Der induktive Drehgeber QR24 von Turck: für eine hoch flexibilisierte Produktion. Bild: Turck
Der induktive Drehgeber QR24 von Turck: für eine hoch flexibilisierte Produktion. Bild: Turck

Der Trend in der Sensorik geht vom einfachen Messwertaufnehmer zum Smart Sensor mit Firmware-basierter Vorverarbeitung der Messdaten und der Möglichkeit einer weitgehenden Parametrierung des Sensors. Vor allem die zunehmende Vernetzung innerhalb eines Automatisierungssystems erfordert, dass Sensoren heute schon Daten vorverarbeiten und im richtigen Format ins Netz stellen. Soll heißen: Smarte Sensoren können heute schon einfache Aufgaben selbst übernehmen. Der Trend geht jedoch zunehmend zu Sensorkombinationen. Sogenannte Multi-Sensoren lösen Aufgaben, die bisher nur mit aufwändigen Kamerasystemen gelöst werden können.

Claus Melder, Leiter Marketing und Sales Division Presence Detection bei Sick, fasst die Standardfunktionen intelligenter Sensoren zusammen: „Unterschieden wird zwischen der Sensorparametrierung über die Steuerung, dem Condition Monitoring, der elektronischen Dokumentation oder der Sensor-Visualisierung, und den sogenannten Advanced-Funktionen, wie zum Beispiel Hochgeschwindigkeitszählung oder Zeitmessung, die beim Engineering von Verpackungsmaschinen echte Mehrwerte generieren. Diese und weitere Aufgabenstellungen sind regelmäßiger Bestandteil von Engineering-Prozessen.“

Oliver Marks, Leiter Automation Products bei Turck, sieht die Herausforderung in der steigenden Komplexität der Aufgaben und der zunehmenden Modularisierung von Maschinen und Anlagen: „Die Herausforderung wird sein, Sensoren immer intelligenter, also smarter und leistungsfähiger zu machen, aber weiterhin die einfache Bedienbarkeit zu erhalten. Auch eine Austauschbarkeit für den Fall eines Defekts und eine möglichst einfache Duplizierung von Parametersätzen, zum Beispiel für Serienmaschinen, hilft hier, die Komplexität zu reduzieren und Zeit bei der Inbetriebnahme zu sparen.“ Marks erklärt darüber hinaus, warum sich smarte Sensoren immer mehr durchsetzen: „Bisher hat man in vielen Applikationen entweder binäre Sensoren eingesetzt oder Sensoren mit analogem Ausgang. Binäre Sensoren sind relativ günstig und auch der Eingang in der Steuerung ist vergleichsweise kostengünstig gegenüber Analogsensoren. Letztere spielen ihre Stärken bei der Flexibilität aus – sie können den Weg eines beweglichen Maschinenteils kontinuierlich erfassen und müssen daher zum Beispiel bei Umrüstungen auf andere Werkzeuge nicht mechanisch neu eingestellt werden. Hier helfen smarte Sensoren, bei denen Schaltpunkte im Betrieb über die Steuerung neu programmiert werden können – so verbindet man die Flexibilität eines analogen Systems mit den Kostenvorteilen einer binären Abfrage.“

Gleichzeitig spielen die Sicherheit für Mensch, Maschine und Produktionsprozess sowie der Schutz vor Manipulation ebenfalls eine immer größere Rolle. Zusätzliche Features wie Passwortschutz, Frühwarnsignale, sich selbst nachregelnde Sensoren oder grafische Displays werden gefordert und bringen den gewünschten Zusatznutzen – am besten einhergehend mit gleichbleibender oder besserer Performance bei der eigentlichen Aufgabe. Und das alles, ohne die Vernachlässigung der Kostenseite.

Schlussendlich hat die rasante Entwicklung der Sensorik auch Auswirkungen auf die Abstimmung zwischen Sensorherstellern und Maschinenbauern: „Eine frühe Einbindung ist wichtig“, erklärt Claus Melder vom Sensorikspezialisten Sick. „Auch wenn smarte Sensorlösungen nur einen fast verschwindend geringen Anteil an den gesamten Kosten der Maschine ausmachen, besitzen sie doch das Potenzial, die Wertschöpfung nachhaltig zu optimieren. Entsprechend hat sich auch die Wahrnehmung bei den Maschinenherstellern verändert: Sensoren und Steuerungen sind nicht mehr nur Mittel zum Zweck – ihrer Bedeutung entsprechend finden sie heute immer früher im Konzeptions- und Konstruktionsprozess einer Maschine Beachtung“, so Melder weiter.

