedenen Kunden verwendet.
Hier die Beispiel der Karten (Strom-Treiber und Messkarte) sowie das gesamte Rack in der Anlage:
Komplette Dichtheitsprüfung (per Druckabfall) auf einer Karte
Für Dichtheitsprüfungen mit sehr hoher Taktrate werden oft sogenannte Kontinumaten eingesetzt. Diese schnell laufenden Rundtakter bearbeiten oft 500..1000 Teile pro Minute. Um bei so kurzen Zykluszeiten noch genaue Dichtheitsprüfungen durchführen zu können, werden viele Dichtheits-Prüfgeräte (30..80 Stück) oder eine sehr aufwändige Technik auf dem sich drehenden Turm platziert.
Um diese Aufgabe technisch (vor allem Platzbedarf und Stromverbrauch) und wirtschaftlich zu lösen hat LIWO ein Dichtheits-Prüfgerät entwickelt, das letztlich nur aus einer Grund-Platine mit zusätzlich möglichen Aufsteck-Platinen besteht. Diese Baugruppe enthält einen Mikrocontroller mit Speicher und RAM, zwei Stromversorgungen, Messverstärker für Sensor-Signale, Kommunikations-Bausteine zur SPS (CanOpen) und zum PC (über RS232), sowie Schnittstellen für die Adressierung und Treiber zum Ansteuern der Ventile. Darüber hinaus gibt es eine Aufsteck-Platine, mit der eine sehr schnelle und positionsabhängige Echtzeit-Kommunikation mit der SPS über Licht-Signale möglich ist.
Über die Licht-Signale können die einzelnen Dichtheits-Prüfungen positionsgenau gestartet und gestoppt werden (über blaue und rote LEDs der SPS) und auch die Ergebnisse können ausgelesen (über einen Farbsensor der SPS) und ohne Software-Zusatzaufwand (Schieberegister) noch weiter-verarbeitet werden. Die einzelnen Platinen arbeiten autark, dezentral und völlig unabhängig voneinander, können aber über einen PC gemeinsam parametriert und gewartet werden. Alles in allem ergibt dies eine kaum zu unterschätzende Einsparung an Inbetriebnahme-Zeit und einen erheblichen Gewinn an Prozess-Sicherheit.
Das Bild unten zeigt den Turm eines Kontinumaten, auf dem 36 Dichtheits-Prüfbaugruppen von LIWO verbaut sind. Er verarbeitet typischerweise 600 Teile pro Minute. Gut zu sehen ist die Verbindung der Platinen untereinander über ein 14-poliges Flachbandkabel. Bei Defekt einer Platine könnte diese in wenigen Minuten ausgetauscht werden. Wegen der Ringstruktur der Verkabelung führt weder eine defekte noch eine fehlende Platine zu Störungen der restlichen Platinen.
Diese Dichtheits-Prüfbaugruppen wurden bisher in 8 Maschinen bei 4 Kunden eingesetzt:
Zertifizierter Messkopf für Prüfung von Filter-Kartuschen
Für eine komplexe Messtechnik zur Prüfung von Dichtigkeit sowie Durchfluss-Widerstand von Atemkalk-Filterkartuschen wären normalerweise viele einzelne Steuerungs-Komponenten nötig.
Der mechanische Funktionsplan für eine einzige Station zeigt allein 11 Ventile, zwei Druckregler, einen Durchflussregler, sowie mehrere Sensoren zur Messung von Druck und Durchfluss:
Für eine Anlage mit 6 Stationen dieser Art wäre ein enormer Aufwand an Elektronik, Messtechnik und letztlich auch Software und Verwaltung erforderlich gewesen, weshalb LIWO entschieden hat, die bereits erwähnte hochgenaue Messtechnik mit der autarken Prüftechnik zu verbinden und in dieser Kombination einen Messkopf anzubieten, der die komplette Mechanik, Pneumatik, sowie die Messtechnik, Elektronik und Software beinhaltet.
Das folgende Bild zeigt die 6 LIWO-Messköpfe in der Anlage eines Kunden bevor die einzelnen Köpfe jeweils mit einer Edelstahlhaube abgedeckt wurden. Indem LIWO die Messköpfe komplett geprüft und mit zertifizierter Software geliefert hat, konnte sich der Kunde eine Menge Aufwand ersparen und zudem wurde kein Platz für einen Schaltschrank, in dem sonst die Messtechnik untergebracht wäre benötigt.
TeKon-Modul: Intelligente Online-Zustands-Auswertung
Im Zuge von IoT und Industrie-4.0 gibt es immer häufiger Anwendungen, bei denen sehr kleine Steuerungen nötig sind, welche wichtige Messwerte erfassen, auswerten und speichern können. Natürlich erwartet man, dass diese Kleinstgeräte universell kommunizieren können und dass deren Preis so niedrig ist, sodass man sie überall und häufig einsetzen kann.
Solche Anforderungen stellen Maschinenbauer meist vor unlösbare Probleme, da käufliche Komponenten selten alles können, was in einem speziellen Fall benötigt wird. Eine solche Anforderungs-Liste eines Kunden war: Maximale Größe 30x30x30mm / Batteriebetrieb möglich / Messung von Spannung, Strom, Beschleunigung und vier Temperaturen / Daten-Aufzeichnung bei jedem Kontaktier-Vorgang / Erkennung über Strom oder Beschleunigung / Anzeige aller Überlast-Zustände (Strom, Beschleunigung und Temperaturen) / Anzeige des Gesamt-Zustands über eine parametrierbare LED-Ampel (rot/gelb/grün) / Vorgabe von Belastungs-abhängigen Wartungs-Intervallen / Kommunikation mit SPS / Datenübertragung von und zum PC / Benutzerverwaltung und Passwörter / Abgleich der Sensorsignale mit Eintrag in LOG-Daten / Zeitstempel über eingebaute Echtzeit-Uhr / Möglichkeit zur Echtzeit-Anzeige der Sensor-Signale am PC / Flexibel erweiterbar sowohl der Hardware- als auch der Software-Funktionen.
Als Antwort auf diese Wunschliste hat LIWO ein 3-stöckiges Modul vorgestellt, das durch eine einheitliche Stecker-Belegung durch weitere Platinen aufgestockt werden kann, aber bei dem bei Bedarf auch mehrere Mikrocontroller gleichzeitig am selben Bus arbeiten könnten. Siehe folgendes Bild:
Jede Ebene hat derzeit ihre spezielle Funktion: Oben die analoge Technik für die Sensoren, in der Mitte der Mikrocontroller mit FRAM und Beschleunigungs-Sensor, unten die Uhr mit Batterie sowie die Schnittstellen und die Stromversorgung.
Das Modul wurde von LIWO für einen einzelnen Kunden speziell entwickelt und wird von diesem bereits auf Messen beworben und in hochwertige Kontaktierungen einiger Kunden eingebaut.