Bild 01: Codeschiene und Lesekopf des Weg-Codiersystems WCS von Pepperl+Fuchs – jetzt auch mit IO-Link (Quelle: Pepperl+Fuchs)
Mit dem Weg-Codier-System WCS hatte Pepperl+Fuchs [1] 1989 das erste optische Absolut-Positioniersystem auf den Markt gebracht. Seitdem haben sich dessen zwei Grundelemente als zuverlässige Datenlieferanten selbst unter extrem rauen Bedingungen bewährt: Der robuste Lesekopf erkennt den Positionswert anhand von Aussparungen in der stabilen Code-Schiene auf 0,8 mm genau. Die Datenausgabe erfolgt in Echtzeit, bei Fahrgeschwindigkeiten bis 12,5 m/s. Rauch, Nebel oder Staub beeinträchtigen die Erkennung nicht. Die Schiene ist 70 mm hoch und mit entsprechend großen Aussparungen versehen. Der Lesekopf umfasst sie u-förmig von beiden Seiten und schließt schon mit dieser Anordnung die meisten störenden Einflüsse aus. Seine integrierte Infrarot-LED-Reihe beleuchtet einen rund 10 cm langen Abschnitt der Schiene und erkennt den Code nach dem Lichtschrankenprinzip. Er ist in einem robusten Kunststoffgehäuse untergebracht; für besonders harsche Bedingungen steht zudem die Produktvariante WCS Outdoor mit einem zusätzlichen transluzenten Gehäuse in der Schutzklasse IP69 zur Verfügung. Damit ist diese Geräteversion unempfindlich gegen Salzwasser sowie gegen aggressive Stoffe und verträgt Hochdruckreinigung. Zugleich ist das Outdoor-Gehäuse in hohem Maß schlagresistent und verträgt die beim Einsatz im Außenbereich typischen mechanischen Einwirkungen.
Der Lesebereich auf der Innenseite des Sensors ist durch transparente, austauschbare Kunststoffschalen vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt. Zur Verschmutzungsresistenz tragen außerdem die leistungsstarken Sende-LED bei. Der weite Spalt zum Detektor gewährleistet große Toleranz beim seitlichen Spiel auf der y-Achse. Hohe Flexibilität bietet das System auch bei der Anpassung an die Anlagenarchitektur: Es erkennt die Positionen sowohl bei vertikaler (±10 °) als auch in horizontaler (±5 °) Schräglage sowie in Kurvenradien bis minimal 500 mm.
Zusatzfunktionen und IO-Link
Mit der neuen IO-Link-Schnittstelle (Bild 1) erhält das Sensorsystem zusätzliche Funktionen und Fähigkeiten. Das Gerät erreicht im COM3-Modus eine Zykluszeit von rund 3 ms. Neben den Positionswerten erfasst es mit integrierten zusätzlichen Sensoren auch Rohdaten zur Eigentemperatur sowie zu Vibration und Beschleunigung in drei Achsen, letztere in einem weiten Bereich von 0,001 G bis 16 G. Aus diesen Informationen lassen sich weitreichende Schlüsse über den Zustand der Anlage sowie des Geräts selbst ziehen. Die vorausschauende Wartung kann bedarfs- und zielgerichtet geplant werden. Ein ebenfalls integrierter Lagensensor veranlasst bei Bedarf die automatische Drehung der 7-Segment-Anzeige des Lesekopfs um 180 °. Diese bietet neben der Positionswertanzeige auch Diagnosefunktionen an, mit denen eine detaillierte Analyse am Einsatzort möglich wird. So lassen sich etwa verschmutzte oder beschädigte Code-Schienen-Segmente direkt identifizieren.
Die Inbetriebnahme wird mit IO-Link einfacher und kommt ohne Einlernen aus. Die Sensorparameter werden vom IO-Link-Master gespeichert und bei einem Gerätetausch automatisch heruntergeladen. Zur Feinsteuerung der mobilen Einheit, die mit dem Lesekopf ausgestattet ist, lassen sich Positionsbereiche definieren, um etwa ein Endlagensignal zu generieren. Mit der Preset-Funktion wird ein voreingestellter Wert automatisch als Ersatzwert für die aktuelle Position gesetzt. Anschließend gibt der Sensor die absolute Position in Bezug auf diesen voreingestellten Wert aus. Damit lässt sich zum Beispiel eine Parallelfahrt mit zwei mobilen Einheiten ohne zusätzlichen Aufwand exakt steuern. Bis zu fünf Positionsbereiche sind konfigurierbar. Zudem gibt das Gerät ein Richtungs-Bit aus und zeigt so nicht nur die Position und Verfahrgeschwindigkeit, sondern auch die aktuelle Fahrrichtung an.
Für die Datenübertragung im IO-Link-Protokoll können auf einer Strecke bis 20 m nichtgeschirmte Leitungen verwendet werden, was die Kosten senkt und eine potenzielle Fehlerquelle beseitigt. Bei längeren Strecken oder einer Feldbusanbindung per Profinet, Ethernet/IP oder CC-Link wird ein IO-Link-Master verwendet.