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Application reports 2016 Deutsch

Das Dokument erläutert verschiedene Anwendungsberichte von Unternehmen, die IFM-Sensoren zur Automatisierung und Prozessoptimierung einsetzen, einschließlich eines Lichttaster-Systems für die Möbelproduktion bei Kusch+Co zur präzisen Kantenbearbeitung und eines Schwingungsdiagnosesystems bei Hassia Mineralquellen zur Vorhersage von Anlagenschäden. Diese innovativen Technologien ermöglichen eine höhere Effizienz und Produktqualität in verschiedenen Industrien. Die Beispiele verdeutlichen, wie präzise Sensorik und Automatisierungstechnik erfolgreich kombiniert werden, um die Betriebskosten zu senken und Stillstandzeiten zu minimieren.

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APPLICATION REPORTS Erfolgsgeschichten aus der Praxis
3 Kusch+Co: Präzise Optos für perfekte Kanten 4 - 5 Hassia Mineralquellen: Permanente Schwingungsdiagnose 6 - 9 Gustav Eirich GmbH & Co KG: Weltweiter Zugriff auf den Sensor 10 - 13 KLN Ultraschall: Ultraschall-Reinigungsanlage mit AS-i 14 - 17 Zwettler Bier: Fit für die Zukunft 18 - 21 Schokoladenmuseum: Exakte Temperaturmessung 22 - 23 Wessel-Werk: RFID meets AS-i 24 - 25 Gritzke – Planierraupensteuerung: Automatik schafft Niveau 26 - 29 Gritzke – Baggertiefenkontrolle: Baggern mit System 30 - 31 NOBA Verbandmittel: Effiziente, neue Netzteile 32 - 33 Romfil: Prozessüberwachung Filtration 34 - 36 Automatisierung in der Landwirtschaft: Schwadverfolgung 38 - 40 Automatisierung in der Praxis Millionen ifm-Sensoren sind täglich welt- weit in unterschiedlichsten Anlagen und Maschinen im Einsatz. Unsere Kommunikations- und Steuerungssysteme bilden die Grundlage für einen reibungslosen Prozessablauf. Diese Broschüre zeigt Ihnen Beispiele aus verschiedenen Industriebereichen. Erfahren Sie, wie und wo unsere Kunden ifm-Systeme einsetzen und welche „Erfolgs- geschichten“ sie erzählen. Und vor allem: Lassen Sie sich inspirieren, wie Sie Ihre Anlagen mit unseren Lösungen einfach und zuverlässig automatisieren können. – Viel Spaß beim Lesen! Andreas Biniasch Redakteur Kontakt: andreas.biniasch@ifm.com
4 Applikationsbericht Kusch+Co Bei der Bearbeitung von furnierten Ober- flächen dienen leistungsstarke Lichttaster zur Konturerkennung und sorgen für höch- ste Qualität beim Schleifprozess. Das mittelständische Unternehmen Kusch+Co aus dem sauerländischen Hallenberg ist Hersteller von design- orientierten Sitzmöbeln und Tischen für Objekteinrich- tungen. Weltweit sind die Möbel in zahlreichen interna- tionalen Architekturobjekten zu finden. Im Bereich „Airport Seating“ ist Kusch+Co in der Ausstattung von Wartezonen auf über 200 internationalen Flughäfen einer der Weltmarktführer. Einer der zahlreichen Bearbeitungsschritte bei der Her- stellung von Möbeln ist das Glätten und Egalisieren von furnierten Oberflächen. Für großformatige Möbelplatten, zum Beispiel Tischplatten von Konferenztischen, wird eine von Kusch+Co optimierte Langbandschleifmaschine der Firma Heesemann eingesetzt. Die Herausforderung beim Schleifprozess: Sowohl an den äußeren Rändern als auch an Aussparungen sollen die Kanten des hochwertigen Furniers nicht abgerundet angeschliffen werden. Deshalb dürfen die Schleifschuh- segmente, unter denen sich gerade kein Furnier be- findet, nicht angepresst werden. Aus diesem Grund werden Kontur und mögliche Aussparungen des Werk- stücks bei jedem Durchlauf erfasst und an die Steuerung übergeben. n Sensor ersetzt Mechanik Das Problem dieser Langbandschleifmaschine lag in der Vergangenheit an der Abtastung der Tischplatten, denn diese Abtastung erfolgte mit mechanischen Tastern. Über Kipphebel mit Rollen wurde die Tischplatte erfasst 53 absenkbare Schleifschuhsegmente passen sich beim Glätten der Oberfläche der Werkstückgeometrie an. Das verhindert unerwünschte abgerundete Schleifkanten. Präzise Optos für perfekte Kanten
5 und von der alten SPS ausgewertet. Die SPS-Eingänge be- nötigen nur einen kleinen Strom von ca. 1 mA. Dadurch gab es immer wieder Probleme mit den Schaltkontakten der mechanischen Taster, da sie nicht mehr zuverlässig schalteten, wenn die Kontakte im Laufe der Zeit abnutz- ten. Weiterhin war die Abtastung durch die Rollen ein großes Problem. Der Schleifstaub setzte die Lager der Rollen zu, deshalb kam es immer mehr zum Ausfall der Rollen. Die Rollen kratzten dann Riefen in das Furnier und machten die Tischplatte unbrauchbar. Gesucht wurde daher eine Lösung, die eine berührungs- lose Abtastung ohne mechanische Taster ermöglicht. Die Abteilung „Betriebstechnik“ der Firma Kusch+Co wurde bei Ihrem langjährigen Sensorlieferanten ifm fündig. Die Firma ifm stellte kostenlos ihre Lichttaster der Baureihe O6 zur Verfügung und nach umfangreichen Tests, wie z. B. die Reaktion der Lichttaster auf den Schleifstaub und auf unterschiedliche Farben der Furniere, bewies der Lichttaster die Einhaltung der geforderten Kriterien. In diesem Zuge wurde auch die SPS komplett erneuert und die Abtastung der Lichttaster auf einem 19" Zoll Bild- schirm visualisiert, um eventuelle Fehlabtastungen im Vorfeld zu erkennen. n Kontur optisch erfassen Nun erfassen 51 kompakte ifm-Lichttaster der Baureihe O6 die Kontur und Aussparungen der Möbelplatte von vorne und weitere 51 Lichttaster von hinten, jeweils beim Vor- und Zurückbewegen unter dem Schleifband. In Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie und den individuellen Aussparungen steuern sie über eine SPS die einzelnen Schleifschuhsegmente in ihrem Andruckver- halten. So wird ein zu starker Druck an den Kanten durch benachbarte Schleifschuhsegmente ausgeschlossen. Das Ergebnis sind präzise, rechtwinklige Kanten. Die Anforderungen an die wie eine Scanner-Leiste ange- ordneten optischen Sensoren sind hoch: Unterschied- liche Furniere mit hellen, dunklen, matten oder glänzen- den Oberflächen müssen ohne Nachjustieren der Senso- ren zuverlässig erkannt werden. Zugleich muss der Hintergrund, also die Auflagefläche, ausgeblendet wer- den. Je nach Stärke der Möbelplatte spielt sich dies im Bereich weniger Millimeter ab. Deshalb sind Sensoren mit präziser Hintergrundausblendung gefragt. n Kleine Optos mit großer Performance Der Essener Sensorikspezialist bietet mit seinen Licht- tastern der Baureihe „O6“ passende Sensoren an. Die Lichttaster O6H201 besitzen eine einstellbare Tastweite von 2 bis 200 mm. Diese maximale Tastweite ist farbun- abhängig. Sie gilt sowohl für weiße Flächen mit 90 % Remission als auch für schwarze Oberflächen mit gerade einmal 6 % Remission. Ein „Nachjustieren“ bei unter- schiedlich reflektierenden Oberflächen ist bei diesen ifm- Sensoren nicht notwendig. Die Lichttaster besitzen eine präzise Hintergrundaus- blendung. Je nach Abstand und Remissionsgrad der Ob- jektoberfläche lassen sich Abstände von nur wenigen Millimetern zuverlässig unterscheiden. Zudem ist die Hin- tergrundausblendung extrem störsicher: Selbst stark reflektierenden Hintergründen wie Edelstahl oder durch bewegte Maschinenteile verursachte Reflexionen beein- flussen die Erkennung nicht. Ermöglicht wird dies durch eine spezielle Empfangszeile im Sensor. Der klar begrenzte runde Lichtfleck von gerade einmal 8 mm Durchmesser (bei maximaler Tastweite) bietet eine homogene Lichtverteilung im Lichtkegel. Streulicht um den Lichtfleck herum, welches durch Reflexionen andere optische Sensoren stören könnte, wird vermieden. Das schafft zusätzliche Sicherheit insbesondere in dieser Applikation, bei der die Sensoren dicht nebeneinander montiert sind. Die Einstellung der Tastweite erfolgt intui- tiv per Potentiometer. Hell- oder Dunkelschaltung ist per Drehschalter wählbar. n Fazit Die leistungsstarken optischen Sensoren der Baureihe O6 gewährleisten optimale Schleifergebnisse – ein Parade- beispiel dafür, wenn zwei Weltmarktführer ihre Kompe- tenzen zusammenführen. Kompakte, kleine Optos der Baureihe O6 mit bester Per- formance. Intuitiv und einfach ist auch das Einstellen von Tast- bzw. Reichweiten per Potentiometer und Drehschalter (H/D-Umschaltung). Die Steuerung erhält durch die Sensoren ein „Bild“ des Werkstücks und steuert so das Absenken der einzelnen Schleifsegmente.
