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Sensoren kommunizieren auf neuen Wegen

Zusatznutzen aus praktischen Lösungen für die Zukunftsindustrie
Sensoren kommunizieren auf neuen Wegen

Die Technik, die für die Industrie 4.0 benötigt wird, ist in wesentlichen Teilen bereits verfügbar. Dass sie noch nicht immer in diesem Sinne eingesetzt wird, liegt nicht zuletzt am Aufwand für die Implementierung. Doch dieser Aufwand lässt sich minimieren, wie der Solutions Park von Pepperl+Fuchs auf der SPS zeigt. Die Exponate bieten einfache Lösungen, um gleichzeitig Schritte in Richtung vernetzter Produktion zu gehen und unmittelbaren Zusatznutzen zu schaffen. Sie lassen sich ohne Rückwirkung auf die Automatisierungshierarchie auch in bestehenden Anlagen integrieren.

In den Exponaten des Herstellers auf der Messe in Nürnberg geht es zum einen darum, frühzeitig die Flut der Daten aus dem Feld zu kanalisieren und zu reduzieren. Zum anderen zeigen sie einen Weg auf, um die in Feldbus-Systemen bisher übliche azyklische Abfrage von Zustandsdaten durch bedarfsgesteuerte Push-Signale zu ersetzen.

Advanced Machine Monitoring
Das wird an verschiedenen Beispielen deutlich: So bewegt sich ein Schlitten auf einer Linearachse und wird von optischen Sensoren überwacht. Abweichungen vom Bewegungsmuster werden durch die Verstellung der Antriebsgeschwindigkeit oder das Blockieren des Wagens simuliert. Die Sensordaten werden in einer von Cluetec implementierten Streaming-Plattform einem Ist-Soll-Vergleich unterzogen. Erreicht der Wagen seine Zielposition zu langsam, nur ungenau oder gar nicht, reagiert das System automatisch. So bedeutet etwa reduzierte Geschwindigkeit einen Verschleiß des Antriebsriemens und der Servicetechniker erhält auf seinem mobilen Endgerät automatisch einen Auftrag zum Austausch. Er dokumentiert seinen Einsatz sowie andere Erkenntnisse sofort elektronisch in seinem digitalen Servicebuch.
Auf Grundlage dieser Daten sind erweiterte historische Analysen möglich; die Entscheidungslogik wird kontinuierlich optimiert. Das webbasierte Frontend bietet einen Überblick über den aktuellen Zustand der Anlage. Verschiedene serviceorientierte Protokolle ermöglichen eine leichte Anbindung an unterschiedlichste Schnittstellen. So können zum Beispiel mobile Serviceaufträge über mQuest abgewickelt werden, auch die Anbindung von kundenspezifischen Systemen ist möglich.
Automatic Asset Administration
Die technische Dokumentation einer Anlage weist oft mit der Zeit zunehmende Abweichungen vom tatsächlichen Bestand auf. Diese können bei nachfolgenden Serviceeinsätzen viel Zeit kosten, zudem bergen sie Risiken im Hinblick auf Gewährleistung und Validierung. Eine elektronische Bestandsverwaltung schafft hier Abhilfe, indem sie beim Austausch von Komponenten die neuen Geräte erfasst und deren Kompatibilität überprüft.
In einem weiteren Beispiel fährt ein Objekt auf einem Förderband zwischen zwei Zielpunkten hin und her, um einen Produktionsprozess zu simulieren. Zwei Optosensoren der Baureihe R100 im Bereich der Zielpunkte erkennen die Ankunft des Objekts und schalten die Bandrichtung um. Die Kommunikation zwischen Sensoren und Maschinensteuerung verläuft über das digitale IO-Link-Protokoll. Ein Edge-Gateway von Hilscher greift auf der Steuerungsebene per Profinet auf die Sensordaten zu. Von hier gelangen sie über das Internet zum SAP Asset Intelligence Network (AIN).
