Sensorik auf der SPS/IPC/Drives Sensoren für die moderne Fabrik

Sensorik spielt in der Automatisierung der Produktion eine große Rolle.
Sensorik spielt in der Automatisierung der Produktion eine große Rolle.

Auf der Automatisierungsmesse SPS/IPC/Drives spielt natürlich auch die Sensorik eine große Rolle. Intelligenz und Vernetzung sind wichtig für den Einsatz in der Industrie 4.0, doch auch Unempfindlichkeit gegen Störungen und Verschmutzungen ist im industriellen Bereich wichtig.

Vom 22. bis 24. November findet auf dem Nürnberger Messegelände die SPS/IPC/Drives statt. Über 1600 Aussteller präsentieren ihre Neuheiten für die Automation, darunter auch viele Sensorhersteller. Neue Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle machen die Sensoren für die Zukunft fit. Doch auch bessere Genauigkeit, höhere Abtastraten und robuste Bauformen werden auf der Messe gezeigt.

Bei Sick in Halle 7A, Stand 340 dreht sich alles um die smarte Fabrik. Hierbei geht es um Digitalisierung, Intelligenz und Vernetzung in Produktions- und Logistiksystemen, damit sich diese autonom selbst optimieren und steuern können. Im Kontext von Industrie 4.0 soll die Sensorik von SICK dafür sorgen, dass Anwender ihre Realität in Daten fassen und diese zielgereichtet für ihre Applikation einsetzen können. Um die nie dagewesenen Datenmengen zu verarbeiten, müssen Sensoren robuster und leistungsfähiger werden, vor allem aber intelligenter. Doch auch bei Daten muss Qualität vor Quantität gehen. Je kompakter und aussagekräftiger die eingespeisten Daten sind, desto effizienter können Ressourcen genutzt werden und desto genauer fällt die Analyse aus. Intelligente Sensoren, die direkt im Sensor Daten vorverarbeiten, komprimieren und filtern, perfektionieren die Prozesse für Industrie 4.0.

Für einen automatisierten Produktionsprozess sind Sensoren notwendig, die nicht nur auf der Steuerungsebene, sondern auch auf der übergeordneten Datenebene kommunizieren. Die zusätzliche Schnittstelle in das Daten- oder Softwaresystem ermöglicht dort neue Analysen und Funktionen, die Flexibilität, Qualität, Effizienz und Transparenz in der Fertigung steigern. Deshalb muss der Sensor die erfassten Daten zunächst parallel und unabhängig voneinander an beide Ausgänge übermitteln.

IO-Link für Industrie 4.0

Industrie 4.0 ist auch für andere Sensor-Hersteller ein wichtiger Punkt. Das zeigt sich zum Beispiel in der Ausstattung vieler Sensoren mit IO-Link-Schnittstellen, so wie beispielsweise die C44-Induktivsensoren (Bild 1) von Contrinex (Halle 7A, Stand 406). Der Anwender entscheidet, ob er den Induktiv-Sensor im IO-Link-Modus oder klassisch betreibt. Da in beiden Fällen Sensor und Verkabelung identisch bleiben, werden Validierungs- und Lagerhaltungskosten erspart.

Die C44-Induktivsensoren eignen sich für Anwendungen der Automobilindustrie oder der Fördertechnik sowie für den Außeneinsatz bei Hafenanlagen oder Fahrgeschäften. Besonders in rauen Umgebungen sorgen ein Temperaturbereich von -25 bis +85 °C sowie die Schutzklasse IP68/IP69K für zuverlässiges Schalten. Ein Schaltabstand bis 40 mm schließt mechanische Beschädigungen nahezu aus. Dank schwenkbarem Sensorkopf lassen sich die C44-Induktivsensoren in fünf verschiedene Richtungen drehen, was für eine große Flexibilität beim Einbau sorgt.