6 Applikationsbericht Hassia Mineralquellen Vorausschauender Anlagenschutz Permanente Schwingungsdiagnose in der Mineralwasserabfüllung Flaschen mit der Führungsschiene und untereinander, entstehen punktuelle Stoßbelastungen, die sich letzt- endlich über hunderte von Flaschen zu starken, unregel- mäßigen Vibrationen am Antrieb addieren. Die Lager am Getriebe und Motor müssen deshalb überwacht werden, um die Verschleißgrenze rechtzeitig voraussagen und eine Wartung durchführen zu können. Um Stillstandzeiten durch ungeplante Ma- schinenausfälle zu vermeiden, setzt Hassia- Mineralquellen in der Flaschenabfüllung auf permanente elektronische Schwin- gungsdiagnose. Die Investition hat sich schon in der Pilotphase gerechnet: Ein sich anbahnender Schaden an einem Antrieb wurde rechtzeitig erkannt und behoben. Somit wurde ungeplanter Anlagenstill- stand verhindert. Mit einem Jahresabsatz von rund 765 Millionen Litern ist Hassia-Gruppe einer der größten Mineralbrunnen Deutschlands, der mit unterschiedlichen Unternehmens- töchtern und Marken Mineralwässer und alkoholfreie Er- frischungsgetränke in den oberen Preisklassen anbietet. Allein im Stammwerk im hessischen Bad Vilbel laufen sechs Abfüllanlagen parallel im Dreischichtbetrieb. Leistungsstarke Antriebe transportieren die Flaschen über hunderte Meter durch die einzelnen Stationen – vom Rinser, Füller, Verschließer über die Etikettierung bis zur Abfertigung. Beim Übergang der Flaschen von einem Transportband auf das nächste sowie beim Anstoßen der Sensoren erkennen rechtzeitig das Erreichen der Verschleiß- grenze am Motor-Getriebe-Block.
7 n Manuelles Abhören Eine weitverbreitete Methode, das Schwingungsverhal- ten zu überwachen, ist das manuelle akustische Abhö- ren mittels Stethoskop. Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineral- quellen, erzählt: „Früher haben wir manuell überwacht. Eine Person wurde zur Maschine geschickt, um den Motor abzuhören. Das war aber ein rein subjektives Emp- finden. Drei Personen, die mit einem Stethoskop einen Antrieb, Motor oder Getriebe abhören, empfinden je- weils etwas komplett Unterschiedliches. Dies manuelle Abhören hat noch einen entscheidenden Nachteil: Bei dreimaligem Abhören hat man nie die gleichen Betriebs- zustände. Ich muss die Maschine im Drehen abhören, aber ich kann es nicht während des Abfüllbetriebs ma- chen, z. B. im Füller-Rinser-Bereich aus mikrobiologischen Gesichtspunkten: Man kann in diesen Reinraum während des Abfüllens nicht hinein. Also kann man es nur am Wo- chenende machen, wenn nicht abgefüllt wird. Jedoch habe ich dann im Leerlaufbetrieb ein anderes Schwin- gungsverhalten. Und dann gib es noch Bereiche, zum Beispiel am Entetikettierer, wo Kardanwellen laufen, wo die Motoren und Getriebe eng verbaut sind. Dort kommt man im laufenden Betrieb gar nicht hin.“ n Elektronische Schwingungsdiagnose Eine andere Lösung zur Maschinendiagnose musste her. Automatisierungs- und Sensorikspezialist ifm bietet unter der Bezeichnung „efector 800“ solche Schwingungs- diagnosesysteme an. Schnell kam man zusammen. Gerhard Simon: „Wir haben uns dafür entschieden, an einer unserer PET-Mehrweganlagen die ersten Versuche mit der elektronischen Schwingungsdiagnose zu machen. Einige Maschinen wie die Spiragrip, die Flaschenreini- gungsmaschine, Entetikettiermaschine, Abschrauber so wie der Füller-Rinser-Bereich wurden mit den Sensoren ausgestattet.“ Das System besteht zum einen aus Schwingungssenso- ren vom Typ VSA001 und zum anderen aus Auswerte- einheiten, Typ VSE100. Die zylindrischen Sensoren werden mittels Bohrungen direkt in den Motor oder Getriebeblock verschraubt. Sie erfassen kontinuierlich die Vibrationen an nicht-rotieren- den Maschinenoberflächen. Sie arbeiten mit kapazitivem Messprinzip und sind durch ihren speziellen mikrome- chanischen Aufbau (MEMS) frei von Sättigung und triboelektrischen Störeinflüssen. Ein integrierter Selbst- test bietet zusätzliche Sicherheit. Die Auswerteeinheit Typ VSE überwacht bis zu 32 Schwingungsindikatoren (Objekte) an bis zu 4 unter- schiedlichen Messpunkten an denen ein Schwingungs- aufnehmer vom Typ VSA angebracht ist. Sensoren erlauben Schwingungsdiagnose auch an Stellen, die man im laufenden Betrieb aus Sicherheitsgründen nicht erreichen würde. Schwingungssensoren an den Antrieben erfassen selbst kleinste Vibrationen. Die Auswerteeinheit VSE100 wertet die Signale von bis zu vier Schwingungssensoren aus.
8 Applikationsbericht Hassia Mineralquellen Über Schaltausgänge lassen sich Voralarm und Haupt- alarm ausgeben und wie hier bei Hassia per Leuchtmel- der signalisieren. Per Ethernet TCP/IP kommuniziert die Auswerteeinheit beispielsweise mit der Maschinensteue- rung oder der Leitebene. Gerhard Simon: „Hier habe ich ein wertefreies System, wo ich meine Grenzwerte definieren kann und sagen kann „ok, das ist mein Level, den will ich nicht über- schreiten, da muss ich einschreiten und mechanisch ir- gendetwas verbessern, beispielsweise durch Schmierung oder den Austausch von Bauelementen“. Das war vorher nicht gegeben.“ n Bewährungsprobe bestanden Schon kurze Zeit nach der Installation hat die Schwin- gungsdiagnose ihre erste Bewährungsprobe bestanden. „Bereits nach wenigen Wochen hatten wir erste Erfolge, als durch die Schwingungsdiagnose ein sich anbahnender Anlagenstillstand durch eine mechanische Störgröße er- kannt wurde. Wir konnten rechtzeitig reparieren und so den Anlagenausfall verhindern. Am PC in der Leitwarte lässt sich das Schwingungsverhalten visualisieren, zudem kann der Betreiber Grenzwerte setzen (gelbe und rote Linie für Vor- und Hauptalarm). Die gelben Leuchtmelder gaben Voralarm. Dann hat man die Maschine an einem Wochenende genau inspiziert und festgestellt, dass an einem Transferstern, wo die Flaschen vom Rinser zum Füller übergeben werden, eine Lagerstelle erhöhtes Spiel aufwies und zudem eine Kardanwelle, die den Rinser und den Verschließerblock antreibt, unrund lief und damit Schwingungen im Ge- samtsystem verursacht hat. Diese Störquellen konnten wir bei einem geplanten Stillstand reparieren und so ver- hindern, dass wir zu einem ungeplanten Stopp mitten in der Produktion kommen, was in einem Dreischichtbetrieb natürlich fatale Folgen gehabt und immense Kosten nach sich gezogen hätte.“, so Gerhard Simon. n Rundumschutz Neben der Vor-Ort-Anzeige des Schwingungszustands mittels Leuchtmelder lässt sich die Auswerteeinheit per Ethernet TCP/IP auch mit dem Leitstand vernetzen. Hier plant Hassia einen weiteren Ausbau seiner Anlage. Instandhaltungsleiter Simon: „Momentan ist eine einzige Anlage vernetzt auf den Arbeitsplatz eines Mitarbeiters. Wir werden das aber sukzessiv ausbauen. Die anderen drei Anlagen sind momentan noch durch Bedienperso- nal überwacht, die dann der Instandhaltung Meldung erstatten, wenn ein gelber Voralarm oder ein roter Haupt- alarm auf den Leuchtmeldern angezeigt wird. Dann kön- nen wir rechtzeitig reagieren. Ziel ist, dass wir in der Instandhaltung permanent den Zustand unserer Anlagen online verfolgen können. Bislang überwachen wir vier Maschinen in unserer Pilotanlage. In Zukunft wollen wir die gesamte Anlage mittels Schwingungsdiagnose über- wachen und dokumentieren, aus welchem Schadens- ereignis heraus was gewechselt werden musste, um die Anlage gegebenenfalls weiter zu optimieren. Auch Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineralquellen in Bad Vilbel. Visuelle Zustandskontrolle vor Ort: Die Leuchtmelder für „Voralarm“ und „Hauptalarm“.