Die Identifikationsdaten der Feldgeräte werden bei der Inbetriebnahme automatisch registriert. Wird ein Gerät ausgetauscht, findet ein automatischer Abgleich zwischen Original und Ersatz statt. Das AIN analysiert dabei sowohl baureihengleiche Typdaten als auch produktindividuelle Instanzdaten. Der Gerätetausch wird im Exponat auf einer Seite des Förderbandes durch das Umstecken des Anschlusskabels zu einem anderen, falschen Gerätetyp simuliert. Da seine Device-ID nicht im IO-Link-Master hinterlegt ist, wird der neue Sensor gar nicht angesprochen, und die Maschine bleibt stehen. Die Ursache des Fehlers wird im AIN angezeigt, das den Austauschsensor identifiziert und mit den Vorgaben abgleicht.
Am anderen Ende des Förderbandes dient ein Sensor gleichen Typs, aber mit anderem Herstelldatum, als Austauschgerät. Der IO-Link-Master erkennt die identische Device-ID und gibt den Neustart der Maschine frei. Ein nicht angepasster Parametersatz oder eine abweichende Firmware werden anhand der Daten im AIN erkannt. So kann zum Beispiel der zentral gespeicherten Parametersatz des Vorgängers auf das Austauschgerät übertragen werden. Zugleich wird das funktional-elektronische Abbild der Maschine systemseitig aktualisiert. Das schafft größere Transparenz und Einsatzsicherheit der Komponenten in komplexen Systemen. Für eine Nachrüstung werden lediglich das Gateway und der Zugang zum AIN in der SAP-Cloud benötigt.
Cloud-based Sensor-Service
Das dritte Beispiel stellte einen Prozess aus der Fertigung Ex-geschützter Sensoren bei Pepperl+Fuchs nach. Die Hohlräume in den Geräten werden dabei mit kleinen Glaskugeln aufgefüllt, die aus einem Vorratsbehälter in die Füllmaschine gelangen. Die Kugeln werden in Säcken angeliefert und von Hand in die Vorratsbehälter der Füllmaschinen geleert. Ein Ultraschallsensor erfasst den Füllstand im Behälter, ein SmartBridge-Interface leitet das Signal über einen Koppler in die Cloud-gestützte Datenplattform von Connectavo, die den aktuellen Füllstand protokolliert. Wenn nachgefüllt werden muss, erhält der zuständige Mitarbeiter eine SMS oder E-Mail. Die früher nötige regelmäßige Sichtkontrolle am Behälter oder im Kanban-System entfällt. Ohne komplexe Technik können die Füllstandsignale auch für eine dezentrale Bestandskontrolle oder eine automatisierte Nachschubsteuerung genutzt werden.
Im vierten Beispiel wird ein Schritt der Qualitätskontrolle nachgestellt, der in der Autoherstellung bereits angewandt wird. Der Sandkern für den Guss eines Motorblocks wird dabei mit einem Multi-Sensor-System auf Maßhaltigkeit und Formgenauigkeit überprüft. Es besteht aus mehreren SpinScan-Einheiten von Pepperl+Fuchs, die mit rotierenden Laserlichtschnitt-Modulen Laserlinien auf die Objekt-Oberfläche projizieren. Sie erzeugen mittels Triangulation ein hinterschneidungsfreies Abbild der Oberfläche. Die Messpunkte für den Qualitätsabgleich werden direkt aus den CAD-Daten des Motor-Designs übernommen und mit einer Genauigkeit von 0,1 mm überprüft. Bei Abweichungen jenseits der Toleranz wird die Gussform aussortiert, sodass sich teure Fehlgüsse vermeiden lassen.
Geringe Investitionen und wenig Aufwand
Mit intelligenter Sensorik und neuen Kommunikationskonzepte lassen sich bei geringem Aufwand verschiedene Ziele erreichen: optimierte Datenhaltung, zustandsorientierte Wartung, automatische Bestandsverwaltung, gezieltes Nachschubmanagement, eine höhere Automatisierungsstufe, verbesserte und frühere Qualitätskontrolle. Die Lösungen kommen ohne folgenreiche Eingriffe in die bestehende Anlagenstruktur aus. Sie erfordern nur geringe Investitionen und wenig Aufwand an Planung und Montage. ge

Kontakt

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Pepperl+Fuchs GmbH
Mannheim
Tel. +49 621 776-1111
SPS IPC Drives: Halle 7A, Stand 330
Informationen zum SmartBridge-Interface:

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