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Mobile Maschinen 6/2015

Mobile Maschinen 6/2015

STEUERUNGEN UND

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN I TITEL Halle Stand 16 A08 Die Pyramide der Neuzeit Ein Blick auf die Elektronik in einem mechatronischen System Halle 4A Stand 401 Ralf Leinenbach Bereits Anfang der 80er Jahre nutzte die Automatisierungstechnik das Bild einer Pyramide zur Darstellung der Systemarchitektur einer Maschine. Dieses Ebenenmodell findet sich auch in den mechatronischen Systemen einer mobilen Arbeitsmaschine wieder. Hierfür liefert HYDAC seit mehr als 50 Jahren Komponenten und Systeme. Dipl.-Ing. Ralf Leinenbach, Vertriebsleiter HYDAC Electronic, Sulzbach / Saar 22 Mobile Maschinen 6/2015

TITEL I MECHATRONISCHE SYSTEME Große Branchenmessen, wie die bevorstehende Agritechnica, zeigen den Status Quo im Wettrennen um immer produktiver arbeitende Maschinen, mit einer zeitgerechten Bedienbarkeit, einer hohen Effizienz, einem möglichst hohen Komfort für den Bediener und einer Einbindung in übergeordnete Kommunikationssysteme. Dies alles unter der Maßgabe bestehender Regelungen und Normen, z. B. betreffend der Sicherheit. Diesen Herausforderungen geschuldet entstehen immer komplexere Systeme, für deren Realisierung die Maschinenhersteller geeignete Komponenten, aber auch erfahrene Entwicklungspartner benötigen. Das Leistungsangebot von HYDAC folgt seit mehr als 50 Jahren diesen Ansprüchen. Mit einem umfangreichen Angebot betreffend Komponenten, Sub-Systemen und Systemen und einer langjährigen Applikationserfahrung ist HYDAC heute Lieferant und Entwicklungspartner für elektrohydraulische Systeme. Mechatronische Systeme können in drei Bereiche unterteilt werden: in den Bereich der Mechanik, dem beispielsweise die Aktoren (z. B. Ventile) zugeordnet werden, in den Elektro-/Elektronik-Bereich, der beispielsweise Sensoren und Steuerungen enthält und in den Bereich Informatik, worunter im Wesentlichen die Applikationssoftware verstanden wird. Der folgende Beitrag befasst sich vorrangig mit Anforderungen und Lösungen für den Elektro-/Elektronik-Bereich. Robuste Sensoren Auf der untersten Ebene der Pyramide, der direkten Schnittstelle zum Arbeitsprozess, finden sich die Sensoren. Diese liefern die notwendigen 01 Sensoren des Herstellers für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen Informationen, damit eine Maschine ihre Aufgabe mit der gewünschten Präzision bzw. Qualität ausführt und mit der ausreichenden Sicherheit funktioniert. In den meisten mobilen Arbeitsmaschinen werden vorrangig die physikalischen Größen Druck, Weg, Winkel, Neigung und Temperatur erfasst. Neben einer ausreichenden Genauigkeit und einer Langzeitstabilität müssen die Sensoren eine anwendungsgerechte Robustheit besitzen. Störgrößen im Prozess, z. B. hochdyna mische Drucküberhöhungen, oder Umwelteinflusse, zum Beispiel elektromagnetische Einstrahlungen, Vibration, Schock, Temperaturwechsel oder der Einfluss von Feuchte, dürfen die Funktion eines Sensors nicht beeinträchtigen. Dementsprechend muss die Konstruktion der Sensoren ausgeführt sein. Angefangen von einem applikationsgeeigneten Sensorelement über eine zuverlässige Elektronikbaugruppe, deren mechanischen Einbau, bis hin zu einer geeigneten elektrischen Schnittstelle. Speziell im Mobilbereich müssen Tests bestanden werden, die in ihrer Spezifikation oft weit über gewohnt bekannte Normvorgaben hinausgehen. Die elektrischen Verbindungen, also Stecker und Kabelbaum, sind in der Zuverlässigkeitsbetrachtung wichtige Systemkomponenten, die betrachtet werden müssen, denen in der Praxis allerdings oft zu wenig Aufmerksamkeit zukommt. Viele Probleme, die den Sensoren oder der nachgeschalteten Steuerung zugeordnet werden, sind auf Kontaktfehler zurückzuführen. Ergibt sich aus der Maschinentyp-relevanten Risikoana lyse die Notwendigkeit Maschinenfunktionen „erhöht sicher“ auszuführen, leitet sich diese Forderung auch auf die Sensoren ab. In einer immer komplexer werdenden Systemarchitektur steigt die Zahl von Sensoren mit erhöhter Funktionaler Sicherheit, z. B. PLd, SIL2, AgPLd, aber auch von Sensoren mit einer internen Fehler überwachung, die dementsprechend in Diagnosefunktionen eingebunden werden können. Ein Beispiel hierfür ist der Wegsensor HLT 700 (Bild01 unten), der in einen Kleinzylinder integriert werden kann. Er misst die Position eines Ringmagneten, der sich am Zylinderkolben befindet und von diesem entlang des 8mm dicken Messstabs Mobile Maschinen 6/2015 23