Schwerpunkte

Sensorik für das IIoT

Fühler für Anlagen der Industrie 4.0

23. Oktober 2020, 09:18 Uhr   |  Nach Unterlagen von Reichelt


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Der Einsatzzweck bestimmt die Messgröße

Das Angebot an Sensoren für das Detektieren und Messen aller physikalischen Parameter von Position, Neigung, Winkel und Distanz über Strom, Energie, Druck und Temperatur bis Füllstand und Durchfluss ist groß, beinahe unüberblickbar. Dazu kommen Systeme der digitalen Bildverarbeitung, etwa LIDAR-Sensoren für die optische Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. »Die Kunst liegt in der Auswahl des passenden Gerätes für die jeweilige Aufgabe«, erläutert Tobias Thelemann. »Das betrifft in erster Linie die Bestimmung der Kenngröße, deren Änderung die erforderlichen Schlüsse zulässt.«

So kann man etwa von der erhöhten Stromaufnahme in einer Motorzuleitung oder einer zu hohen Temperatur auf eine mechanische Schwergängigkeit infolge von Abnützung oder mangelnder Schmierung schließen. Vibrationen lassen Rückschlüsse auf Verschleißerscheinungen zu, Veränderungen im Durchflussverhalten von Betriebsstoffen legen deren Austausch nahe. Solche Informationen ermöglichen zielgerichtete und daher zeitsparende Überprüfungen und Eingriffe durch das Wartungspersonal. Zudem lässt sich durch eine automatische Anpassung der Bearbeitungsparameter in vielen Fällen der produktive Betrieb der Anlage bis zum Wartungseingriff fortsetzen.

Auch dort, wo die Sensorik durch die Bestimmung von Lage, Weg oder relativen Positionen beweglicher Maschinenteile zur Verbesserung der Anlageneffizienz beiträgt, ist die Wahl der passenden Messgröße erfolgsentscheidend. Bei der Füllstandsmessung beispielsweise hängt es in erster Linie vom Material der Behälterfüllung ab, welchem der zahlreichen Messprinzipien der Vorzug zu geben ist. »Welches Messverfahren – und damit welche Sensorgrundtype – für die Bestimmung des Anlagenzustandes am zielführendsten ist, kann immer nur im Einzelfall beurteilt werden«, bestätigt Tobias Thelemann.

Der Umgebung angepasst

Weitere Kriterien zur Auswahl zusätzlicher Sensoren für das IIoT gibt die oft raue Einsatzumgebung vor, in der diese jahrelang zuverlässig ihre Funktion erfüllen sollen, und das möglichst ohne viel Wartung. Generell kommen für Fertigungsstraßen und Industrieanlagen nur industrietaugliche, robuste Ausführungen in Frage, deren Bauform sich für die Montage am Ort des Geschehens eignet. Auch das Messverfahren muss zu den Umgebungsbedingungen passen, es darf nicht durch die Anlagerung von Staub und Schmutz, Öl oder Feuchtigkeit beeinträchtigt werden.

Der Temperaturbereich der Sensoren sollte dem zu erwartenden Einsatzszenario entsprechend gewählt werden, ebenso die Schutzklasse. »Für die Lebensmittel- oder Pharmaproduktion empfiehlt sich z. B. die Schutzklasse IP69k, die eine regelmäßige Hochdruckreinigung übersteht«, nennt Tobias Thelemann ein Beispiel. »Für den Betrieb in explosionsgefährdeten Umgebungen sind Sensoren in ATEX-Ausführung erforderlich.«

Konnektivität entscheidet

Entscheidend für die Eignung von Sensoren zum Aufbau von IIoT-Systemen sind deren Schnittstellen zu übergeordneten Systemen. In manchen Fällen ist es sinnvoll, Sensoren an den bestehenden Steuerungssystemen vorbei direkt mit der IT kommunizieren zu lassen. »Dafür gibt es viele Möglichkeiten, etwa das globale Funknetzwerk Sigfox oder das Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), die mit hoher Datensicherheit und einen geringen Energiebedarf punkten«, kommentiert Tobias Thelemann. »Auch der kommende Mobilfunkstandard 5G soll unter anderem für diese Aufgabenstellung genutzt werden.«

Selbst in anspruchsvollen IIoT-Projekten werden die meisten Sensoren jedoch nicht direkt mit den obersten Schichten der Lösung verbunden, die im Rechenzentrum oder in der Cloud arbeiten. Ihre Daten und Signale sind auch für lokale Steuerungs-, Regelungs- und Visualisierungssysteme relevant. Zudem lässt sich durch das Zwischenschalten einer Ebene mit Steuerungen oder Edge Computern die Menge der zu transportierenden und in darüberliegenden Systemen zu verarbeitenden Daten reduzieren. Das bringt ein erhebliches Einsparungspotenzial.

Deshalb sollten die Konnektivitätseigenschaften der Sensoren für IIoT-Upgrades bestehender Anlagen einerseits zum Datenaufkommen des jeweiligen Sensors passen und andererseits zur bestehenden Systeminfrastruktur in der Anlage. Viele Sensoren sind mit Schnittstellen zu den gängigen Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systemen verfügbar. Oft genügt aber auch eine serielle Schnittstelle, etwa RS232 oder USB, und auch die klassisch-einfache analoge Anschaltung über eine 4 … 20 mA Stromschleife hat noch keineswegs ausgedient.

Alles aus einer Hand

Weil die vorhandenen Maschinensteuerungen meist keine freien Kapazitäten aufweisen, müssen Hersteller von IIoT-Lösungen oft eine lokale Vorverarbeitungsebene einziehen. Sie benötigen dazu neben allen Arten von Sensoren auch die passenden I/O-Systeme, Steuerungssysteme und Edge-Computer einschließlich der benötigten Cloudanbindungen ebenso wie die erforderliche Netzwerktechnik.

Wichtig für IIoT-Projekte sind laut Thelemann vor allem drei Dinge. Sie sind sehr individuell, für die Auftraggeber zählen hauptsächlich die kurzfristige Verfügbarkeit und langfristige Wiederbeschaffungsmöglichkeit der Komponenten und Geräte und die benötigten Geräte müssen in Kleinststückzahlen bis hinunter zu Einzelstücken beziehbar sein.

Quellen

[1] Industrial IoT in Deutschland 2019: Ziele, Anforderungen und Technologien der IoT-Umsetzung im industriellen Sektor, IDC, Oktober 2019. https://docplayer.org/175960434-Industrial-iot-in-deutschland-2019.html

Seite 2 von 2

1. Fühler für Anlagen der Industrie 4.0
2. Der Einsatzzweck bestimmt die Messgröße

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Siemens bietet Ortungssystem für Mitarbeiter an
Heidelberger Druckmaschinen steigt in gedruckte Sensorik ein
Zuverlässige 3D-Bauteilvermessung mit SWIR-Kamerasystem

Verwandte Artikel

Reichelt Elektronik GmbH & Co. KG