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Bild: Andreas Hippler
CAN-I/O

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Weniger Verkabelung, mehr Ertrag

Text: Dr. Jörg Lantzsch für Graf-Syteco
Die Automatisierung von mobilen Maschinen stellt Anwender vor besondere Herausforderungen. So verwenden mobile Maschinen oft Hydraulikventile, die Verkabelung ist allerdings mit viel Aufwand verbunden. Ein System schafft hier Abhilfe.

Radlader, Bagger, Mähdrescher und viele andere mobile Arbeitsmaschinen stellen die eingesetzte Technik vor ähnliche Aufgaben. Maschinenteile müssen gezielt bewegt werden, wobei teilweise große Kräfte aufzubringen sind – ein klassisches Anwendungsgebiet für die Hydraulik. Eine zentrale Hydraulikpumpe stellt die Energie zur Verfügung, indem sie Flüssigkeit unter Druck setzt. Die Steuerung der einzelnen Bewegungen geschieht dann über Hydraulikventile.

Rund 30 Hydraulikventile, die über die gesamte Maschine verteilt sind, sorgen für die Bewegungen der Landmaschine, die das Unternehmen Josef Brettmeister auf den Markt gebracht hat. „Um so viele Ventile von einer zentralen Steuerung aus zu steuern, ist ein erheblicher Verkabelungsaufwand notwendig“, sagt Bernhard Brettmeister, Juniorchef des Unternehmens. Der Aufwand kann teilweise reduziert werden, wenn man statt einer Einzelverkabelung CAN-I/O-Knoten einsetzt, die dann über einen CAN-Bus mit der zentralen Steuerung kommunizieren. Trotzdem müssen die Hydraulikventile noch zum jeweiligen CAN-I/O-Knoten verkabelt werden. Auch einen weiteren Nachteil hat diese Lösung nach Bernhard Brettmeisters Meinung: „Diese Lösung lässt sich nur bedingt beziehungsweise in größeren Schritten skalieren. Das führt dazu, dass wir eventuell einen zusätzlichen CAN-I/O-Knoten einsetzen müssen, nur weil wir ein einziges zusätzliches Hydraulikventil benötigen.“

Neues Bussystem

Die Marktrecherche nach einer besseren Lösung mit geringerem Verkabelungsaufwand, die Bernhard Brettmeister 2013 durchführte blieb erfolglos: „Daher haben wir uns entschlossen, eine eigene Lösung zu entwickeln.“ Die Grundidee war ein Bussystem, das den Verkabelungsaufwand reduziert. Über den Bus sollten nicht nur die Steuersignale übertragen, sondern auch gleichzeitig eine Spannungsversorgung der Hydraulikventile realisiert werden. Basis für das neu entwickelte Qubus-System sind die Qubus-Stecker. Diese Würfelstecker, in denen die gesamte Elektronik untergebracht ist, werden direkt auf die Ventile gesteckt und steuern diese auch an. Die Versorgungsspannung beträgt zwischen 9 V und 32 V und die Ausgänge sind mit jeweils 3 A belastbar. Eine interne Stromüberwachung schützt vor Überbelastung und bei Bedarf kann sogar der aktuelle Strom abgefragt werden. Eine im Stecker integrierte zweifarbige Status-LED dient der Diagnose – eine Fehlersuche ist entsprechend unkompliziert. Es können einfache Magnetspulen, Doppelspulen, Motoren und PVG-Ventile von Danfoss angesteuert werden. Die Stecker werden über einfache T-Stecker miteinander verbunden. Bis zu 120 Teilnehmer sind an einem Qubus-Strang möglich. Über die Signalleitung des Qubus lassen sich die Hydraulikventile über PWM-Signale mit 12 Bit ansteuern. Zusätzlich zu den Ventilen sind auch Stecker für das Schalten von Relais und analoge Eingänge erhältlich. „Mit diesen Komponenten lassen sich alle wesentlichen Funktionen einer mobilen Arbeitsmaschine ansteuern“, so Brettmeister.

Von der Idee in die Maschine

Als Master im Qubus wird eine Steuerung benötigt, die auch gleichzeitig die Schnittstelle zum Bediener darstellen kann. „Die von uns entwickelte Steuerung für den Qubus hatte nur eine sehr begrenzte Leistungsfähigkeit“, sagt Bernhard Brettmeister. „Daher haben wir nach einem Kooperationspartner gesucht, der den Qubus-Master weiterentwickelt und in seine Bedien- und Steuergeräte integriert.“ Fündig wurde man bei dem Mittelständler Graf-Syteco. Das Unternehmen hat ein Portfolio an Steuer- und Bediengeräten, die überwiegend in mobilen Maschinen eingesetzt werden. „Mit dem Qubus haben wir eine Ergänzung zu unserem Portfolio im Bereich Automatisierung für mobile Maschinen gefunden“, sagt Jürgen E. Müller, Geschäftsführer von Graf-Syteco. Sämtliche Qubus-Komponenten werden in Zukunft ausschließlich von Graf-Syteco produziert und vertrieben. Gleichzeitig integriert das Unternehmen in alle aktuellen Steuer- und Bediengeräte einen Qubus-Master. Zur Verfügung stehen Geräte mit unterschiedlichen Bildschirmvarianten und einer großen Auswahl an möglichen Tastern, Schaltern und Digitalpotentiometern mit Druckfunktion für Bedienereingaben. Neben der Qubus-Schnittstelle sind die Bedien- und Steuergerät noch mit CAN-Bus, digitalen und analogen I/Os sowie weiteren Schnittstellen ausgestattet.

Projektierung leicht gemacht

Bei der Projektierung einer Automatisierungslösung auf Basis des Qubus können Anwender auf das Projektierungssystem Graf-Design-Studio (GDS) zurückgreifen. Das GDS unterstützt auch sämtliche Funktionen der Qubus-Komponenten. „Mit der Kombination unserer Steuer- und Bediengeräte und den Qubus-Komponenten von Brettmeister Elektronik sehen wir uns für den Markt sehr gut aufgestellt“, sagt Jürgen E. Müller voller Zuversicht: „Speziell in den für uns wichtigen Bereichen Landmaschinen, Baumaschinen und Kommunalfahrzeuge erwarten wir dadurch in Zukunft ein weiteres Wachstum.“

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