Industrielle Messtechnik Das Zeitalter der ethernetfähigen Messtechnik hat begonnen

Autor / Redakteur: Erich Winkler* / Sariana Kunze

Vor 40 Jahren begann die Geschichte des Ethernet-Netzwerkprotokolls. Der Erfolg dieser Technologie liegt am offenen Protokoll, dass einen nahezu uneingeschränkten Kommunikationsfluss in den Netzwerken erlaubt. Speziell für die Messtechnik vereinfacht eine offene Ethernet-Schnittstelle die Integration der Sensoren in vorhandene Systeme.

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Ethernetfähige Messtechnik erhält Einzug in die industrielle Fertigung: Um die Bahndicke in der Mineralwollproduktion zu messen, werden die Sensorenangaben synchronisiert.
Ethernetfähige Messtechnik erhält Einzug in die industrielle Fertigung: Um die Bahndicke in der Mineralwollproduktion zu messen, werden die Sensorenangaben synchronisiert.
(Micro-Epsilon)

Das Ethernet-Netzwerkprotokoll basiert auf der Kombination eines Datenpakets (Frame) in Verbindung mit einer Checksumme, die der Sender erstellt und der Empfänger überprüft. Stimmt die empfangene Prüfsumme nicht mit der berechneten überein, wird der Datenblock verworfen und neu angefordert. Die integrierte Kollisionserkennung ermöglicht einen reibungslosen Datenverkehr bei mehreren Teilnehmern.

Die Technologie erlaubt nahezu uneingeschränkten Kommunikationsfluss in den Netzwerken - unabhängig vom Betriebssystem des Endgeräts und der eingesetzten Hardware. Neben der klassischen kabelgebundenen Kommunikation, verbindet die Wi-Fi-Technologie kabellose Systeme. Datenübertragung per Ethernet ist sehr schnell: Datenraten bis zu 10 GBit/s ist heutiger Stand der Technik. Das Datenprotokoll sichert die vollständige und fehlerfreie Datenübertragung. Die eingesetzten Standardkomponenten werden in der Massenproduktion hergestellt, was die Komponenten sehr preisgünstig macht. die geringen Kosten tragen zur weiteren Verbreitung von Ethernet in der Automatisierung bei.

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Speziell für die Messtechnik ermöglicht die Ethernet-Schnittstelle es dem Bediener einen Controller per IP von überall her anzusprechen, die Messdaten ortsunabhängig auszuwerten und die Fernwartung weltweit durchzuführen. Die Bedienung und Systemkonfiguration erfolgen im Standard Web-Browser, keine zusätzliche Software-Installation ist notwendig.

Industrielle Produktion fasziniert durch ihre Größe

Millionen teuere Anlagen, Fußballfeldgroße Produktionshallen und verflochtene Workflows, Kabel-Dschungle sind die Folge. Neue Sensoren unter diesen Bedingungen zu integrieren ist aufwändig. Dagegen spart ein Messsystem mit einem Mehrkanal-Controller viel Arbeit, Zeit und Geld. So bietet der Universal-Controller CSP2008 eine flexible Lösung für die Automatisierung von Maschinen und Anlagen im dynamischen Industrieumfeld. Der Universal-Controller verrechnet bis zu sechs Sensorsignale: zwei Sensoren werden per Schnittstelle direkt an den Controller angeschlossen. Vier weitere werden modular über separate Module mit dem Controller verbunden. Bei Anwendungen mit mehreren Sensoren, z.B. Höhenmessung; Koplanaritätsmessung, Ebenheits- und Rundheitsmessungen, werden Signale direkt im Controller verrechnet. Der Controller ist echtzeitfähig bis 100 kHz. Die Messwerte können vor Ort am Controller abgelesen werden oder per Ethernet zum Leitstand übertragen werden. Die (Fern-) Bedienung erfolgt vom Arbeitsplatz aus im Webbrowser. Der Controller ist per Weboberfläche konfigurierbar. Die Bedienoberfläche – Web Browser - bedarf keiner zusätzlichen Software-Installation.

Im Unterschied zur Produktion, ist die Herausforderung eines Labors oder einer Qualitätssicherung die geforderte Flexibilität, da die Arbeitsplätze und eingesetzte Sensoren häufig gewechselt werden. Für den Einsatz in der Qualitätssicherung, Prüflabor und Entwicklung eignet sich das Wirbelstrom-Wegmesssystem eddyNCDT 3100. Zum Beispiel bei der Qualitätskontrolle in der Spindelfertigung. Da hier Spindel in unterschiedlichen Längen und Durchmesser gefertigt werden, werden für das optimale Messergebnis Sensoren mit unterschiedlichen Messbereichen benötigt. Je kleiner der Messbereich, desto genauer können die thermische Ausdehnung, Durchbiegung usw. bestimmt werden. Da die Kenndaten und die Abstimmung auf ferromagnetische und nicht-ferromagnetische Werkstoffe der Wirbelstrom-Wegsensoren im Sensor hinterlegt sind, können die Sensoren einfach und ohne erneute Kalibrierung an einen und den gleichen Controller abwechselnd angeschlossen werden; das Messsystem wird direkt über die Ethernetschnittstelle vom PC bedient.

Ethernetfähige Sensorik ertastet Füllniveau im Medizinlabor

In manchen Fällen ermöglicht die ethernetfähige Sensorik gar den Übergang von den manuellen Vorgängen zu den automatischen. z.B. im Medizinlabor. Dort werden Wirkstoffe für Testserien in Mikrotiter-Gefäße manuell gefüllt. Die exakte Menge des jeweiligen Wirkstoffes ist wichtig, die Befüllung muss exakt erfolgen. Üblicherweise werden dafür Stichproben gewogen. Doch für die 100%-Qualitätsprüfung reicht das nicht aus. Für derartige Anwendungen stellt die konfokale Messtechnik eine geeignete Lösung dar. Beim konfokal-chromatischen Messverfahren wird weißes Licht über Linsen in verschiedene Spektren aufgespaltet und senkrecht auf ein Objekt fokussiert. Das reflektierte Licht wird über ein Spektrometer auf die CCD-Zeile geleitet: jede Position auf der CCD-Zeile entspricht nun genau einer Wellenlänge und somit der Entfernung des Messobjektes vom Sensor. Diese Technologie ermöglicht Messungen mit der Auflösung im Nanometerbereich. Lange Zeit gab es keinen ethernetfähigen Controller für derartige Sensoren. Sie mussten über einen A/D-Wandler an den PC angeschlossen werden. Der erste Controller mit Ethernet-Schnittstelle confocalDT 2451 kam 2011 auf den Markt und eröffnete neue Einsatzgebiete für diese präzise Messtechnik. In unserem Beispiel, “tastet“ das berührungslose Messsystem die Mikrotiter in der Palette nacheinander ab und bestimmt das Füllniveau über die Abstandsmessungen vom Sensor zur Flüssigkeit. Die Sensormodelle und -Anzahl können variiert werden.

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