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Die Datenlieferanten der Industrie 4.0

Abbildung der Funktionen des Optosensors BOS 21M ADCAP von Balluff

Bild 1:  Mit seinem umfangreichen Funktionsportfolio beschleunigt der BOS 21M ADCAP Prozesse und reduziert Stillstandzeiten (Quelle: Balluff; Grafik: VDE VERLAG)

Eine Smart Factory mit ihren hochflexiblen Produktionslinien erfordert nicht nur die intelligente Vernetzung von Geräten, sondern auch die Verknüpfung der Feld- und Steuerungsebene mit der IT- und Unternehmensleitebene. Eine Schlüsselrolle nehmen dabei Sensoren ein. Sie sammeln in Echtzeit direkt vor Ort in Maschinen und Anlagen Statusinformationen, um ein virtuelles Abbild der physischen Welt zu schaffen. Intelligente Sensoren liefern über die eigentlichen Primärdaten hinaus auch noch Sekundärdaten, wie die Lebensdauer, das Belastungsniveau, die Schadenserkennung oder die Umgebungstemperatur, die Verschmutzung oder die Güte der Ausrichtung auf das zu erkennende Objekt.

Abbildung des Optosensor BOS 21M ADCAP von Balluff

Bild 2: Der Optosensor bietet vier Sensormodi: Hintergrundausblendung, energetischer Lichttaster, Reflexionslichtschranke oder Einweglichtschranke (Quelle: Balluff)

Abbildung zur Anlagensicherheit von Balluff

Bild 3:  Selbstdiagnose erhöht die Anlagensicherheit in ­schwieriger Umgebung (Quelle: Balluff)

So stellt der neue Optosensor der Baureihe BOS 21M ADCAP von Balluff neben dem reinen Schaltsignal über IO-Link zusätzlich wertvolle Informationen zum Sensorstatus oder zu den aktuellen Umgebungsbedingungen zur Verfügung (Bild 1). Der vielseitige Allrounder ­arbeitet mit Rotlicht und erlaubt die Wahl zwischen vier Sensormodi: Hintergrundausblendung, energetischer Lichttaster, Re­fle­xions- sowie Einweglichtschranke. Diese vier Sensorprin­­zipien werden weltweit in optoelektronischen Sensoren am häufig­sten eingesetzt und haben sich in zahllosen industriellen Anwendungen bewährt. In der ­Produktion bringt das zusätzliche Flexibilität, da sich die Sensorprinzipien jederzeit – auch im laufenden Betrieb – umschalten lassen. So können ganz unterschiedliche Objekte unter wechselnden Betriebsbedingungen immer zuverlässig detektiert werden. Zudem vereinfacht sich die Lagerhaltung, da der Sensor vier Sensorprinzipien in einem Gerät vereint.

Variabel einsetzbar

Ein Sensortausch ist einfach und unkompliziert, da sich die Parametersätze jederzeit über IO-Link aktualisieren und ­aufspielen lassen. Intelligente Sensoren, wie der BOS 21M ­ADCAP (Bild 2), spielen hier mit IO-Link zusammen und nutzen die Datenhaltung, um dem Anwender ein mühe­volles manuelles Einstellen vor Ort zu ersparen. Alle Funktionen des Sensors sind über IO-Link konfigurierbar, sodass ein Remote Teach-in über die Steuerung ausgelöst werden kann. Ferner ist eine Feinjustage vor Ort über den einge­bauten Inkrementalgeber jederzeit möglich. Da dieser in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit unterschiedlich feinfühlig reagiert, lässt sich der Sensor mit nur wenigen Umdrehungen präzise einstellen. Ganz bewusst hat Balluff dabei auf ein Display in Verbindung mit mehreren Teachtasten am Sensor verzichtet.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass sich bei Sensoren dieser Größe nie alle Daten und Konfigurationsmöglichkeiten sinnvoll und übersichtlich auf einem Display darstellen lassen – zumal die Sensoren oft verdeckt und weitgehend un­zugänglich eingebaut sind. Die wichtigsten Informationen werden vor Ort am Sensor dennoch sichtbar: Insgesamt drei Anzeigen, darunter eine Multicolor LED, bieten dem Anwender eine schnelle Übersicht zum Betriebszustand des Sensors.

Diagnose – smart und kompetent

Wesentlicher Bestandteil des intelligenten Sensors BOS 21M ADCAP sind die neuartigen Diagnosefunktionen. Mit den generierten Zusatzdaten lassen sich smarte Wartungskonzepte realisieren und so die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöhen. Beispielsweise ist ein ­Betriebsstundenzähler integriert, als wichtiges Hilfsmittel für eine vorausschauende Wartung. Dank weiterer cleverer Diagnose­informationen lassen sich zunehmende Verschmutzung, Sensor-Dejustage, Einstellungsfehler oder andere Unregelmäßigkeiten frühzeitig und zuverlässig erkennen.

