Condition Monitoring mit dem BiSS Interface
Mehr BiSS
Durch den Ausfall eines einzigen Servoantriebs oder Drehgebers kann eine ganze Produktionsanlage stillstehen. Um dies zu verhindern, werden in Zukunft intelligente Konzepte zur Überwachung und zur prädikativen Wartung von Produktionsanlagen benötigt. Das BiSS Interface kann wertvolle Hilfe bei einer Antriebstechnik 4.0 leisten hinsichtlich Functional Safety, Verfügbarkeit und Predictive Maintenance.
Bild: iC-Haus GmbHEine smarte Servotechnik ist der Schlüssel für Industrie 4.0 und moderne dezentrale Motion-Control-Konzepte. Ob es um Selbstorganisation und -optimierung der industriellen Produktion, mehr Flexibilität und Wandlungsfähigkeit, die individualisierte Massenproduktion ab Losgröße 1 oder die sichere und intelligente Kollaboration von Mensch und Maschine geht: Überall benötigt man in Industrie-4.0-Anwendungsszenarien vielfältige Sensor- und Zustandsinformationen für Antriebe. Die Hersteller von Antrieben und Drehgebersystemen können über entsprechende Encoder- und Sensor-ICs diese Informationen bereitstellen und so einen Mehrwert für die neuen Möglichkeiten schaffen.
Bild: iC-Haus GmbH
Bild: iC-Haus GmbHInformationen in BiSS Protokollkette integrieren
Grundvoraussetzung dafür sind leistungsfähige Busprotokolle wie das Open-Source-Protokoll BiSS, das die einfache Übertragung erweiterter Sensorinhalte oder Safety-Informationen erlaubt. BiSS ist mit der SSI-Schnittstelle kompatibel, bietet aber Verbesserungen, wie z.B. bidirektionale Kommunikation, Busfähigkeit und Integration von Sensor-Aktor-Netzwerken. Das BiSS-Safety-Konzept ist für sicherheitskritische Anwendungen bis zu SIL3 zertifiziert. So lassen sich beispielsweise absolute Positionswerte, die ein Encoder-Chip liefert, zusammen mit Daten eines Vibrationssensors übertragen. Diese Informationen lassen sich einfach in die BiSS-Protokollkette integrieren. Technisch ist hierfür nur ein Transceiver-Baustein wie der iC-MCB von iC-Haus erforderlich, der mit seinen 3x3mm fast überall Platz findet. Die Multi-Slave-Fähigkeit des BiSS-Protokolls macht dies im Vergleich mit anderen Protokollen möglich. Ein normaler Encoder liefert also als Slave die Winkelfunktion und zusätzliche externe Sensoren können als weitere Slaves über den neuen SPI-to-BiSS-Brückenbaustein iC-MCB eingebunden werden und ihre Informationen in das BiSS-Wort einschleifen. So lässt sich einfach Sensorik für Vibration, Beschleunigung, Drehmoment (Torque), Temperatur (z.B. in Motorwicklung oder Lager) etc. in das BiSS Protokoll einbinden. Hierfür stellt der iC-MCB eine flexible I/O Crossbar bereit. Das Fast Sensor Interface ermöglicht einen direkten Datentransfer zwischen digitalem Sensor und dem iC-MCB. Als serielles Dateninterface steht eine bidirektionale BiSS-/SSI-Schnittstelle zur Verfügung. Protokoll, Datenlängen, elektrische Signale, BiSS-Busstrukturen, Synchronisation und Sensoranbindung werden über Parameter des iC-MCB über BiSS oder das Host-Interface des sensorseitigen Mikrocontrollers konfiguriert und im RAM gespeichert. Um das Protokoll bei zeitkritischen Anwendungen schlank zu halten, können Messwerte eines Temperatursensors auch mit geringerer Updaterate übertragen werden, z.B. mit einer Wortbreite von 1Bit.
Erweiterte Sensorinformationen aus dem Antriebsstrang
Antriebsnahe Integration externer Sensorik und die Bereitstellung von wichtigen Zustandsinformationen aus Antrieben und Gebern sind wichtige Schlüsselkonzepte für die Antriebstechnik 4.0. Mit BiSS steht hierfür ein flexibel erweiterbares offenes Protokoll zur Verfügung und mit Transceiver-Bausteinen wie dem iC-MCB als leistungsfähige SPI-to-BiSS-Brücke ist die Integration von Sensoren kein Hexenwerk. Ob es ein Vibrations- oder Beschleunigungssensor an einer Achse oder ein Temperatursensor am Lager ist, alle diese Informationen sind wichtig, um kostspielige Ausfälle von Antrieben zu vermeiden und für eine bessere Planbarkeit von Wartungs- und Instandsetzungsintervallen zu sorgen. Unter Berücksichtigung von entsprechenden Mission Profiles und Failure-in-Time-Raten für kritische Ersatz- und Verschleißteile lässt sich die Verfügbarkeit von Anlagen deutlich optimieren und Instandsetzungsarbeiten genau zum richtigen Zeitpunkt planen. Erweiterte Sensorinformationen aus dem Antriebsstrang sind der Schlüssel für Predictive Maintenance. Bei den führenden Herstellern steht das Thema Predictive Maintenance deshalb hoch im Kurs und mit dem BiSS-Slave-Brückenbaustein iC-MCB macht es iC-Haus den Herstellern nun besonders einfach, ihre Encoder-Anwendungen für Industrie-4.0-Anwendungen fit zu machen.
Bild: iC-Haus GmbHiC-Haus GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN SPS-Messe 2019 - 20.11.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
