Vario-X – Dezentralisieren ohne Schaltschrank!

Der entscheidende Schritt in die digitale Transformation: Vario-X ist eine modulare Automatisierungsplattform, die sich bedarfsgenau zusammenstellen lässt und alle Automatisierungskomponenten direkt an den Ort des Geschehens bringt.

Die robusten Gehäuse in Schutzart IP67 (wasser-/staubdicht) werden einfach nebeneinander in eine nicht minder robuste Backplane mit integrierten Maschinenbauprofilen eingerastet. So kann die gesamte Station ohne weiteren Schutz ganz einfach an allen gängigen Profilsystemen befestigt werden und hält im Extremfall sogar eine Trittbelastung auf den Gehäusen aus.

Die Automatisierungsplattform Vario-X ist mit robusten Modulen in Gehäusen mit Schutzart IP 67 aufgebaut, die nebeneinander auf einer Backplane angebracht werden, die sich wiederum einfach an den gängigsten Profilsystemen befestigen lässt. Der Anschluss von Sensoren und Aktoren an Maschinen mit Vario-X erfolgt fehlerfrei und sehr schnell über die Standardsteckverbinder M12 und MQ15. Insgesamt ist die Inbetriebnahme, d. h. sämtliche Installations- und Montagearbeiten, um 40 Prozent schneller als bei Systemen mit Schaltschrank.

Das Herz der Plattform ist das mit einem Mehrkernprozessor ausgestattete Steuergerät Vario-X, das in alle industriellen Ethernet-Netzwerke höherer Ebene und problemlos als offene Steuerungsplattform integriert werden kann. Das Steuergerät kommuniziert im Rahmen der Plattform über das Protokoll EtherCAT in Echtzeit mit Antriebstechnik und externen Knoten. Vorbereitet für W-LAN, 5G und Bluetooth sowie OPC-UA und MQTT, sorgt sie für Kommunikation ohne IIoT-Grenzen.

Die einzelnen Module

• Backplane: Die robuste Backplane ist Träger der einzelnen Komponenten der Plattform Vario-X. Diese lassen sich einfach nebeneinander auf die Backplane klemmen. Die Backplane ist je nach Anzahl der zu verwendenden Module in verschiedenen Größen verfügbar. Die in der Backplane integrierten Montageelemente sind mit den gängigsten Profilsystemen kompatibel und unterliegen deshalb keinen Systemeinschränkungen. Alle hier angeschlossenen Module haben einen Multiprotokollanschluss.

• Vario-CTRL 1.000: Dieser ist mit einem Mehrkernprozessor ausgestattet, steuert das gesamte System, spricht alle Sprachen und kann als offene Steuerungsplattform integriert werden. Die Kommunikation kann über WLAN, 5G und Bluetooth, sowie OPC-UA und MQTT erfolgen. Das Steuergerät ist mit einem 8 Ah Akku für den Pufferspeicher ausgestattet, der für das schnelle Hochfahren aus dem Standby sorgt.

• Netzteil für eigene Elektronik und angeschlossene Peripherie: Zuverlässiges 24 V DC Netzteil, aufgeteilt auf 2 x M12 mit Y-Codierung, 1 x M12 mit L-Codierung und 1 x M12 mit D-Codierung

• Netzteil für Antriebe: mit 48 V/3,6 kW sind an der Vario-X über vier Steckverbinder MQ15 zahlreiche Anschlüsse möglich und es ist darüber hinaus mit Energierückgewinnung ausgestattet. Die Antriebe werden über Hybridkabel versorgt und können im Notfall sicher über das STO-Signal abgeschaltet werden.

• Module IO-Link-Master und Ethernet-Switches: Die kompakten Module IO-Link-Master mit acht multifunktionalen IO-Link-Ports sind die intelligentere Art des Anschlusses von IO-Link-Geräten. Die Module liefern neben den reinen Prozessdaten (I/O) auch erweiterte sekundäre Diagnosedaten (Spannungs-, Strom- und Temperaturwerte) für die betreffenden Ports und das gesamte Modul. Deshalb können Anomalien erkannt und der aktuelle Prozess über eine Datenanalyse optimiert werden. Mithilfe von OPC UA erfolgt das standardmäßig und ohne Steuergerät.

• Sicherheitssteuergerät VARIO: VARIO sorgt in Verbindung mit den Sicherheits-I/O-Modulen das erforderliche Sicherheitsniveau. Das sich momentan in der Entwicklungsphase befindende Sicherheitssteuergerät wird im System VARIO-X die Nutzung von FSoE (Fail Safe over EtherCAT) und somit auch eine sichere Steuerung von FSoE-Knoten ermöglichen. Zusammen mit dem Modul Safety I/O (als FSoE-Teilnehmer) kann es Signale sicher sammeln und Ausgänge sicher schalten.

Technischer Mehrwert im Vergleich mit früheren Lösungen

Vario-X bringt alle Automatisierungskomponenten in Kompaktbauweise dorthin, wo sie benötigt werden, direkt zur Technologie. Auf diese Weise bringt Murrelektronik eine elegante Automatisierungslösung: Durch den zunehmenden Automatisierungsgrad infolge der anwachsenden Digitalisierung im Rahmen von Industrie 4.0 wird oftmals eine Überfüllung von Schaltschränken verursacht und Installations- und Inbetriebnahmezeiten verlängern sich.

