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Kann intelligente Sensorik die Fehlerquellen in Prozessanlagen reduzieren – und sie somit effizienter machen?

Bild: iStock, eyegelb

Umfrage Lassen sich mit smarten Sensoren Kosten und Schnittstellen reduzieren?

17.06.2020

Smarte Sensoren können mehr als nur digitale Signale von sich geben, zum Beispiel weitere Sensoren integrieren und umfangreiche Zustandsinformationen liefern. Reduzieren also smarte Sensoren die Anzahl der notwendigen Sensoren und Schnittstellen und damit auch die Kosten? Wir haben nachgefragt.

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Was Vertreter aus der Prozessindustrie auf unsere Frage geantwortet haben, lesen Sie in unserer Bildergalerie:

Bildergalerie

  • Dr. Bernd Beßling, Vorstandsmitglied der Namur und Senior Vice President Center of Technical Expertise bei BASF: Durch den Ansatz Namur Open Architecture (NOA) haben wir die Welt der in den Feldgeräten verborgenen Informationen über einen zweiten Kanal sichtbar gemacht. Damit gelingt uns heute schon der vermeintlich triviale Abgleich der Planungsdaten mit der realen Welt in der Anlage. Hierbei sprechen wir von der Namur – wie bei unserem Mitglied der BASF implementiert – vom sogenannten „statischen Use Case“ und sparen damit vor und nach einer Anlagenabstellung viele Wege zur Verifizierung der Installation. Als nächsten Schritt gehen wir den sogenannten „dynamischen Use Case“ an und werden die Maintenance-Daten der Feldgeräte für die Optimierung der Instandhaltung und die Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit nutzbar machen.

    Bild: BASF

  • Steffen Ochsenreither, Business Development Manager IIoT/Industrie 4.0 bei Endress+Hauser: Unter smarten Sensoren verstehen wir Messgeräte, die verschiedene Daten intern verarbeiten und dem Anwender Informationen ausgeben. Dabei kann ein Messgerät auch heute schon verschiedene Messparameter erfassen (beispielsweise Durchfluss ergänzt um Temperatur). Diese zusätzlichen Messwerte können ausgegeben werden, und dadurch könnte in Theorie auch eine separate Messstelle entfallen. Dies ist jedoch im Einzelfall zu prüfen, birgt doch der Ausfall eines solchen Messgeräts die Gefahr, beide Messwerte zu verlieren. Darüber hinaus sehen wir einen Mehrwert darin, die bereits heute in den Geräten vorliegenden Daten auch in externen Systemen beispielsweise zur Optimierung des Anlagenprozesses zu verwenden – denn bis zu 97 Prozent dieser Daten werden heute nicht genutzt.

    Bild: Endress+Hauser

  • Matthias Kremer, Branchenmanager Wasser/Abwasser bei Jumo: Betrachtet man physikalische Sensoren, muss einem eines immer bewusst sein: Das eigentliche Sensorelement, in dem die physikalische oder chemische Messgröße aufgenommen wird, ist und bleibt ein analoges, den physikalischen Eigenschaften seines Messprinzips folgendes Stück Technik. Erst durch die Weiterverarbeitung und Verstärkung des analogen Signals in einer Elektronik entstehen aus den physikalischen Effekten verwertbare Messwerte. Bei den „smarten Sensoren“ wird nun die Zusatzarbeit eines separaten Messverstärkers näher an das analoge Ur-Sensorelement herangerückt und in den mechanischen Körper des Sensors integriert. Die Vorteile liegen auf der Hand: Verdrahtung wird eingespart, Messfehler eventuell minimiert, auf spezielle Messverstärker je Messgröße kann verzichtet werden. Statt analoger Messwertübertragung können nun auch direkt digitale Schnittstellen bereits am Sensor die Kommunikation übernehmen. Der Sensor wird zum selbstständigeren Teil einer Anlage. Bei entsprechender Auslegung der Firmware speichert der Sensor seine individuellen Kalibrierdaten, führt Berechnungen und Linearisierungen durch, meldet vielleicht sogar vorausschauend mögliche Fehler. In Bussystemen kann sich ein solcher Sensor sogar selbstständig in der Anlage anmelden und somit einen erleichterten Austausch erlauben. Damit wird sogar ein traditionell anmutender Sensor zum smarten Teil einer Anlage.

