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Messtaster und Nocken werden in der Regel dann eingesetzt, wenn es darauf ankommt, hochgenau Positionen zu erfassen und ebenso genau auf die Position von Achsen oder Gebersignalen synchronisiert, Aktionen auszuführen.

Ein Beispiel könnte hier die Erfassung eines Kartons auf einem Förderband sein, auf den bei möglichst hoher Geschwindigkeit eine Kleberraupe aufgetragen werden soll.

Werden für das Einlesen der Messtaster und die Ausgabe der Nocken keine Timer-Baugruppen genutzt, hängt die Genauigkeit, die erreicht werden kann, im Wesentlichen vom Aktualisierungszyklus der Steuerung ab, der in der Regel dem Profinet-Zyklus entspricht. Die erreichbare Genauigkeit ergibt sich dabei aus dem Weg, den sich die Achse, innerhalb eines Aktualisierungszyklus bewegt.

Beispiel:

Geschwindigkeit Förderband:                       1000mm/s

Profinet Zyklus = Aktualisierungszeit:           4ms

> Genauigkeit: 1000mm/s * 4ms = 4mm

Da die gleiche Genauigkeit auch für die Ausgabe einer Nocke gilt, ergibt sich insgesamt eine Genauigkeit für das Auftragen der Kleberraupe von 8mm.

Soll diese Genauigkeit nun gesteigert werden, gibt es die Möglichkeit, den Aktualisierungszyklus entsprechend zu verkürzen. Dies führt allerdings auch zu einem starken Anstieg der benötigten Rechenleistung und unterliegt letztendlich auch Systemgrenzen.

Die elegantere Methode, die Genauigkeit der Applikation stark zu verbessern, besteht im Einsatz von Timer-Baugruppen. Bei diesen Baugruppen wird über das Time Based IO Verfahren nicht nur das Signal eines Ein- oder Ausgangs übertragen, sondern der Zeitstempel, zu dem die Flanke eines Eingangssignals erkannt wurde oder zu dem ein Ausgang geschaltet werden soll. Hierfür werden die internen Uhren der Baugruppen und der CPU über Profinet IRT auf ca. 1µs genau synchronisiert. Inklusive der Reaktionszeiten von Sensoren, Kabellängen, usw. lässt sich so eine realistische Auflösungen von 3-4µs erreichen.
Eine genauere Beschreibung von Time Based IO finden Sie unter diesem Link.

Mithilfe dieses Zeitstempels kann die Steuerung exakt zurückrechnen, bei welcher Achsposition die Flanke des Messtasters erkannt wurde bzw. vorausberechnen, wann die Achse am Schaltpunkt der Nocke angekommen ist.

Durch dieses Verfahren lassen sich sehr hohe Genauigkeiten bei Messtaster und Nocken erreichen und gleichzeitig die benötigte Rechenleistung der CPU minimieren.

Beispiel:

Geschwindigkeit Förderband:                       1000mm/s

Profinet Zyklus:                                             4ms

Aktualisierungszeit:                                       4µs

> Genauigkeit: 4µm

Insgesamt ergibt sich damit eine Genauigkeit von ca. 8µm. Somit hat sich die Genauigkeit um Faktor 1000 verbessert, ohne die dafür benötigte Rechenleistung signifikant zu erhöhen.

Unabhängig von der Genauigkeit der Applikation ist hier die minimale Reaktionszeit beachtet werden. Die minimale Reaktionszeit beträgt 3 x Applikationszyklus, in unserem Beispiel also 12ms.
Daher muss darauf geachtet werden, dass Messtaster und Nocken so weit auseinander liegen, dass bei maximaler Geschwindigkeit mindestens 12ms zwischen erkennen des Messtasters und schalten des Nockens liegen, damit die Steuerung ausreichend Zeit für die Verarbeitung der Daten hat.

Unter diesem Link finden Sie ein kurzes Video, das die Funktion der Nocken und Messtaster noch einmal veranschaulicht.

Hinweis:

Die in diesem Beitrag beschriebene Vorgehensweise bezieht sich auf den Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrags (Stand: Januar 2024).

Mit freundlichen Grüßen

Fachberatung Deutschland (AM)