Auch die Firma Novotechnik stattet immer mehr der Sensoren zur kontaktlosen Positionsbestimmung mit IO-Link-Schnittstellen aus. Einige davon zeigt die Firma in Halle 4A am Stand 125. Die Wahl des geeigneten Messprinzips und des passenden Sensors ist jedoch immer noch von den konkreten Anforderungen der jeweiligen Messaufgabe bestimmt. Der induktive Wegaufnehmer TF1 (Bild 2) mit Standardlängen von 100 bis 1000 mm eignet sich zum Beispiel für Linearantriebe, Spritz- und Druckgussmaschinen, für Pressen und Stanzen in der Blechbearbeitung, für Verpackungs- oder Holzbearbeitungsmaschinen oder für die Positionserfassung an schnellen Bewegungseinheiten in Fertigungslinien. Die Update-Rate des Messsystems erreicht 10 kHz. Dabei arbeitet der Sensor mit einer Auflösung von bis zu 1 µm. Die verwendete Novopad-Technik ist unempfindlich gegenüber Magnetfeldern. Da der TF1 aus nichtmagnetischem Material besteht, sammeln sich auch keine Metallspäne am Sensor. Das Messsignal wird als analoges Strom-/Spannungssignal oder digital über SSI ausgegeben. Außerdem sind Kommunikationsschnittstellen gemäß IO-Link bzw. CANopen-Standard verfügbar; eine Ethernetschnittstelle ist geplant.

Wirbelstromsensoren für die Positionsbestimmung

Auch Micro-Epsilon widmet sich am Stand (Halle 7A, Stand 130) unter anderem berührungslosen Positionssensoren. Die Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon sind zur Erfassung von Weg, Abstand, Verschiebung, Position, Schwingung und Vibration konzipiert und eignen sich auch zum Messen im rauen Industrieumfeld, selbst wenn Druck, Schmutz oder Temperaturschwankungen auf sie einwirken. Durch das physikalische Wirbelstrom-Messprinzip sind sie in der Lage, durch nichtleitende Werkstoffe hindurch zu messen. So sind die Sensoren unempfindlich gegenüber Medien wie Kunststoffen, Verschmutzungen oder Öl, die sich im Messspalt befinden. Dynamische Prozesse können mit bis zu 100 kHz gemessen werden. Die kompakten Wirbelstromsensoren der Serie eddyNCDT 3001 sind in einem M12 Gehäuse untergebracht. Die Sensoren dieser Serie werden beispielsweise für die Überwachung des Ölspalts an hydrostatischen Lagern eingesetzt. Das Modell eddyNCDT 3005 ist ein kompaktes, robustes Sensorsystem, das temperaturkompensiert ist. Die Messgenauigkeit ist dadurch auch bei Temperaturschwankungen im Bereich von -30 bis 180 °C sehr gut. Zusätzlich sind Controller, Kabel und Sensor druckbeständig bis zu 10 bar. Beide Sensoren werden von Micro-Epsilon auch bei Bedarf an die Vorgaben des Kunden angepasst.

Magnetische Drehgeber und weitere Sensoren

Baumer stellt auf der SPS in Halle 4, Stand 335 aus. Unter anderem ist dort die neue Generation der robusten magnetischen MAGRES Absolut-Drehgeber (Bild 3) zu sehen. Die neue Generation MAGRES EAM580 und EAM360 kombiniert nun diese Robustheit mit einer hohen Winkelgenauigkeit bis 0.15° für eine optimale Prozesskontrolle in Anwendungen, die bisher oft nur mit optischen Drehgebern gelöst werden konnten. Die Produktfamilie bietet mit mehreren Mechanik-, Anschluss- und Schnittstellen-Varianten in Baugrösse 58 mm und 36 mm eine große Flexibilität für die Auswahl des passenden Sensors. Durch ihren kompakten Aufbau ermöglicht die neue Serie der MAGRES Drehgeber zudem den Einsatz in Anwendungen mit engen Einbauräumen. Der EAM580 mit PROFINET ist mit OPC UA für Anforderungen von Industrie 4.0 gerüstet.

Die Firmware der neuen Serie wurde entsprechend den Anforderungen der EN13849 entwickelt. Dadurch sind die Drehgeber als Standardkomponenten einsetzbar in funktional sicheren Systemen zertifiziert bis PLd. Die Drehgeber sind mit redundanter Abtastung verfügbar und geben über CANopen zwei Positionswerte aus, die steuerungsseitig zur Plausibilisierung überprüft werden können. Teil der neuen Generation robuster magnetischer Drehgeber ist die R-Serie EAM580R und EAM360R. Durch E1-konformes Design für hohe elektromagnetische Verträglichkeit, Schutzart IP 67 und Korrosionsfestigkeit C5-M ist für anspruchsvolle Außenanwendungen ausgelegt, beispielsweise in der Mobilen Automation. Mit Litzenquerschnitten von 0,5 mm² unterstützen sie zudem die Verwendung von Automotive-Steckverbindern.