Technische Vorteile der industriellen Nutzung, Umweltverträglichkeit und gesellschaftlich relevante Eigenschaften der Plattform Vario-X

Vario-X ermöglicht weitere Schritte in Richtung vollständige Digitalisierung der Fertigungsindustrie durch Dezentralisierung, Modularisierung, Schnittstellenoffenheit und Überlebensfähigkeit in der Zukunft. Das System hat von Anfang an einen digitalen Zwilling – mit allen bekannten Vorteilen für Entwicklung, Planung, Installation, Inbetriebnahme, Parametrisierung und Betriebsmonitoring (vorausschauende Wartung und Qualität).

Aus Sicht des Umweltschutzes ist ein schneller und einfacher Austausch der verlustbehafteten Pneumatik gegen die viel sparsamere Elektronik möglich. Energierückgewinnung hebt den Umweltschutz noch auf eine höhere Ebene. Der Energieverbrauch und CO₂-Ausstoß einer durchschnittlichen Produktionslinie sinken nach dem Übergang auf Elektrik beträchtlich. Über das Netzteil sind Energierückgewinnung und Netzrückspeisung möglich. Die reine Null-Energie-Industrie wird so viel schneller erreicht. Die Plattform erfüllt darüber hinaus die REACH-Verordnungen und die RoHS-Richtlinien.

Vario-X ist auch eine Lösung für den Facharbeitermangel. Die Steuerung über Apps, Sprachassistenten und Gesten ist dank Smartphones und Smartwatches im täglichen Leben unverzichtbar geworden. Warum könnte eine Maschine nicht genauso einfach gesteuert werden? Kann die Inbetriebnahme dank der Plattform Vario-X zum Beispiel über Apps oder sogar die Steuerung eines Roboters mit Gesten oder Sprache erfolgen? Es handelt sich um ein wirksames Instrument zur Verringerung der Inbetriebnahmezeit und zur Erleichterung der Arbeit von Maschinenmonteuren und Bedienungspersonal. Das Motto heißt Parametrisierung anstelle Programmierung. Unternehmen erhalten damit ihre Aktionsfähigkeit auch bei Facharbeitermangel. VARIO-X bietet dank des komplexen Installationskonzepts darüber hinaus erhebliche Vorteile, denn sämtliche Kabelverbindungen erfolgen über Steckverbinder, wodurch fehlerhafte Verbindungen an Klemmleisten entfallen. Das senkt die Planungs- und Anschlusskosten und minimiert die Fehleranfälligkeit.

Wirtschaftliche Vorteile der Plattform Vario-X

Konkret kann Vario-X Probleme zum Beispiel beim Karosseriebau für Autos lösen. Dort sind heutzutage zahlreiche pneumatische Anwendungen zu finden. Eine von ihnen sind die beim Karosseriebau für Autos in großen Mengen nachgefragten Spannpratzen. Sie werden zur Befestigung von Karosserieteilen und für Schweißoperationen an ihnen genutzt.

Nachteile pneumatischer Lösungen sind einerseits der mit Blick auf die mechanische Arbeitsweise sehr geringe Wirkungsgrad, andererseits die Undichtigkeiten, die nur schwerlich verhindert werden können. Pneumatische Spannpratzen erfordern aus Diagnosesicht zusätzliche Endschalter, die wiederum zu einem erhöhten Elektroinstallationsaufwand führen.

Bei der Verwendung intelligenter, auf Servomotoren basierender Lösungen, kann der Aufwand der Inbetriebnahme, des Betriebes und der Diagnose bei Störungen erheblich gesenkt werden. Dank einem bei elektrischen Lösungen eingebauten Encoder sind die Positionen bekannt und können direkt abgelesen werden (keine Endschalter und Kabel erforderlich). Außerdem sind die wirtschaftlichen Aspekte mit Blick auf die effiziente Elektrizitätsnutzung ein wichtiger Vorteil.

VARIO-X bietet den Vorteil der Installation ohne Schaltschrank und einer Anschlusstechnik mit Steckverbindern, mit der der Installations- und Planungsaufwand von einigen Tagen auf Stunden reduziert wird. Außerdem lassen sich mit VARIO-X zum Beispiel problemlos Servoantriebe in Verbindung mit leistungsfähigen Spannmechanismen betreiben. In Störfällen kann der betroffene Antrieb über die Diagnose mit dem Steuergerät schnell lokalisiert und ausgetauscht werden. Ebenfalls können Änderungen des Drehmoments erkannt und so auf Störungen des Spannmechanismus reagiert werden. Die bei der Bremsung von Antrieben entstehende Energie kann über das Netzteil ins Netz rückgespeist werden.

VARIO-X hebt die Automatisierung auf ein neues Niveau. Wichtig dabei ist, dass sich der wirtschaftliche Mehrwert dank besserer Diagnosemöglichkeiten, geringerer Anzahl von Kabeln und geringerem Energieverbrauch insbesondere in den Gesamtkosten des Betriebes (TCO) widerspiegelt.