In vielen Anwendungen helfen dabei die Werte der Lichtremission, beispielsweise wenn die Umgebungsbedingungen zwangsläufig zu erhöhter Sensorverschmutzung führen. Diese Werte werden über IO-Link als Rohdaten zur Verfügung gestellt und ermöglichen unter anderem Trendanalysen, um Wartungsintervalle zu optimieren und an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Für Anlagenbetreiber ist das oft essenziell. Ein anschauliches Beispiel liefert die Produktion von Autoreifen (Bild 3). Kommt der Transport der nach dem Vulkanisieren noch heißen Reifen wegen eines verschmutzten Sensors ins Stocken, so rutschen die Reifen aufeinander und teurer Ausschuss ist die Folge. Gleichzeitig kommt es zu einem Produktionsstillstand, bis das Transportband geräumt ist, und schlimmstenfalls können die zugesagten Liefermengen nicht eingehalten werden. Sensoren wie der BOS 21M ADCAP, die eine entsprechende Diagnosemöglichkeit bieten, rechnen sich in solch einem Fall daher schnell. Denn dank der Lichtremissionswerte kennt der Anlagenbetreiber den Verschmutzungsgrad jedes Sensors und kann eine Reinigung veranlassen, bevor es zu einem kostenträchtigen Produktionsstillstand kommt.

Überwacht Signalqualität und Sendeleistung

In gleicher Weise ermöglicht es der Lichtremissionswert, die Güte des Sensorsignals kontinuierlich zu überwachen. Immer wieder kommt es in den Anlagen durch Vibration oder andere äußere Einflüsse zu einer schleichenden Verstellung der mechanischen Ausrichtung. Das führt langfristig dazu, dass die Signalqualität abnimmt und damit auch die ­Zu­verlässigkeit sowie die Präzision der Objekterkennung. ­Bisher gab es keine Möglichkeit, diese schleichende Verschlechterung zu erfassen und zu evaluieren. Sensoren mit einem voreingestellten Schwellenwert melden zwar, wenn die empfangene Lichtmenge zu gering wird, aber sie bieten nicht die Möglichkeit, aus den Rohdaten einen Trend ab­zuleiten und eine quantitative und qualitative Bewertung der Erkennungssicherheit durchzuführen.

In puncto Betriebssicherheit leisten die intelligenten Balluff-Sensoren aber noch mehr. So wird bei ihnen erstmals auch die Leistung der Sende-LED direkt optisch überwacht. Dazu befindet sich im Inneren des Sensors eine Monitor­diode, die die Lichtmenge der Sende-LED unbeeinflusst von äußeren Einflüssen kontinuierlich erfasst. Die dadurch mögliche intelligente Bewertung der Sendeleistung lässt sich prozentual abfragen, wird aber auch durch eine dreistufige „Ampel“ leicht verständlich und prägnant dargestellt. Das vermeidet Fehlfunktionen und reduziert dadurch ebenfalls Maschinenstillstandszeiten. Kritischen Betriebszuständen durch die zwangsläufige Alterung der LED lässt sich so rechtzeitig gegensteuern. In ähnlicher Weise werden die ­Sensorinnentemperatur und die Versorgungsspannung als sogenannte „Stresslevel“ überwacht. Beide Parameter erlauben solide Rückschlüsse über den Belastungszustand des Sensors und damit auch auf das Ausfallrisiko. Auch hier sorgt die dreistufige „Ampel“ für eine schnelle Zustands­diagnose.

Vorverarbeitung der Signale

Da die Detektionssignale schon im BOS 21M ADCAP vorverarbeitet werden, entlastet er die übergeordnete Steuerung und reduziert gleichzeitig den Datenverkehr auf dem Feldbus. So ist beispielsweise in dem Sensor eine frei konfigurierbare Zählfunktion integriert. Sie bietet mehrere Zähl- und Rücksetzmöglichkeiten für verschiedene Anwendungen. Die Auswertung der Zählimpulse findet direkt im Sensor statt – ohne die direkte Weiterleitung der Pulse an die Steuerung. Stattdessen liefert der Sensor Statussignale, zum Beispiel, wenn ein vorher parametrierter Grenzwert erreicht wurde. In gleicher Weise lässt sich auch eine Geschwindigkeits­überwachung vor Ort im Sensor programmieren. Dabei wird die Zahl der erfassten Impulse pro Zeiteinheit ausgewertet und mit einem Vorgabewert abgeglichen. Das alles passiert dezentral, direkt im Sensor, was für schnelle ­Prozes­se sorgt. (no)

www.balluff.com


Autor:
Stefan Hornung ist Industrie Portfolio Manager bei der Balluff GmbH in Neuhausen a. d. F.