9 wollen wir die Kosten erfassen, um nachzuweisen, dass sich die Investition in das Diagnosesystem gelohnt hat. Ich habe noch ganz viele weitere Ideen für das System: Wir haben noch unzählige Pumpen in solchen Anlagen, die überwachungswürdig sind und noch ganz viele Ne- benstellen und Nebenantriebe, die man überwachen könnte, um jederzeit einschreiten zu können, bevor sich ein Stillstand anbahnt.“ n Vorreiter gelobt Die Entscheidung, die Prozesssicherheit mittels perma- nenter Schwingungsdiagnose abzusichern, wurde auch beim jährlich stattfindenden IFS (International Featured Standards)-Audit, einer in der Lebensmittelbrache üb- lichen Zertifizierung, besonders gewürdigt. Gerhard Simon: „Wir sind in der Getränkeindustrie wohl der erste Abfüllbetrieb, der angefangen hat, mit der ifm- Schwingungsdiagnose zu arbeiten. Im Abschlussbericht wurde löblich erwähnt, dass wir in der Instandhaltung mittlerweile anfangen, mit solchen Systemen die Anlage zu überwachen, was sich logischerweise auch auf die Produktsicherheit auswirkt. Denn wenn sie einen Still- stand in einer Anlage haben, muss diese dann leerge- fahren werden. Dieses Leerfahren wird notwendig, um eine Verkeimung der gereinigten Flaschen, die ja im Reparaturfall auf den Bändern stehen oder aber eine Verkeimung im Reinraum, sollte in diesem gearbeitet werden, zu vermeiden. So kann aus einer Reparatur, die an sich nur 30 Minuten dauert, ein ungeplanter Stillstand von bis zu 2 Stunden entstehen. Das hat unnötige Kosten zur Folge.“ n Fazit Der Verschleiß von Maschinenteilen lässt sich nicht ver- hindern. Doch mit der permanenten Schwingungsdia- gnose werden Schäden zuverlässig und rechtzeitig erkannt. Die Instandhaltung wird planbar. Mit ver- gleichsweise geringer Investition lassen sich dann teure Anlagenausfälle verhindern, was sich letztendlich auch positiv auf die Produktqualität auswirkt. Verschiedene Maschinen in der Abfüllung werden mittels Schwingungsdiagnose überwacht.
10 Applikationsbericht Gustav Eirich GmbH & Co. KG Die Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co KG vernetzt ihre Anlagen auf der Sensor- ebene mit IO-Link. Das ermöglicht eine fein- granulare Prozessüberwachung bis hinunter in jeden einzelnen Sensor und Aktuator. Parametrierung und Diagnose erfolgen von zentraler Stelle. Sogar der weltweite Zugriff auf jeden einzelnen Sensor ist möglich. Das bietet dem Anlagenbetreiber maximale Transparenz in der Prozessüberwachung und Fernwartung. Die Maschinenfabrik Gustav Eirich, ein familiengeführtes Unternehmen mit 150-jähriger Geschichte und weltwei- ter Präsenz, ist ein Technologieführer auf dem Gebiet der Materialaufbereitung und stellt unter anderem Misch- systeme für unterschiedliche Branchen her. Weltweiter Zugriff auf den Sensor Anlagensteuerung kommuniziert über IO-Link bis in den Sensor Aufwendige Prozesstechnik: Im Kondensator oberhalb des eigentlichen Mischsystems über- wachen und regeln unterschiedliche Sensoren und Aktuatoren den Prozess.
11 n Kommunikation IO-Link-Sensoren beherrschen drei Arten der Kommuni- kation: • Schaltzustand binär (Arbeitsweise wie herkömmliche Sensoren). • Zyklische Prozessdaten (z. B. digitale Übermittlung von Messwerten). • Übertragung von Geräteparametern und Diagnosedaten (z. B. „Fehler Sensorelektronik“, „Gerätetemperatur zu hoch“ oder „Lichtschranke verschmutzt“). Die Verbindung des „letzten Meters“ erfolgt über ein ungeschirmtes 3-adriges M12-Standardkabel mit bis zu 20 m Länge. Prozessdaten, wie z. B. Messwerte, werden digital übertragen. Das reduziert Digital / Analog- bzw. Analog / Digital-Wandlungsverluste auf ein Minimum. Damit kann beispielsweise die hohe Genauigkeit einer Druckmesszelle verlustfrei von der Steuerung verarbeitet werden. Im Kommunikationsmodus werden pro Zyklus z. B. 16 Bit Prozessdaten übertragen. Mit einer Baudrate von 38,4 kBaud liegt die Zykluszeit bei 2,3 ms. Pro Zyklus können bis zu 32 Byte Prozessdaten in beide Richtungen (Input / Output) übertragen werden. Ein aktuelles Beispiel ist ein hochkomplexes Mischsystem, das mittels exothermischer Reaktionen unter Vakuum Bleipastiermasse für Autobatterien produziert. Auf- wendige Prozesstechnik regelt dabei Druckverhältnisse, Temperaturen, Feuchtigkeit und Flüssigkeitszufuhr. Ein maßgebliches Prozessglied ist der Kondensator, der auf einer Plattform über dem eigentlichen Mischer sitzt. Er kühlt die dem Mischer entzogene warme Luft und führt die dabei kondensierte Feuchtigkeit wieder dem Prozess zu. Im Kühlkreislauf des Kondensators sitzen in der Zuführung und im Rücklauf Durchfluss- und Tem- peratursensoren von ifm, die den Durchfluss präzise über- wachen. Das Besondere dieser ifm-Sensoren: Sie sind mit IO-Link ausgestattet. n Schnittstelle für den „letzten Meter“. IO-Link ist eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuatorik an ein Steuerungssystem. Es ermöglicht in Verbindung mit an- deren Bussystemen und Netzwerkebenen erstmals eine durchgehende vertikale Kommunikation von der Leit- ebene bis hinein in den einzelnen Sensor. Dabei ist IO-Link kein weiteres Bussystem, sondern eine Ergänzung für die Verbindung des „letzten Meters“ zum Sensor bzw. Aktuator. Im Gegensatz zu klassischen Feld- bussystemen findet keine Busverdrahtung, sondern eine Parallelverdrahtung statt. IO-Link eignet sich sowohl für binäre als auch für ana- loge Sensoren. Die Besonderheit von IO-Link-Sensoren ist die Erweiterung des Schaltzustandkanals um eine Kommunikation. Diese liegt auf dem gleichen Anschluss wie der Schaltausgang bei konventionellen Sensoren (Pin 4 bei einem M12-Stecker). Der Signalpegel liegt bei standardisierten 24 V DC. Somit können alle bisherigen Anschlussleitungen für IO-Link-Geräte weiter verwendet werden. IO-Link-Sensoren sind 100-prozentig abwärts- kompatibel zu herkömmlichen Sensoren. Mit IO-Link vernetzt: Der ifm-Durchflusssensor SM9000 sitzt im Kühlkreislauf des Kondensators. Prozesswerte, Parameterwerte und Diagnose- informationen werden über IO-Link zwischen Sensor und Steuerung ausgetauscht. Schnittstelle für den letzten Meter: IO-Link ist eine herstellerübergreifende Punkt-zu-Punkt- Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuato- rik auf der Feldebene. Damit können Sensoren über sämtliche Kommunikationsebenen parametriert, Anlagenzustände diagnostiziert und Messwerte verlustfrei übertragen werden.
