Induktive Wegmesssysteme

Mit IO-Link bereit für die Smart Factory

| Autor / Redakteur: Tobias Dittmer* / Ines Stotz

Als Wegbereiter zu Industrie 4.0 stellt Pepperl+Fuchs mit Sensorik 4.0 geeignete Sensortechnologien zur Verfügung. Diese verfügen über die Standardschnittstelle IO-Link und unterstützen so die Digitalisierung industrieller Anwendungen. Im Bild das induktive F90-Wegmesssystem mit 80-mm-Messbereich.
Als Wegbereiter zu Industrie 4.0 stellt Pepperl+Fuchs mit Sensorik 4.0 geeignete Sensortechnologien zur Verfügung. Diese verfügen über die Standardschnittstelle IO-Link und unterstützen so die Digitalisierung industrieller Anwendungen. Im Bild das induktive F90-Wegmesssystem mit 80-mm-Messbereich. (Bild: Pepperl+Fuchs)

Induktive Positioniersysteme Forderungen, etwa nach hoher Anlagenverfügbarkeit, Betriebssicherheit und Null-Fehler-Produktion lassen sich in der Smart Factory nur durch umfassende Überwachung und Kontrolle der Produktions- und Verarbeitungsprozesse umsetzen. Eine Schlüsselrolle dabei spielen Sensoren, sowohl in der Fabrik- als auch Prozessautomation.

Sei es an Werkzeug- oder Verpackungsmaschinen, an Bearbeitungszentren oder Hubventilen und Stellungsreglern prozesstechnischer Anlagen, vielfach ist es notwendig, die Lage linear beweglicher Maschinenelemente zu erfassen. Auf solche und vergleichbare Aufgabenstellungen sind die Sensoren der induktiven F90-Wegmesssysteme von Pepperl+Fuchs perfekt zugeschnitten. Diese neue Generation demonstriert, was langjähriges Know-how gepaart mit intelligenter Mikrocontroller-Technologie möglich macht. Die F90-Familie steht in Ausführungen für die drei Messbereiche 0...40 mm, 0...80 mm und 0...120 mm zur Verfügung. Die Systeme erfassen hochgenau die Position eines zugehörigen Bedämpfungselements aus Stahl, das man selbst einfach herstellen kann bzw. das als Teil der Maschine bereits vorhanden ist.

Induktives Sensor-Know-how seit 1959

Der große Vorteil des induktiven Wirkprinzips ist dessen vollkommen berührungslose und verschleißfreie Arbeitsweise, wodurch problemloser Dauereinsatz über lange Zeiträume gegeben ist. Darüber hinaus lässt sich die Funktionalität induktiver Systeme durch externe Einflüsse wie Öl, Staub, Schmutz und Nässe nicht beeinträchtigen, sofern die Komponenten samt Elektronik in Gehäusen mit hoher Schutzart untergebracht sind. Die induktiven Wegmesssysteme und die ebenfalls erhältlichen induktiven Winkelsensoren sind als Weiterentwicklung aus dem induktiven Näherungsschalter hervorgegangen, mit dem das Unternehmen in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts Pionierarbeit leistete. Wird ein Spule-Schwingkreis-System von einem metallischen Targetelement bedämpft, führt das zu einer messbaren Frequenzänderung, die man ausgangsseitig in ein entsprechendes Schaltsignal umsetzt.

Einige Jahrzehnte Entwicklungsarbeit später ist es möglich, nicht nur die Anwesenheit metallischer Bedämpfungselemente zu detektieren, sondern auch die Position eines Targets hochgenau zu erfassen. Dazu dient bei der F90-Familie eine patentierte Technologie, bei der mehrere nebeneinander versetzt angeordnete Spulen zum Einsatz kommen. In Abhängigkeit der Position des Targets beeinflusst dieses die einzelnen Spulensysteme unterschiedlich stark, so dass sich daraus dessen genaue Lage berechnen lässt. Damit erreichen die Sensoren Auflösungen von 50 µm bei einer Wiederholgenauigkeit von ±0,1 mm – perfekt für Präzisions-Anwendungen.

