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工作機械製造現場のデジタル化

インダストリー4.0の実現に際しては、とりわけ設備をデジタルでイメージし、それを使用しプロセスを最適化することが問題となる。基準となるものとして、機械の制御用に組み込まれている、多くのセンサー情報を活用することができる。IO-Link技術のおかげで、これらのセンサーは単なるスイッチ信号やアナログ数値をはるかに超えた情報データを提供する。ビーレフェルトのStarrag Technology GmbHは、多くのifm electronicのIO-Linkセンサーを搭載した工作機械を製造している。

Starrag Technologyは世界各地の市場に向けて門形フライス盤を製造している。

Starrag Technology GmbHのFOGSシリーズの門形マシニングセンタは、IO-Linkセンサー搭載の機械の一つである。これは、機械製造や航空産業、自動車産業など、ボディ製造用のプレス機の仕上げ(外皮部品)などの部門で使用される。図で示した設備は、航空機ランデイングギヤコンポーネント(着陸装置)の加工用に航空産業で使われている。

この複合工作機械では、冷却・潤滑剤、油圧、機械温度調節などの媒体をセンサーによるモニタリングを行いこれらが機械制御の中心的な役割を担っている。媒体温度と圧力値、流入量の許容値を厳しく管理することによって、完全自動化された製造プロセスでの最適な加工作業が可能になる。

デジタルインターフェース付きセンサー

IO-Linkは、頑丈な、24ボルト信号レベルベースでのデジタルインターフェースであり、通常のセンサーケーブルを使用して、従来のスイッチ信号に代わり、コントローラーとの双方向的通信を可能にする。センサーはIO-Linkを通してデジタル測定値と診断情報を、IO-Linkマスタを経由してEAモジュールやゲートウェイ、IO-Linkポートを備えたPLCに送信する。センサーからの配線は標準M12コネクタで接続され、デジタル信号なのでシールド線を使用したケーブルやそれに接続するアースは不要である。

Starrag Technology GmbHでは、ifm electronicの流体センサーを選定いただいた。その理由は、ifm electronicはIO-Linkのあるプロセスセンサーについて、最大の品揃えを提供しているからである。

遠隔操作でのセンサーパラメータ化

IO-Linkの大きな利点は、必要なすべてのパラメータデータをIO-Link接続ケーブルを通してセンサーに向かってロードできることである。センサーパラメータデータ(スイッチングポイント、スイッチングヒステリシス、表示カラー)は、運転開始時に一度、あるいは稼働中の状況に応じてコントローラーからIO-Link可能なセンサーに送信することができる。ユーザーにとっての利便性は、機械の運転開始段階で、前もって構想したセンサーパラメータを素早く簡単確実にセンサーに送信することができる点である。たとえば小さなバッチサイズでの加工プロセスの作業中に、IO-Link技術のために必要に応じて、さまざまな製品に関する異なったパラメータ設定を個別にセンサーに入れることができる。さらに、リモートメンテナンスによる後でのプロセスの最適化も、コントローラーによるパラメータ化のおかげでIO-Linkを通して簡単に行なうことができる。そのため、IO-Linkはインダストリー4.0運用のためのキーテクノロジーである。

データは二重に保護されている。

コントローラーによるセンサーパラメータ化と平行して、バージョン1.1以降のIO-Linkでは、センサーパラメータのデバイスとIO-Linkマスタでの二重でデータ保持が行なえる。Starrag Technologyの電気設計と運転開始部門のチーフであるディートマール・ヴァレンシュタイン氏は、センサーデータを自動でバックアップしてくれることがIO-Linkの大きな利点であると考えている。どのセンサー(デバイス)もそのパラメータ設定を自動的にIO-Linkマスタに送信し、そこでその設定がバックアップとして保存される。センサーを交換すると、新しい機器との自動データ交換が行われる。そして、パラメータデータは、IO-LinkマスタからIO-Linkデバイスに自動的に送信される。これによって、センサー交換が相当に簡単になり、不具合時に機械の停止時間が大幅に削減される。これは同時に、サービス・メンテナンススタッフの仕事量の著しい軽減を意味する」

つまり、これからはセンサーパラメータが誤って入力されることはなくなる。センサー交換はメカ的な交換作業だけに軽減される。エンドユーザーは交換を自分で行うことができるしセンサーパラメータは自動的にバックグラウンドで行われるので、メンテナンススタッフがそれについての知識を持つ必要はない。故障時のサービス作業は、大幅に迅速かつ確実に終了することができる。これにより経費が削減される。

誤りのないデジタル測定値送信

従来はセンサーのアナログ信号をA/Dコンバータを通してデジタル化し、PLCでスケーリングしていた。従来は本来の測定値がA/D変換時に誤差を生じていた。

これに対してIO-Linkは、センサーの測定値をデジタルでコントローラーに提供する。アナログ信号の送信と換算は問題が生じることがあるが、これらは不必要になる。デジタルで伝えられた測定値は、直接にデジタルで表示することができる。この場合、送信された数値は常に測定値と厳密に一致している。オンサイトのディスプレイとアナログ信号で送られたPLCでの数値がズレるということは、今後は生じない。アナログ信号へのEMCによる障害なども、IO-Linkによって過去のものとなる。

2種類の測定値 – 1つのセンサー

ifmの最新のプロセスセンサーは、そのほとんどが1種類以上の測定値を提供する。ディートマール・ヴァレンシュタイン氏はこれについて「従来のセンサーは1種類だけの値を処理するケースが多い。流量や圧力に加えて、媒剤温度などもIO-Linkインターフェースを通して同時に読み取ることができる。以前は、そのために2つのセンサーを使用しなければならなかった」と言っている。これによって、ハードウェアと配線、組立てのコストも軽減される。2つではなく1つのセンサーだけで済みその結果として取付け箇所が1ヶ所だけですむからである。

診断データ

プロセスデータに加えて、IO-Linkセンサーは、デバイスの個々の状態についての診断データも提供することができる。たとえば、レベルセンサーは媒体レベルを検知し、それをコントローラーに通知する。光電センサーはレンズの汚れを検知し、それを自動的に通知する。圧力センサーはプロセスでの最小の圧力と最大の圧力を保存し、最大測定値を超えた回数をカウントする。これらの補足的機能は、ユーザーの予知保全を大きくサポートする。これらの拡張されたステータス情報は、高価な停止時間を短縮し、プロセスについての安全性を高める。

結論

IO-Linkの実装によって、センサーシステムは多大な付加価値をもたらす。ディートマール・ヴァレンシュタイン氏は、Starrag Technologyにとっての利点を次のようにまとめている。

「インダストリー4.0については誰もが口にしており、もちろん我々Starragにおいてもこのメガトレンドを考慮に入れている。これを特に機械のデジタル化と理解している。そのため、我々はIO-Linkに大きな将来を期待している。センサーは低価格でかつ堅牢なインターフェースによってプロセスの多くの情報を供給し、それによって我々はプロセスをより有効に利用し、最適化していくことができる。これはIO-Linkの大きな利点の一つであり、センサーでのインダストリー4.0への貢献の一つである」

すばらしいIO-Link

IO-Linkは、センサーとアクチュエータをオートメーションシステムに接続するために使用される製造元に依存しないポイントツーポイント通信システムです。 IO-Linkシステムは、IO-Linkマスタと複数のIO-Linkデバイスで構成されています。 フォームの始まり IO-Linkマスタは、コントローラまたはフィールドバスレベルへのインタフェースを持ち、接続されたIOリンクデバイスと通信します。