12 Applikationsbericht Gustav Eirich GmbH & Co. KG n Einfacher Gerätetausch Das Parametrieren von Sensoren und Aktuatoren kann aus der Leitebene „per Knopfdruck“ oder gar automatisch erfolgen. Aufwendiges Parametrieren jedes einzelnen Sensors vor Ort, wie z. B. bei Rezeptur- oder Werkzeug- wechseln, gehört der Vergangenheit an. Die Datenhal- tung im IO-Link-Master ermöglicht einen einfachen und sicheren Austausch von Geräten. Sobald ein defektes Gerät mit einem neuen, identischen ersetzt wird, erkennt der IO-Link-Master dies und schreibt die gespeicherten Parameter des Vorgängers in das neue Gerät. Alternativ zur Parametrierung über die Steuerung bietet ifm datalink die Software LINERECORDER SENSOR an. Sie ermöglicht das Parametrieren von IO-Link-Sensoren vom PC mittels USB-Adapter. Weitere Funktionen sind das Aufnehmen und Verteilen von Parametersätzen (Duplizieren), das Erfassen und Auswerten von Sensor- werten über einen längeren Zeitraum sowie das Zurück- setzen von Sensorparametern auf Werkseinstellung. Durch den Import von Sensorbibliotheken (IODDSs) lassen sich auch IO-Link-Sensoren anderer Hersteller mit LINERECORDER SENSOR verwalten. Eine weitere Möglichkeit der „Datensicherung“ für IO-Link- Sensoren ist der Memory Plug. Dieser kompakte Baustein erlaubt das komfortable Kopieren und Sichern von Sensorparametern. Sobald ein Datensatz im Memory Plug enthalten ist, wird dieser bei Anschluss eines typ- gleichen Sensors aus dem Speicher des Memory Plug in den neuen Sensor kopiert. Der Memory Plug kann zum Parametrieren einfach tem- porär auf den Sensor gesteckt werden. Alternativ kann er auch dauerhaft zwischen Anschlusskabel und Sensor verbleiben, ohne die Funktionsweise oder die Ausgangs- signale des Sensors im Betrieb zu beeinflussen. All dies spart Zeit und vermeidet Parametrierungsfehler bei der Inbetriebnahme oder bei einem Geräteaustausch. n Warum IO-Link? Mechatronik-Ingenieur Hendrik Blatz, zuständig für Sensorik bei EIRICH, erklärt die Beweggründe, die Misch- systeme komplett mit IO-Link auszustatten: „Unsere Anlagen sind prozesstechnisch sehr komplex und aufwendig, daher haben wir einiges an Prozessmess- technik im Feld verteilt. Die Inbetriebnahme stellt sich dann aufgrund der Parametrierung dieser Instrumente oft als relativ komplex und aufwendig heraus. Daher haben wir eine Lösung gesucht, diese Instrumente von zentraler Stelle aus zu parametrieren und auch zu diagnostizieren.“ Bei EIRICH lassen sich die Sensoren dank IO-Link von der Leitwarte aus fernparametrieren. Das ist besonders vor- teilhaft, da die Sensoren bei großen Anlagen oft weit im Feld verteilt liegen, zum Beispiel oben auf einem Silo oder unten im Keller. Bei kleinen, kompakten Anlagen oder Maschinen dagegen sind Sensoren oft eng verbaut und daher nur schwer erreichbar. Auch hier trumpft die Fern- parametrierung via IO-Link. Der Austausch von Sensoren ist dank IO-Link besonders sicher, da die Parameter von der Steuerung automatisch auf das Ersatzgerät übertra- Jedes Detail im Blick: Vom Leitstand aus hat der Bediener Zugriff auf jeden einzelnen Sensor und Aktuator in der Anlage. Das erleichtert die Diagnose. Detaillierte Visualisierung: So zeigt sich der Durchflusssensor im Leitstand: Dank IO-Link wird nicht nur die aktuelle Durchflussmenge übertragen, son- dern gleichzeitig auch Medientemperatur und Gesamtmenge. Einfachste Datenhaltung für IO-Link-Sensoren: Der Memory Plug ist ein „Speicherstecker“. In Verbindung mit IO-Link-Sensoren eingesetzt, liest er Daten bzw. Parameter aus und speichert sie.
13 gen werden. Falsche Sensoreinstellungen durch den Monteur sind somit praktisch ausgeschlossen. Zudem überprüft die Geräteidentifikation, ob das vorgesehene Gerät am Port angeschlossen ist. Neben der Parametrierung spielt die Prozessüberwa- chung eine entscheidende Rolle. Auf der Visualisierung im Leitstand werden die Sensoren mit sämtlichen Para- metern und Messwerten abgebildet und ausgewertet. Dazu Blatz: „Durch den Einsatz von IO-Link können wir in unserem Prozessleitsystem bis runter in die Feldebene schauen. Wir können die Geräte parametrieren, wir er- halten Diagnoseinformationen zu den Geräten und kön- nen dadurch auch im Zuge des Condition Monitorings einiges an Profit für unsere Anlagen herausholen.“ Denn durch die Verknüpfung und Auswertung von Mess- werten und Diagnosedaten lassen sich kritische Anla- genzustände, wie zum Beispiel Verschleiß oder schädliche Ablagerungen, frühzeitig erkennen und beheben. Ungeplante Maschinenstillstände lassen sich somit wei- testgehend vermeiden. n Herstellerunabhängiger Standard Ein weiteres Argument für EIRICH ist die Herstellerunab- hängigkeit von IO-Link. „Wir liefern unsere Maschinen und Anlagen weltweit in die unterschiedlichsten Bran- chen und müssen aufgrund dessen die nationalen Be- stimmungen erfüllen. Daher ist für uns wichtig, einen sehr offenen Standard einzusetzen.“ so Hendrik Blatz. Über entsprechende Module kann IO-Link über gängige Bussysteme, wie zum Beispiel AS-i oder Profibus, mit der Steuerung kommunizieren. „Wegen der wechselnden Anforderungen ist es für uns besonders wichtig, dass der Standard, den wir einsetzen, feldbusunabhängig ist und auch unabhängig vom über- geordneten Steuerungssystem.“ Die Spezifikationen des hersteller- und feldbusunabhän- gigen Systems sind durch das IO-Link-Konsortium bei der IEC 61131-9 (NP) verabschiedet und veröffentlicht wor- den. Die ifm als Sensorhersteller ist Mitglied im IO-Link-Konsortium und maßgeblich an der Umsetzung der Spezifikation beigetragen. n Fazit IO-Link-fähige Sensoren sorgen für größtmögliche Trans- parenz in der Anlage. Neben der zentralen Parametrie- rung ist auch die umfassende Diagnose für die Anlagenwartung und Fehlerdiagnose ein dickes Plus. Dazu resümiert Hendrik Blatz abschließend: „Wir können aus der Ferne über unseren VPN-Tunnel auf die Anlage zugreifen, zum Beispiel: Wie ist der Sensor dort eingestellt? Hat er ein Problem? Kurzum: Weltwei- ter Zugriff bis auf den Sensor. Das ist wirklich klasse“. Maximale Transparenz: Mit IO-Link lassen sich sämtliche Sensorparameter anzeigen, einstellen, auslesen und in der Anlagensteuerung ablegen.
14 Applikationsbericht KLN Ultraschall In unzähligen Produktionsbereichen wird die Ultraschall- reinigung eingesetzt. Häufig nach mechanischen Bear- beitungsprozessen, nach denen das Werkstück zur weiteren Verarbeitung oder Veredelung absolut frei von Schleifpartikeln oder anderen Anhaftungen sein muss. In 30.000 Schwingungen pro Sekunde ver- setzt, löst Wasser durch ultra-feine Kavi- tationsexplosionen selbst mikroskopisch kleine Schmutzpartikel von Oberflächen oder aus feinsten Spalten. Und das auch an Stellen, die von außen beispielsweise mit einem Wasserstrahl nicht erreichbar sind. Die Firma KLN Ultraschall aus Heppenheim hat sich auf den Bau solcher Anlagen für den weltweiten Einsatz spezialisiert. Eben so sauber wie die gereinigten Gegenstände ist die steuerungsseitige Auslegung der An- lage: Denn anstatt aufwendiger Kabel- bäume kommt das schlanke Bussystem AS-Interface zum Einsatz. Sämtliche Sensorik ist über Module an das Bussystem AS-Interface (AS-i) angeschlossen. Eine saubere Sache Ultraschall-Reinigungsanlage komplett mit AS-i verdrahtet
15 Ein Beispiel ist die Entfernung des feinen Schleifstaubs in der Glasbearbeitung, etwa bei der Herstellung optischer Linsen. Auch in der Materialaufbereitung kommt die Ul- traschallreinigung zum Einsatz. Die hier gezeigte Anlage dient zur Reinigung mikroskopisch kleiner Düsen, die bei der Herstellung von Kunststofffasern eingesetzt werden. So weit wie das Einsatzgebiet, so breit ist auch das Spektrum der Anlagen: von kleinen, standardisierten Kompaktgeräten bis hin zu individuellen, garagengroßen Anlagen. Oftmals sind die Reinigungsanlagen fester Bestandteil eines Produktionsprozesses. Ein Ausfall stoppt den gesamten Prozess. Deshalb ist maximale Zuverlässigkeit gefragt. Und im Fall einer Störung muss sich der Fehler schnell lokalisieren lassen. Neben zuverlässiger Sensorik und Aktuatorik ist auch deren Verkabelung maßgeblich für Zuverlässigkeit und Diagnosefähigkeit. Hier spielt das eingesetzte Feldbussystem AS-Interface (Aktuator-Sensor-Interface, kurz AS-i) seine Vorteile aus. Statt komplexer und nur schwer zu durchschauender Kabelstränge läuft Kommunikation auf Sensorebene über ein schlankes, zweiadriges AS-i Buskabel. Dazu Dieter Bickelhaupt, Bereichsleiter Reinigungs- technik bei KLN: „Baugröße, Flexibilität und der sehr schnelle Aufbau, dezentral an jeder Stelle der Anlage, sind für uns maßgebliche Vorteile von AS-i“. Wie bei den Sensoren setzt KLN auch bei der Feldbus-Kommunikation auf Lösungen von ifm. Der Automatisierungsspezialist bietet vom Abgriff über I/O-Module bis hin zum Master- Gateway sämtliche Komponenten für eine umfassende Kommunikationslösung mit AS-Interface an. „Wir waren damals einer der ersten Kunden von ifm, die AS-i eingesetzt haben, mit durchschlagendem Erfolg, der bis heute noch gut von ifm bekleidet wird. ifm hat ein Programm, das für unsere Anwendungen einfach gesagt optimal passt“, so Dieter Bickelhaupt. n Herstellerübergreifender Standard AS-i ist ein herstellerübergreifender Standard für den Anschluss von Sensoren und Aktuatoren auf der ersten Feldebene. Es ist weltweit das einzige international akzeptierte Verdrahtungssystem und genormt nach IEC 62026-2. Mit über 15 Millionen installierter Slaves hat es sich als kostengünstiger und robuster Zubringerbus für alle industriellen Steuerungen bewährt. Aufgrund des standardisierten Systems, des geringen Ver- drahtungsaufwands und dank der werkzeuglosen Schnellverbindungstechnik bietet AS-i einfaches „Plug & Play“ bei der Installation und Inbetriebnahme. Ein weite- rer nicht zu unterschätzender Vorteil: Die Reduktion der Klemmstellen führt zu einem deutlich geringeren Doku- mentationsaufwand. Dieter Bickelhaupt: „Früher haben wir konventionell verdrahtet, d. h. mittels Klemmkastensystem und direkt über die Ein- und Ausgänge der SPS. Die Verdrahtung war umfangreich und nahm viel Platz in der Anlage bzw. im Schaltschrank ein.“ Bei AS-i dagegen werden sowohl Daten als auch Energie für die angeschlossene Sensorik / Aktuatorik gemeinsam über ein zweiadriges Flachkabel übertragen. Die verpo- lungssichere Durchdringungstechnik hilft dabei, Fehler bei der Installation zu vermeiden. Der modulare Aufbau und die frei wählbare Netzstruktur folgen konsequent der Anlagenstruktur und bieten dem Anlagenentwickler maximale Flexibilität. Über diese Auszüge kann der Anwender nach dem Reinigungs- prozess die Werkstücke entnehmen. Diese sicherheitsgerichteten AS-i Türschalter mit Zuhaltung sorgen dafür, dass die Auszüge nicht während des Reinigungs- prozesses versehentlich geöffnet werden können. „Safety at Work“: Dieser induktive Sicherheitssensor zur Posi- tionsüberwachung ist per AS-i mit der Steuerung verbunden.