Bereit für die Smart Factory: IO-Link durchgehend „on-board“

Leistete bei der Entwicklung des ersten induktiven Näherungsschalters die damals gerade erfundene Transistortechnik wertvolle Dienste, so sind bei aktuellen Sensoren leistungsfähige Microcontroller samt Kommunikationsfähigkeit ein unverzichtbares Kriterium. Daher haben jetzt alle F90-Ausführungen durchgehend IO-Link on-board. Sämtliche Einstellungen und Parametrierarbeiten sind darüber vorzunehmen, das heißt eine Änderung der Konfiguration ist sinnvollerweise über das als Industriestandard etablierte IO-Link möglich. Als universelle Schnittstelle dient es des Weiteren zum Übertragen oder Auslesen von Diagnoseinformationen und liefert zyklisch die stets aktuellen Messwerte und Prozessdaten an die Steuerungsebene. Bei der Inbetriebnahme kommt eine standardisierte FDT-Software zum Einsatz, z. B. PACTware, die die Konfiguration der Sensorsysteme gemäß der Informationen in der Gerätebeschreibungsdatei (IODD) bequem am Bildschirm erlaubt.

Die Geräte unterstützen IO-Link V1.1 inklusive Data-Storage-Funktionalität, d. h. die Konfigurationsdaten des Sensors werden automatisch in einer Datenbank, die im IO-Link-Master bzw. dem dahinter aktiven Verwaltungssystem implementiert ist, hinterlegt. Bei Sensortausch, sorgt die Intelligenz des IO-Link-Netzwerks dafür, dass die Konfigurationsdaten automatisch wieder in das neue Gerät übertragen werden; ein mühsames Kopieren von Hand gehört der Vergangenheit an.

Analogausgang, Schaltausgänge oder gemischte Kombination

IO-Link schließt jedoch keineswegs aus, dass die F90-Systeme über zusätzliche Schaltausgänge sowie analoge Messwertausgänge verfügen. Insgesamt bietet Pepperl+Fuchs vier Elektronikvarianten an:

So gibt es Modelle mit einem zusätzlichen Analogausgang neben IO-Link, umschaltbar zwischen Strom- und Spannungssignal. Weiterhin erhältlich sind Ausführungen mit drei Schaltausgängen oder zwei Schaltausgängen sowie einem Analogausgang. Die zuletzt genannte Kombination ist auch verfügbar als ATEX-Variante für den Einsatz in den Ex-Zonen 2 und 22. Die Schaltpunkte der Schaltausgänge sowie die Schaltlogik der Gegentaktstufe sind ebenfalls via IO-Link zu parametrieren. Ausgelöst werden die Schaltsignale beim Über- bzw. Unterschreiten der definierten Grenzwerte. Grundsätzlich lässt sich bei allen F90 auch der jeweilige Messbereich beliebig einschränken und quasi ein Messfenster definieren.

Im Standardmodus mit nur einem Target liefern die Sensoren jeweils die absolute Position des Bedämpfungselements. Bei den Geräten mit 80-mm- und 120-mm-Messbereich lässt sich zusätzlich der sogenannte Referenztarget-Modus konfigurieren. Der F90 erfasst in diesem Fall die Positionen von zwei beweglichen Targets, ermittelt den Abstand zwischen den beiden Elementen und gibt den Ausgangswert als relativen Abstand zwischen den Targets aus. Die neuen Sensoren unterstützen die hohe Schutzart IP69K und erlauben in Verbindung mit der integrierten Temperaturkompensation den Einsatz in einem Temperaturbereich von -25 bis 85 °C statt bisher nur bis 70 °C bei den Vorgängermodellen.

Fazit: Mit der induktiven F90-Familie stellt Pepperl+Fuchs sowohl für die Fabrik- als auch Prozessautomation zukunftssichere High-tech-Sensoren zur linearen Wegmessung bereit. Sie werden allen denkbaren Anforderungen hinsichtlich möglicher Ausgangsoptionen gerecht, arbeiten hochgenau und sind auch unter rauesten Umgebungsbedingungen ausgesprochen zuverlässig. Da bei allen F90-Varianten jetzt IO-Link fest integriert ist, können Anwender schon aktuell von zahlreichen Vorzügen der künftigen Smart Factory profitieren. Dazu gehören permanenter Zugriff auf alle Sensor- und Prozessdaten, automatische Parametrierung, Online-Diagnose, einfaches Klonen und vieles mehr.

Hannover Messe: Halle 9, Stand D68

* Tobias Dittmer, Global Product Manager, Product Management Portfolio, Innovation Unit Electromagnetic Sensors bei Pepperl+Fuchs, Mannheim

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