Aus der Praxis

Der Vision-Sensor weQube von Wenglor: Mit der weQube-Plattform bietet Wenglor eine zukunftsfähige Smart Camera mit Industrial-Ethernet-Anbindung an, die als Vorzeigeprodukt für den Bereich Bildverarbeitung eine neue Dimension industrieller Automatisierung eröffnen soll. Bild: Wenglor
Der Vision-Sensor weQube von Wenglor: Mit der weQube-Plattform bietet Wenglor eine zukunftsfähige Smart Camera mit Industrial-Ethernet-Anbindung an, die als Vorzeigeprodukt für den Bereich Bildverarbeitung eine neue Dimension industrieller Automatisierung eröffnen soll. Bild: Wenglor

Ein Beispiel für smarte Sensoren sind die Smart Cameras von Wenglor, die den gestiegenen Anforderungen zum Beispiel bei Qualitätskontrollen Rechnung tragen. Stefan Maier, Leiter strategische Geschäftsentwicklung bei Wenglor Sensoric: „Es reicht nicht mehr aus, nur zu erkennen, ob ein Objekt vorhanden ist oder ob ein Merkmal den definierten Anforderungen entspricht. Objekte sollen beispielsweise bei hoher Geschwindigkeit erkannt, darauf angebrachte 1D- und 2D-Codes gelesen, Abstände gemessen, Formen erkannt oder Farben unterschieden werden und das alles lageunabhängig. Zusätzlich sollen die Daten via Profinet ohne Performance-Einbußen übertragen werden und die intuitive Bedienung sowohl am Device als auch ortsunabhängig (zum Beispiel über den integrierten Webserver) möglich sein. Am besten sollten alle Features in nur einem Produkt vereint sein, das kostengünstig und weltweit verfügbar ist. Diese und viele weitere Anforderungen hat Wenglor mit der leistungsstarken Produktplattform weQube als Vision Sensor und Smart Camera realisiert.“

WeQube stellt laut Maier im Voraus sicher, dass künftige Anwendungslösungen integrierbar sind: „Hardware-Komponenten müssen zukunftssicher entwickelt werden und Ressourcen-Reserven aufweisen. Die einfache Integration in bestehende Anlagen, Plug and Play und die Integration bezahlbaren Zusatznutzens gehören dann zum Standardrepertoire neuer Produktserien. Bei der Zunahme an Features und Fähigkeiten der Sensoren ist es wichtig, dass Anwender genau diejenigen Funktionen und Informationen erhalten, die sie für ihre Anwendung benötigen“, erklärt Maier.

Der Lichttastsensor DeltaPac von Sick zählt und identifiziert Produkte auf dem Förderband ohne Abstände und Verzögerungen. DeltaPac erkennt genau den Übergang zwischen direkt aneinander anschließenden Verpackungen oder Werkstücken. Das sorgt für eine schnellere, intelligentere, sparsamere und fehlerfreiere Produktion. Montieren, anschließen, detektieren – der Anwender muss sich nicht mit umfangreichen Bedienungsanleitungen befassen. Die Sensorvariante mit IO-Link ermöglicht es, den Sensor entsprechend der Einsatzbedingungen zu parametrieren, zum Beispiel für unterschiedliche Verpackungen.

Berührungslose Sensoren sind die Spezialität von Turck: „Diese arbeiten ohnehin schon wartungsfrei. Gerade bei neuen Produktfamilien wie dem ersten berührungslosen Encoder entfällt zum Beispiel die Wartung bisher hoch beanspruchter Teile wie mechanisch belasteter Lager bei herkömmlichen Encodern. Und müsste bei der Umstellung auf andere Produkte jedesmal die Sensorik neu justiert werden, wäre an eine hoch flexibilisierte Produktion (Mass Customization), wie sie bei der Smart Factory Wirklichkeit werden soll, nicht zu denken.“ Ein Beispiel ist Turcks induktiver Drehgeber QR24.

Anwender können das Gerät als inkrementellen, Multiturn- oder Singleturn-Drehgeber parametrieren. Bei der IO-Link-Variante lassen sich Ausgangssignale, Schaltpunkte und Messbereiche individuell über die bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung einstellen. Seit Ende letzten Jahres ist eine Version mit inkrementellem Ausgang und eine weitere mit klassischem Spannungs-/Strom-Ausgang mit 0…10 V oder 4…20 mA erhältlich. Damit sind die hochauflösenden, verschleißfreien und magnetfeldresistenten Drehgeber für zusätzliche Applikationen verfügbar.

Im Zusammenhang mit seiner Smart Camera weQube bietet Wenglor die Fernwartefunktion Teach+ an. Die Funktion ermöglicht den Zugriff auf Prozess- und Parameterdaten, ohne dabei in bestehende Kundennetzwerke und laufende Prozesse einzugreifen. Dies wird durch das passende Hardware-Konzept MultiCore möglich und für den Kunden über eine integrierte Software nutzbar gemacht.