16 Applikationsbericht KLN Ultraschall n Alles über ein gelbes Kabel Für die Prozesssteuerung sind unterschiedlichste Sensoren und Aktuatoren in der Reinigungsanlage verbaut: Hier dienen induktive und optische Sensoren zur Positions- überwachung der Behälterwagen, in denen die zu reini- genden Teile manuell zu- und abgeführt werden. Prozesssensoren überwachen Temperatur und Füllstand der Flüssigkeiten in den Reinigungsbehältern. Sowohl binäre Schaltsignale als auch analoge Prozesswerte wie Temperaturwerte werden über den AS-i Bus an die Steue- rung übertragen. Ein Beispiel für Sensoren mit kombinierter Aktuatorik sind die sicheren AS-i Türschalter mit Zuhaltung. Wenn sie von der Steuerung über AS-i ein „Freigabesignal“ erhalten, geben sie die Verriegelung frei und der Auszug kann geöffnet werden. Somit wird verhindert, dass der An- wender versehentlich während des Reinigungsvorgangs oder während des Bestückens den Auszug aus der Anlage ziehen kann. n AS-i kann auch „sicher“ Die Anlage enthält u. a. sicherheitsgerichtete Einrichtun- gen. Neben den Türschaltern mit Verriegelungsaktuatorik sind das vor allem NOT-AUS-Taster und induktive Sicher- heitssensoren zur Positionserfassung. Hier spielt AS-i einen weiteren Trumpf aus: Auch sicher- heitsgerichtete Signale können dank des erweiterten AS-i Standards „Safety at work“ über das gelbe Flachkabel übertragen werden. Eine separate Leitung für sicher- heitsgerichtete Signale ist nicht erforderlich. Spezielle Sicherheitsmodule überwachen die Kommunikation auf dem Bus. Sicherheitskomponenten bis zur höchsten Steuerungskategorie 4 nach EN 954-1, SIL 3 nach IEC 61508 und EN ISO 13849-1 / PL e lassen sich über AS-i anschließen. n Vom Sensor bis in die Anlagensteuerung Der konkrete Anschluss von Sensoren und Aktuatoren er- folgt über die Ein- / Ausgabemodule, im AS-i Netzwerk auch als “Slave“ bezeichnet. In der Regel werden diese Module sensornah an dezentraler Stelle montiert. Sie stel- len über standardisierte M12-Anschlüsse die Verbindung zwischen Sensorik / Aktuatorik und dem AS-i Bus her. Letzterer wird in Form eines gelben zweiadrigen Flach- kabels in das Modulunterteil eingelegt. Die Durchdringungstechnik stellt eine zuverlässige Ver- bindung her. Der Vorteil dieser Montage: Die Module lassen sich einfach, auch nachträglich, an beliebiger Stelle an das Buskabel anschließen. Auch eine Erweiterung einer Anlage um zusätzliche Sensoren und Aktuatoren ist dank AS-i sehr einfach, schnell und kostengünstig rea- lisierbar. ifm bietet verschiedene Module für den Schaltschrank, die Feldmontage oder als Platinenlösung an. Erhältlich sind diese mit unterschiedlichen Konfigurationen an digitalen Ein- / Ausgängen, analogen Ein- / Ausgängen oder speziellen Anschlüssen, etwa für Pt-100-Tempera- tursensoren. Sichere AS-i-Eingangsmodule können in Schaltschränken oder Vor-Ort-Kästen eingesetzt werden, um konventionelle, sichere Sensoren wie NOT-AUS- oder Türschalter anzuschließen. Alle Statusanzeigen erfolgen über frontseitige LEDs. Unterschiedliche AS-i Module für normale (orange) und sicher- heitsgerichtete (gelb) Kommunikation. Passive Flachkabelabgriffe zum Anschluss intelligenter AS-i Sensoren / Aktuatoren an das gelbe Flachkabel.