    Bild: Jumo

  • Haydar Kartal, Produktmanagement Electronic Products bei Wika: Der herausragende Mehrwert smarter Sensoren liegt im Condition Monitoring, mit dessen Hilfe potenziellen Fehlern in Sensor und Prozess rechtzeitig vorgebeugt werden kann. „Smart“ kommt daher vor allem für Maschinen und Anlagen im Dauerbetrieb beziehungsweise für komplexe Prozessbedingungen in Frage. Unsicherheitsfaktoren wie beim Handling lassen sich zwar nicht vollständig ausschließen, aber minimieren. Je größer die wirtschaftlichen Folgen eines möglichen Fehlers, desto mehr rechnet sich der Investitionsaufwand für Sensoren und Personalkompetenz. Die Absicht, die Zahl der einzusetzenden Sensoren zu reduzieren, steht bei smarten Lösungen nicht im Fokus. Über die Integration von Sensoren mit IO-Link lassen sich jedoch Schnittstellen einsparen.

    Bild: Wika

  • Reiner Müller, Geschäftsbereichsleiter Fabrikautomation bei Pepperl+Fuchs: In der Tat ist ein smarter Sensor dadurch charakterisiert, dass er neben den Sensorwerten auch Informationen über seine Identität und seinen Zustand bereitstellt, die über eine standardisierte bidirektionale Schnittstelle abgerufen werden können. Pepperl+Fuchs vergibt für solchermaßen qualifizierte Produkte das Label „Sensorik 4.0“ und bringt damit deren Eignung für Industrie 4.0 zum Ausdruck. Durch die Integration mehrerer sensorischer Elemente in eine solche smarte Komponente können darüber hinaus Informationsgehalt und Qualität des resultierenden Sensor-Ausgangssignals gesteigert werden. Der wesentliche Vorteil für den Anwender solcher Multi-Sensor-Komponenten gegenüber aus einzelnen Einheiten aufgebauten Lösungen liegt darin, dass die Sub-Komponenten mit geeigneter Vorverarbeitung im Sensor bereits perfekt aufeinander abgestimmt arbeiten und so den Engineering-Aufwand deutlich reduzieren. Darüber hinaus reduziert sich auch die Anzahl der benötigten Schnittstellen zur Anbindung der Sensorik sowie im Normalfall auch der insgesamt benötigte Bauraum.

    Bild: Pepperl+Fuchs

  • Martin Schramm, Field Segment Manager Key-Applikation Sensoren und Sensorsysteme bei Bürkert: Durchflussmesser gibt es viele, aber alle relevanten Fluidik-Funktionen in einem Gerät zu integrieren, bleibt etwas Besonderes. Das Multiparameter-Messgerät FLOWave liefert neben einer präzisen Durchfluss- und Temperaturmessung zusätzliche Informationen: So erlaubt die integrierte Erkennung von Gasblasen ein schnelles Eingreifen bei Störungen. Der Dichtefaktor zeigt nicht nur Medienwechsel zwischen Produkt und Wasser an, auch Flüssigkeiten mit unterschiedlichem Zuckergehalt können voneinander unterschieden werden. Auch Konzentrationsmessungen wie beispielsweise die Stammwürzemessung bei Bier können realisiert werden. Zudem ermöglicht eine Viskositätskompensation genaue Messungen auch bei hochviskosen Flüssigkeiten. Die Datenübertragung ist über EDIP an alle gängigen Feldbusse möglich. Die vielfältigen Parameter erhöhen die Zuverlässigkeit des Prozesses und verbessern die Produktqualität.

    Bild: Bürkert

  • Oliver Marks, Leiter Geschäftsbereich Automation Products bei Turck: Smart bedeutet im Sensorik-Umfeld zunächst einmal, dass die zusätzlichen Informationen, die Sensoren heute liefern können, auch in der Steuerung oder der Cloud ankommen. Dazu setzen wir voll auf den Kommunikationsstandard IO-Link. Es macht die Datenübertragung auf dem letzten Meter kosteneffizient und mit Com3 und IO-Link 1.1 auch schnell genug. So lassen sich neben Nutzdaten auch viele Zusatzdaten für Condition Monitoring übertragen. Alle Turck-Sensoren mit IO-Link etwa können Temperaturinformationen weitergeben. Unser berührungsloser Encoder gibt nicht nur die Encoder-Position an, sondern auch Lageänderungen des Positionsgebers. Und Ultraschallsensoren geben über die Signalstärke an, ob sie noch richtig ausgerichtet sind. Diese Zusatzdaten können Anwender zur effizienten vorausschauenden Wartung nutzen und so Industrie 4.0 wirklich leben.