Hohlwellen-Encoder

In Halle 4A, Stand 445 zeigt Bogen Electronic den Absolutmesskopf AKS16 (Bild 4). Der Messkopf kann sowohl Linear- als auch Rotationsbewegungen absolut oder inkrementell messen. Der AKS eignet sich für Linearmessungen bis zu 192 mm. Mit jeweils sechs verschiedenen Durchmessern von 15 mm bis 60 mm lassen sich Rotationsbewegungen sowohl radial als auch axial messen. Das Schnittstellenformat BiSS-C oder SSI stellt die Absolutpositionen für den Off-Axis-Messkopf AKS16 zur Verfügung. Inkrementalsignale werden parallel als Encoder-typische ABZ-Signale oder als Kommutierungssignale ausgegeben. Mit einer Auflösung von 16 bis 18 Bit übertrifft der AKS16 als Hohlwellen-Encoder herkömmliche Wellenend-Encoder. Aufgrund seiner geringen Größe kann der AKS16 platzsparend auch in kleine Bauräume integriert werden. Typische Anwendungen finden sich bei Robotern, in der industriellen Automatisierung, der Life Science Industrie und allgemein im High Tech Umfeld.

Hall-Multiturn-Encoder

Der konfigurierbare Hall-Multiturn-Encoder iC-PVL (Bild 5) von iC-Haus (Halle 6, Stand 440) stellt eine batteriegepufferte, kostengünstige und platzsparende Ersatzlösung für mechanische Getriebe-Multiturn-Drehgeber dar. Die geringe Stromaufnahme von <10µA erlaubt einen batteriegestützten Betrieb über mehrere Jahre. Zum Einsatz kommt ein flaches, nur 4x4 mm² großes QFN-Gehäuse mit integrierten Hall-Elementen. Damit lassen sich magnetische Bänder (linear) oder Scheiben und Polräder mit 1,0 bis 5,0 mm Polbreite abtasten. Der iC-PVL kann für lineare Anwendungen als reiner Periodenzähler konfiguriert werden. Eine FlexCount-Schaltung ermöglicht die Interpretation von 1 bis 256 magnetischen Polpaaren als eine mechanische Umdrehung in rotativen Anwendungen. Die aktuelle Position innerhalb einer Umdrehung kann in diesem Fall zusätzlich ausgegeben werden. Drehzahlen bis 15.000 U/min (bei 32 Polpaaren) oder Linearbewegungen bis 24 m/s (bei 1,5 mm Polbreite) sind möglich. Die Umschaltung auf Batteriebetrieb erfolgt automatisch, sodass die Erfassung der Multiturn-Position auch bei Netzausfall gesichert ist. Eine konfigurierbare Warnschwelle für die Batteriespannung macht die Wartung planbar und vermeidet so Standzeiten. Der Baustein zählt trotz schwacher Batterie korrekt weiter und signalisiert am Fehlerausgang sowie über ein Statusregister, dass ein Batteriewechsel erforderlich ist.

Der AMA Verband für Sensorik und Messtechnik hat auf der SPS/IPC/Drives wieder einen Gemeinschaftsstand für Sensorik- und Messtechnik-Unternehmen eingerichtet. Elf Aussteller präsentieren sich in Halle 4A bei Stand 221 und 223. Die Firmen informieren über verschiedene Technologien für die elektrische Automatisierung: Vom einzelnen Sensorelement über spezifische Messtechnik, System- und Komplettlösung bis hin zu industrieller Ersatzteilbeschaffung. Außerdem laden die elf Aussteller zum fachlichen Austausch unter Spezialisten.

Auch eine Session des Automation 4.0-Summit der WEKA-Fachmedien widmet sich der Sensorik. »Sensorik für Industrie 4.0« lautet das Thema am zweiten Tag der Messe (Mittwoch) zwischen 10:30 Uhr und 14:30 Uhr im Raum Shanghai/NCC Ost.