17 Darüber hinaus bietet ifm sogenannte „intelligente“ Sen- soren und Aktuatoren mit integrierter AS-i Busanschal- tung an, zum Beispiel Pneumatikventile, induktive AS-i Sensoren oder die hier verwendeten NOT-AUS-Taster. Diese benötigen kein spezielles AS-i Modul und können als „Slave“ direkt per Flachkabelabgriff an die AS-i Leitung angeschlossen werden. n Master / Gateway Herzstück eines jeden AS-i Netzes sind sie sogenannten „Master“. Das sind eigenständige Controller, die den „Busverkehr“ managen. Zugleich bieten sie eine leistungsstarke SPS-Funktionalität und sind vom Anwen- der programmierbar, um Sensor- und Aktuatorsignale zu verarbeiten und somit als eigenständige, dezentrale Steuerung zu arbeiten. Zudem besitzen sie oftmals eine Gateway-Funktionalität, um etwa per Profinet oder Profibus mit der übergeord- neten Steuerung oder Leitebene zu kommunizieren. Je nach Ausführung lassen sich an diesen Mastern ein oder zwei AS-i Kabel mit jeweils bis zu 248 binären Sensoren und 186 Aktuatoren anschließen. Herzstück: Doppel AS-i Master für zwei AS-i Stränge mit Profinet-Gateway. Zur Energieversorgung bietet ifm passende AS-i Netzteile an. n Fazit Unter dem Strich zählt das Ergebnis: Verdrahtungsauf- wand, Dokumentationsaufwand und Inbetriebnahme- zeiten werden durch AS-i signifikant reduziert. Die Dezentralisierung der AS-i Teilnehmer führt zu kleineren und preiswerten Schaltschränken. Unübersichtliche Kabeltrassen werden vermieden. Einfache Diagnose und ein übersichtlicher Anlagenaufbau führen zu hoher An- lagenverfügbarkeit und reduzieren zugleich die Kosten für Montage und Diagnose. Dazu abschließend Dieter Bickelhaupt: „Da die Verbin- dungsleitungen zu den Schaltern und Ventilen alle mit vorkonfektionierten Kabeln erfolgen, ist dies eine enorme Zeitersparnis, zudem verhindert es Fehlerquellen. Die Kosteneinsparung durch den Einsatz von AS-i lässt sich nicht genau ermitteln. Ich denke jedoch wenn man alles betrachtet, also auch die Größe des Schaltschranks, Platz- bedarf in der Anlage, dezentrale Anwendung und Flexi- bilität auch durch die Ergänzung des Safety-Systems von ifm, dazu die gute Dokumentenerstellung, so sind das sicher 10-15 %. Dazu Arbeitszeiteinsparung bei der Mon- tage, Dokumentation und Fehlersuche.“
18 Die Privatbrauerei Zwettl investierte rund 15 Millionen Euro in den Ausbau und die Modernisierung des Standortes im gleich- namigen Ort in Niederösterreich. Sie ist damit europaweit einzigartig gut aufge- stellt, um höchst flexibel qualitativ hoch- wertige Biere vollautomatisch zu brauen. Die neuen energiesparenden Anlagen helfen, den Ressourcenbedarf zu senken und damit noch umwelt- schonender zu agieren. Umfangreiche Sensoren sorgen dabei für Prozessrückmeldungen und Diagnosedaten der Brauanlagen bis in die Leitebene. Das detaillierte Engineering wurde von der M&L Consulting aus St. Gallen und der Firma Corosys aus Hofheim mit einer individuellen Konstruktion und der vollständigen Automation realisiert. Als führende Ausrüster für die Brau- und Getränkeindustrie vertrauen die Firmen M&L Consulting und Corosys auf das breite Produktportfolio mit Sensorik und Steuerungs- systemen von ifm electronic, die höchste Prozesssicherheit und Anlagenverfügbarkeit garantieren. Dies ist wichtig, um die geforderten Normen und Richt- linien zu erfüllen. Speziell in der Lebensmittelindustrie sind eine hohe Temperatur- und Reinigungsbeständigkeit sowie Schutzart IP 68 / 69K gefordert. n Sensorik im Kaltbereich Die Prozesskette der Brauerei ist im Groben in drei Berei- che gegliedert: Sudhaus, Kaltbereich und Abfüllung. Aus Sicht der Prozesssensorik ist der Kaltbereich der interes- santeste Teil. Unzählige Druck-, Durchfluss- und Tempe- ratursensoren sind an den Tanks und Rohrleitungen montiert. Sämtliche Ventile sind mit induktiven Sensoren zur Positionsabfrage ausgestattet. Folgende Beispiele zeigen, wie Corosys in der Brauerei Zwettl die Applikationen mit Hilfe von ifm-Sensoren gelöst hat. Applikationsbericht Zwettl Brauerei Temperaturen, Drücke oder Füllstände: Unterschiedliche Sensoren überwachen den Prozess. Zwettler Bier zuverlässig automatisiert
19 n Elektronisches Manometer in der Kieselgurfiltrationsanlage Nach dem Gär- u. Lagerprozess gelangt das unfiltrierte Bier zur Kieselgurfiltrationsanlage. Hier werden Hefezellen und Trübstoffe herausfiltriert. Mittels Differenzdruckmessung wird der Zustand des Fil- ters überwacht. Dazu wird das vollelektronische Kontakt- manometer PG2894 eingesetzt. Es vereint die Vorteile eines elektronischen Drucksensors mit einer einfach ab- lesbaren Manometeranzeige. Der Druckaufnehmer besitzt ein hygienisches, frontbün- diges Design, wahlweise mit konischem G1-Gewinde oder Aseptoflex-Vario-Prozessanschluss. Dieser Prozess- anschluss erlaubt auch mit den erhältlichen Adaptern einen hygienegerechten frontbündigen Einbau. In Kombination mit der ecolink-Kabeldose der Serie EVT in M12-Ausführung ist mit IP 68 / IP 69K höchste Dichtig- keit im Nassbereich gegeben. Dank der Temperaturbe- ständigkeit ist das vollelektronische Kontaktmanometer auch für CIP (Cleaning-In-Place)- / SIP (Sterilising-In-Place)- Prozesse bestens geeignet. Die große Zeigeranzeige, die integrierte digitale Prozess- wertanzeige sowie der LED-Bargraph zur Schaltpunkt- oder Trendanzeige bieten dem Betreiber höchsten Ablesekomfort. Mit der hohen Gesamtgenauigkeit von 0,2 % ist das Gerät auch für sensible Prozesse einsetzbar. n Temperaturüberwachung bei der Herstellung von Mischgetränken Neben dem reinen Bier produziert Zwettl auch Mischge- tränke wie das beliebte „Radler“ – Bier mit Zitronenli- monade. An der Mischstation werden dafür Zusatzsstoffe aus verschiedenen Tanks miteinander gemischt. Für einen optimalen Prozessablauf sind definierte Medientempera- turen erforderlich. An den Tanks leiten Temperaturtransmitter vom Typ TA34 den Temperaturwert per Analogsignal (4…20 mA) an die Anlagensteuerung. Dank hygienischem Prozessanschluss G 1/2 und V4A (1.4404)-Gehäusewerkstoff ist der direkte Kontakt mit dem Medium absolut unproblematisch. Die hochgenauen Pt1000-Messelemente der Genauigkeits- klasse A liefern präzise Messergebnisse. In Rohrleitungen sind Temperaturfühler vom Typ TM4501 mit hygienischen Prozessanschluss G 1/2 integriert. Die Auswertung und Weiterleitung des Sensorsignals über- nimmt der separate Temperatur-Plug TP3231. Er ist sehr kompakt und besitzt sowohl für den Anschluss des Sensors als auch für den Ausgang zwei genormte M12- Anschlüsse. Das reduziert den Montageaufwand gegen- über eines üblichen Kopf- / Hutschienentransmitters auf ein Minimum. n Selbstüberwachender Temperatursensor in der Kurzzeiterhitzungsanlage Zur Abtötung von Mikroorganismen und um das Bier halt- bar zu machen, wird es in der so genannten KZE (Kurzzei- terhitzung) auf eine definierte Temperatur erhitzt. Hohe Genauigkeit hat hierbei höchste Priorität. Hierbei wird ein besonderer Sensor eingesetzt: Der ifm- Temperaturtransmitter TAD991 verwendet zwei unter- schiedliche Sensorelemente, die sich im Prozess gegenseitig überwachen. Diese Selbstüberwachung gewährleistet, dass eine auftretende Drift des Sensors sofort diagnosti- ziert wird. Hat sich die Genauigkeit des Sensors verschlechtert, so spricht man von einer Drift. Drifterscheinungen sind auf thermischen Stress zurückzu- führen. Gerade in der Lebensmittelindustrie erzeugen die regelmäßigen Reinigungsprozesse (CIP, SIP) extreme Tem- peraturschocks, die den Sensor extrem stressen und so eine Drift zwangsläufig herbeiführen. 2-in-1: Das vollelektronische Kontaktmanometer PG vereint Drucksensor und Manometeranzeige in einem Gerät. Klein, kompakt, kostengünstig: Der Temperatur-Plug TP wandelt das Sensorsignal in ein genormtes Analogsignal (4…20 mA).