    Bild: Turck

  • Dr. Knut Georgy, Senior Market Segment Manager Process Analytics bei Hamilton Bonaduz: Intelligente Sensoren ermöglichen nicht nur die gleichzeitige Übertragung von Messdaten, Warnungen und Sensordiagnostik an das Prozessleitsystem, sondern auch an ein mobiles Endgerät. Integrierte Mikro-Transmitter liefern robuste Signale und speichern Kalibrierdaten. Dadurch können intelligente Sensoren an zentraler Stelle kalibriert und für ihren Einsatz aufbewahrt werden. Wird die Kalibrierung mithilfe der ArcAir-App von einem mobilen Endgerät aus durchgeführt, so erzeugt die App automatisch einen Kalibrierreport, der dann übertragen und archiviert werden kann. Übertragungsfehler werden damit vermieden und die Dokumentation wird vereinfacht. In GMP-Umgebungen sind solche nicht manipulierbaren Reports vorgeschrieben, sie helfen aber auch in anderen Bereichen, Prozesse zu verbessern und Kosten zu senken.

    Bild: Hamilton

  • Konstantin Selnack, Product Manager Connectivity bei Siemens: Das „Wer bin ich?“ ist eine Frage des intelligenten Gerätemanagements. Mit neuen digitalen Lösungen ist es deutlich einfacher, Feldgerätedaten vollumfänglich zu nutzen. Sei es für die generelle Bestandsaufnahme oder auch für weiterführende Analysen und Optimierungen. Die Integration der Daten weiterer Sensoren (zum Beispiel zur Überwachung von Pumpen) ließ sich bisher über eigens programmierte Bausteine im Leitsystem lösen. Inzwischen ist dies rückwirkungsfrei über den zweiten Datenkanal möglich, ohne die Kernautomatisierung zu belasten. Die notwendigen Schnittstellen bieten aktuell Field Gateways wie der Sitrans CC240, zukünftige IoT-Sensoren werden diese direkt mit an Bord haben. Die Analyse der Daten kann sowohl on- als auch off-premise erfolgen.

    Bild: Siemens

  • Alexander Gerstner, Head of Product Marketing bei Baumer: Ja, smarte Sensoren können Kosten senken und die Zuverlässigkeit erhöhen. Sie sind „connected“, das heißt: Sie nutzen Standards wie IO-Link oder Ethernet-basierte Feldbusse sowie OPC UA. Das macht die Integration einfach. „Smart“ heißt auch, intelligente Funktionen mit Mehrwert zu liefern. Weniger Rüstaufwand durch automatisch anpassbare Schallkeulen von Ultraschallsensoren oder mehr Flexibilität durch programmierbare Drehgeber. Induktive Sensoren stellen gleichzeitig den Distanzwert, definierbare Schaltpunkte sowie die Schaltfrequenz bereit und entlasten die Steuerung. Smart-Vision-Sensoren machen umfangreiche externe SW-Programmierung sogar ganz überflüssig. Zur Ermittlung der zwei Prozesswerte Fließgeschwindigkeit und Temperatur genügt ein Sensor. Nicht zuletzt ermöglichen Diagnosedaten wie die Signalqualität einer Lichtschranke das Condition Monitoring.

    Bild: Baumer

  • Peter Wienzek, Business Development Manager Systems bei IFM: Smarte Sensoren sind schon seit Jahren ein großes Thema bei IFM. War es am Anfang der Bedarf nach lokaler Linearisierung und Signalvorverarbeitung geht es heute um Mehrfachnutzung der Informationen in der Maschinensteuerung (OT) und in der Cloud (IT). Der Erfolg setzte dank IO-Link als digitaler Schnittstelle ein. Hierdurch konnten zum Beispiel mit einem Durchflusssensor SD neben dem Durchfluss auch weitere analoge Signale wie Temperatur, Druck und Verbrauch kostengünstig übertragen werden. Somit entfielen weitere Sensoren und Rohrflansche und natürlich teure Analogeingangskarten. Ein weiterer Vorteil besteht in der Auswertung systemkritischer Zustände wie Verschmutzung, Überlast und Kurzschluss. Diese können über den Y-Weg und ein Edge-Gateway direkt zu einem Server übertragen werden und dort entsprechende Meldungen in die Visualisierung oder per E-Mail an das Servicepersonal übertragen, die dann eine präzise Wartung durchführen können. Mit einer Anbindung an ERP-Systeme, wie SAP, können Sensormeldungen direkt in Serviceaufträge umgesetzt werden.

    Bild: IFM

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