20 Um auftretende Temperaturdrift zu erkennen, muss der Ab- gleich mit der Referenz automatisiert werden. Genau hier setzt der kalibrierfreie Temperatursensor TAD an. Standard-Temperatursensoren verfügen über ein Wider- standsmesselement, das in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie sehr häufig der Genauigkeitsklasse A gemäß DIN EN 60751 entspricht. Im Temperatursensor TAD ist ein Widerstandsmesselement (Pt1000) integriert. Dieses Widerstandselement wird vom Hersteller speziell ver- messen und vorselektiert und ist daher etwa um den Fak- tor 4 genauer als die üblicherweise verwendete Klasse A. Um ein Vergleichssignal zu haben, verfügt die Messspitze des TAD zusätzlich über ein langzeitstabiles NTC-Mess- element, welches im Produktionsprozess des Sensors mit der Kennlinie des Pt-Elements „gematcht“ wird. Unter „Matching“ versteht man das Angleichen zweier Kom- ponenten oder Kennlinien aneinander. Im normalen Betrieb arbeitet der Temperatursensor TAD also mit zwei unterschiedlichen Messelementen. Dies führt dazu, dass bei Ausfall eines Messelements der Pro- zess mit dem zweiten Messelement noch sicher beendet werden kann (Backup-Funktion). Die Elektronik des Temperatursensors TAD bildet den Mit- telwert der gemessenen Temperaturen und stellt einen tem- peraturproportionalen Analogausgang 4...20 mA zur Verfügung. Während des Betriebes wird die Differenz der beiden Temperaturen mit zwei einstellbaren Schwellwerten verglichen. Den ersten Schwellwert bezeichnet man als Drift-Warngrenze, den Zweiten als Drift-Alarmgrenze. Um eine Drahtbruchüberwachung zu gewährleisten, liegt auf dem Diagnoseausgang im normalen Betrieb ein 24 V Signal. Wird die Drift-Warngrenze überschritten, so taktet der Diagnoseausgang mit einer Frequenz von 2 Hz. Über Timer kann das Signal in jeder Steuerung aus- gewertet werden. Wird auch die Drift-Alarmgrenze über- schritten, so schaltet der Diagnoseausgang und es liegt dauerhaft ein 0-V-Signal an. Der Vorteil: Verglichen mit üblichen Temperatursensoren, die zyklisch kalibriert werden, steigt beim Einsatz des Tem- peratursensors TAD die Prozesssicherheit. Beim zyklischen Kalibrieren wird eine auftretende Drift zwar ebenfalls er- kannt, nur wurde bereits eine ungewisse Zeit mit einem drift-behafteten Sensor produziert. Da der TAD unmittel- bar beim Überschreiten der eingestellten Driftschwellen ein Signal generiert und nicht erst bis zum Ende des Kali- brierintervalls gewartet werden muss, wird hier die Pro- zesssicherheit und damit die Produktqualität in der anspruchsvollen Kurzzeiterhitzung maßgeblich verbessert. n Füllstandüberwachung an Tanks An vielen Stellen der Brauerei werden Tanks eingesetzt: Zum Beispiel im Drucktankkeller als Puffer zwischen Filtration und Abfüllung, in der Wasseraufbereitung oder in der zen- tralen CIP-Anlage. Zur Anlagensteuerung wir der exakte Füllstand dieser Tanks benötigt, zudem soll der minimal und maximal zulässige Füllstand erkannt und gemeldet werden. Für die hydrostatische Füllstandmessung sind Drucksen- soren der Serie PI28 am Tankboden montiert. Aus dem gemessenen hydrostatischen Druck lässt sich die exakte Füllhöhe des Tanks ableiten. Das Gehäuse dieser Sensoren besteht komplett aus Edel- stahl (V4A ,1.4404). Zusammen mit der hohen Schutzart IP 68 / IP 69K sowie dem prozessorientierten Design eignet sich diese Baureihe besonders für hygienische Ap- plikationen. Zuverlässige Dichtungsmöglichkeiten bietet der neue aus V4A-Edelstahl (1.4435) bestehende Pro- zessanschluss G 1 Aseptoflex-Vario. Lebenslang war- tungsfrei und somit kostensparend sind sowohl die Metall-auf-Metall- als auch die neue PEEK-Dichtung. Diese zeichnet sich durch hohe Chemikalien- und Tem- peraturbeständigkeit aus. Eine weitere hygienische Dicht- möglichkeit bieten Elastomer-O-Ringe (EPDM / FKM). Diverse Prozessadapter (wie Clamp, DIN11851 Milch- rohrverschraubung, u. a.) sind als Zubehör erhältlich, natürlich ebenfalls aus V4A-Edelstahl (1.4435). Der Druckbereich liegt je nach Sensortyp zwischen 100 mbar und 25 bar. Weitere Eigenschaften sind die hochreine langzeitstabile Keramikmesszelle sowie eine einfache Bedienbarkeit über die integrierten Tasten und die LED-Anzeige. Auf der elektrischen Seite lässt sich der Sensor im 2-, 3- oder 4-Leiter-Betrieb anschließen. Das vereinfacht den Geräteaustausch in bestehenden Anla- gen. Des Weiteren zeichnen sich die Sensoren der Bau- reihe PI28 durch eine hohe Gesamtgenauigkeit (0,2 %) und elektronische Temperaturkompensation aus. Auf- grund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit sind sie auch für CIP- und SIP-Prozesse optimal geeignet. Das zweite Sensorsystem am Tank ist der Grenzstandsensor LMT, der sicher den maximalen und minimalen Füllstand überwacht. Im Gegensatz zu anderen Lösungen, etwa me- chanische Schwinggabeln, kommt er ohne mechanische Komponenten aus und arbeitet somit verschleißfrei. Das Besondere: Er ist unempfindlich gegen Schaum und andere Anhaftungen, diese blendet er zuverlässig aus. Neben der werksseitigen Voreinstellung lässt sich der LMT per IO-Link Applikationsbericht Zwettl Brauerei Maximale Prozesssicherheit: der selbstüberwachende Tempera- turtransmitter TAD für besonders sensible Prozesse.
21 auf verschiedene Medien bzw. Anhaftungen einstellen. Das gewährleistet auch bei schwierigen Medien eine zuverläs- sige Grenzstanderkennung. Vielfältige Adapter erlauben verschiedenste Montage- möglichkeiten. Dabei arbeitet der Sensor unabhängig von der Einbaulage. Hochwertige Gehäusematerialien wie V4A (1.4404) und eine Sensorspitze aus lebensmittel- geeignetem PEEK erfüllen alle hygienischen Anforderun- gen. Ein gelasertes Typenschild für eine dauerhafte Lesbarkeit sowie die hohe Schutzart IP 68 / IP 69K für Reinigungsprozesse sind selbstverständlich. n Anwendungen in Rohrleitungen Die Grenzstandsensoren der Baureihe LMT werden zudem auch in Rohrleitungen eingesetzt. Sie erkennen, ob die Rohrleitungen gefüllt oder leer sind und dienen somit als Trockenlaufschutz für Pumpen. Dank seiner kompakten Sensorspitze lässt sich der LMT selbst in kleine Rohrleitungen von DN25 einsetzen. Um den Förderdruck in Rohrleitungen zu überwachen, wird der oben be- schriebene Drucksensor PI28 eingesetzt. Dieser leitet den Messwert als Analogsignal an die Steuerung weiter. n Induktive Sensoren überwachen Ventilknoten Zur Medienlenkung kommen an verschiedenen Stellen im Brauprozess Ventile in mehr oder weniger große Ven- tilknoten zum Einsatz. Elektromechanische Hubventile sorgen dabei für eine offene oder geschlossene Rohrlei- tung und gestatten so das gezielte Verteilen der Medien. Zur Endlagenerfassung dienen induktive Sensoren, wel- che anhand der Position der Hubstange erkennen, ob das Ventil tatsächlich offen oder geschlossen ist. Die ver- wendeten Sensoren vom Typ IFT203 besitzen hochwer- tige Gehäusematerialien (V4A, PEEK) und die hohe Schutzart IP 68 / 69 K, sodass sie auch die regelmäßigen Hochdruckreinigungsprozesse schadlos überstehen. n Mannloch- und Deckelüberwachung Eine weitere Anwendung für induktive Sensoren ist die Positionsüberwachung von Mannlöchern oder Deckeln an Tanks. Die Sensoren der Bauform IIT212 bieten mit 15 mm ausreichenden Schaltabstand, um auch bei mechanischen Toleranzen den Zustand „Deckel offen“ oder „Deckel ge- schlossen“ an die Steuerung zu melden. n Fazit Dank langjährigem Know-how bietet der Sensorikspe- zialist ifm ein umfassendes Produktportfolio, um den Brauprozess zuverlässig zu automatisieren und eine gleichbleibend hohe Bierqualität zu gewährleisten. Aufgrund ähnlicher Anforderungen lassen sich die bei- spielhaft gezeigten Applikationslösungen auf viele an- dere Bereiche im Getränke- und Lebensmittelbereich übertragen und damit fit für die Zukunft machen. Typische Tanküberwachung: Grenzstandsensor LMT und hydro- statisch messender Drucksensor PI im Tankboden. Perfekter Pumpenschutz: Der Grenzstandsensor LMT (oben) ermittelt, ob das Rohr gefüllt oder leer ist. Der Drucksensor PI (unten) überwacht den Förderdruck. Positionsrückmeldung: Der induktive Sensor IFT203 überwacht die Hubstange und mel- det der Steuerung, ob das Ventil auch tatsächlich geöffnet ist. Deckel geschlossen? Ein induktiver Sensor überwacht den Tankdeckel.
In Köln, in Sichtweite des Doms auf einer kleinen Insel am Ufer des Rheins gelegen, demonstriert hautnah und anschaulich das bekannte Schokoladenmuseum diesen Erschaffungsweg. Höhepunkt ist dabei die vollständig automatische Produktion in einer Mini-Fertigungsstraße von der Kakaobohne bis zur genussbereiten Tafel. 80.000 Täfelchen täglich werden so hier 6 Tage die Woche, bei gleichzeitig neugieriger Begutachtung durch die Besu- cherströme, erzeugt. Eine Störung dieses automatisier- ten Ablaufs hätte fatale Folgen. Seit Juli 2006 unterstützt ifm electronic aus Essen mit modernster Sensorik dieses außergewöhnliche Museum. Neben Temperatur- unter- stützen noch Schwingungs-, Zylinder- und Drucksenso- ren der ifm diesen äußerst empfindlichen Vorgang. n Auf die genaue Temperatur kommt es an! Nach der Vorverarbeitung, wie Rösten und Mahlen, wird die braune Schokoladenmasse in einem 3-wandigen Vor- ratstank zwischengelagert. Über eine doppelwandige, mit einer Begleitheizung ausgestattete Rohrleitung wird die flüssige Schokoladenmasse zur Weiterverarbeitung gepumpt. Die Temperatur im Heizwasserkreislauf der Be- gleitheizung, die die optimale Fließfähigkeit garantiert, muss konstant bei 50-51 °C liegen. Falls die Temperie- rung nicht genauestens stimmt, kristallisiert die Schoko- ladenmasse und verstopft die Rohre. Daraufhin muss die gesamte Produktion gestoppt und der betroffene Teil des Systems komplett gereinigt werden. Es entstehen nicht unerhebliche Kosten, denn dieser Vorgang ist äußerst aufwendig und zeitintensiv. Hier leisten die Temperatursensoren der Baureihe TN von ifm wertvolle Dienste. Sie überwachen präzise die Tem- peratur des Heizkreislaufs. 22 Jeder kennt sie, jeder mag sie – die Schokolade. Schon beim Erwähnen dieses Wortes läuft bereits vielen das Wasser im Munde zusammen. Aber die wenigsten wissen etwas über den sensiblen Prozess der Herstellung von der Kakaobohne bis zu den fertigen, in ge- schmackkonservierende Alufolie gehüllten und meist bunt verpackten Tafeln. Applikationsbericht Schokoladenmuseum Exakte Temperaturmessung für perfekten Schokoladengenuss
23 n Zuverlässige Temperatursensoren Die Temperatursensoren von ifm basieren auf einem Pt-100- oder Pt-1000-Widerstandselement. Dieses wan- delt die Messgröße Temperatur durch Widerstandsände- rung in ein elektrisches Analogsignal um. Ein Mikro- prozessor steuert die Auswertung des elektrischen Signals. Die aktuelle Systemtemperatur wird mittels LED- Display direkt an der Auswerteelektronik angezeigt. Sowohl Mikroprozessor als auch Anzeige erleichtern wesentlich die Handhabung. Mit Hilfe der Programmier- tasten kann der Anwender die Werte für die Schalt- punkte, Hysterese und Messfenster auch ohne anliegende Systemtemperatur einstellen. Das vereinfacht Installation und Inbetriebnahme. n Die Temperiermaschine Von den Vorratstanks wird die Schokoladenmasse zur Temperiermaschine gepumpt. Eine Temperiermaschine besteht aus mehreren Wärmekammern. Durch diese Kammern wird die Schokolade von unten nach oben gepumpt. Sie durchlaufen dabei eine genau festgelegte Temperaturkurve. Die Temperaturen sind rezepturabhän- gig und werden von der Temperiermaschine auf ein zehn- tel Grad genau gesteuert. Durch das Temperieren wird sichergestellt, dass die Schokolade nach der Endverar- beitung einen seidigen Glanz und einen knackigen Bruch hat. Diese genaue Temperatur wird von einem ifm TN2531 überwacht und schlägt Alarm, wenn sie um 0,5 Grad abweicht. n Erst warm, dann kalt – gießen und verpacken Als nächster Produktionsschritt erfolgt das Gießen der flüssigen aromatisch duftenden Schokolade in die ent- sprechenden Tafelformen. Hier wird die in den Formen befindliche Masse mit Kühlwasser auf 6-9 °C gekühlt. Diese Temperatur ist erforderlich, damit die gegossenen Tafeln aus ihren Formen durch rhythmisches Rütteln ge- löst werden können. Der hier eingesetzte Temperatur- sensor TN2531 besitzt eine Einbaulänge von 45 mm bei einem Durchmesser von 8,2 mm. Er ist äußerst robust und zeichnet sich durch die sehr hohe Druckfestigkeit von bis zu 300 bar aus. Der Messbereich beträgt -40…150 °C. Unterhalb der Vor-Ort-Anzeige befinden sich versenkte Einstelltasten. So ist ein fatales versehentliches Verstellen so gut wie ausgeschlossen. Anschließend erfolgt die Ver- packung. Auch hier müssen bestimmte Temperaturen eingehalten werden, denn es existiert nur ein enges Zeit- fenster. Dieses wird ständig kürzer, je höher die Außen- temperatur steigt. Die kritische Lufttemperatur beträgt 22-23 °C. Steigt die Umgebungstemperatur im durch Plexiglasscheiben abgeschirmten Produktionsbereich über diesen Grenzwert – z. B. durch die Besucherströme, denn jeder Mensch strahlt Wärme ab – wird Alarm ausgelöst und eine Hupe ertönt. Ein Temperatursensor der Bauart TN von ifm leistet auch an dieser Stelle zuverlässige Dienste. Alle erfassten Temperaturen werden nicht nur vor Ort sondern auch zentral in einem Schaltschrank zur Kon- trolle angezeigt, um bei diesem empfindlichen Produk- tionsprozess sofort zu reagieren. n Fazit Das A und O bei der Erzeugung einer Qualitätsschoko- lade ist die permanent präzise Temperaturüberwachung, sowohl im Warm- als auch im Kaltbereich. Die komplette Fabrikation ist dabei höchst sensibel zu handhaben, damit die empfindlichen menschlichen Geschmacksner- ven sich an einer wohlschmeckenden und aromatischen Schokolade erfreuen können. Im Bild der Temperatursensor TN2531 von ifm beim Überwachen der Kühltemperatur Exakte Temperaturüberwachung beim Verpackungsprozess. Gelagert werden die fertigen Schokoladentafeln konstant um 18 °C.
24 Applikationsbericht Wessel-Werk Die stetige Steigerung des Automatisierungsgrades in modernen Fertigungsanlagen wird zunehmend durch Identifikationssysteme unterstützt. Ihre Aufgaben sind meist die Kon- trolle oder Freigabe von Produktionsschritten oder die Zuordnung produktbegleitender Informationen. Besonders einfach gestaltet sich die Umsetzung, wenn die RFID-Kompo- nenten über den Feldbus AS-Interface kommunizieren. RFID meets AS-i Transparente Montageüberwachung Montageautomat zur Produktion von Staubsaugerdüsen. Wessel-Werk, Weltmarktführer in der Entwicklung und Produktion von Staubsaugerdüsen, setzt bei der Montage- technik auf Lösungen von ifm, Global Player in Sachen Automatisierungstechnik und weltweit erster Anbieter von AS-i basierten RFID-Systemen. Das Ergebnis ist eine schlanke und transparente Montageüberwachung bei der Herstellung der Staubsaugerdüsen. n Die Düse machts Eine hochwertige Staubsaugerdüse besteht aus gut einem Dutzend verschiedener Einzelteile. Um innovative Technologien zeitnah und flexibel umzusetzen, entwickelt und baut der Weltmarktführer die Montagemaschinen selbst. Darin durchlaufen Werkstückträger mehrere Mon- tagestationen. RFID meets AS-i Transparente Montageüberwachung
25 Auf ihnen werden aus Chassis, Bürstenleisten, Rollen und anderen Teilen verschiedene Staubsaugerdüsen zusam- mengesetzt. Bei Wessel-Werk werden verschiedene Varianten bei fle- xiblen Losgrößen im Mischbetrieb produziert. Förderer transportieren die Werkstückträger zu unterschiedlichen Bearbeitungsstationen. Je nach Düsentyp werden unter- schiedliche Bearbeitungsschritte ausgeführt und Förder- wege benutzt. Jeder Werkstückträger ist über einen speziellen RFID-Code eindeutig identifizierbar. An jeder Bearbeitungsstation wird der Code ausgelesen, per AS- Interface an die Steuerung übertragen. Je nach Variante wird dann der entsprechende Bearbeitungsschritt ausge- führt beziehungsweise die Weichen auf dem Förderweg gestellt. Durch die eindeutige Identifizierung werden Bear- beitungsfehler im Mischbetrieb zuverlässig ausgeschlossen. n RFID mit AS-i Für einen reibungslosen Prozessablauf kommt das indu- strietaugliche RFID-System DTS125 von ifm zum Einsatz. Es bietet eine kompakte und einfache Alternative für Ap- plikationen, in denen eine optische Identifikation aufgrund von Umweltbedingungen nicht einsetzbar ist. Es ist zudem das weltweit erste RF-Identifikationssystem für AS-Interface. Es eröffnet die Möglichkeit, Codeträger (ID-TAGs) auszulesen oder zu beschreiben und dabei die Vorteile des AS-Interface zu nutzen. Es lässt sich problem- los in bestehende AS-i Netzwerke integrieren und ist sofort betriebsbereit. Die Besonderheit der AS-i Lösung ist die ein- fache Verdrahtung. An 100 Meter AS-i Kabel können bis zu 31 Schreib- / Leseköpfe angeschlossen werden. Das Kabel kann beliebig verzweigt werden und dem Layout der Fertigungslinie folgen. Es eignet sich sehr gut für modu- lare Aufbauten, da sowohl Daten als auch Energie über nur ein Kabel laufen. Das RF-Identifikationssystem nutzt beim Lesen das gängige AS-i Analogprotokoll 7.4 zum Datentransfer. Spezielle Soft- warebausteine sind somit nicht erforderlich. Der Schreib- / Lesekopf speichert Übertragungsfehler, die zur gezielten Fehleranalyse abrufbar sind. Antenne, Elektronik und AS-i Schnittstelle sind im kompakten Gehäuse integriert. Die Spannungsversorgung erfolgt aus dem AS-i Netz über eine drehbare M12-Steckverbindung. Es ist keine zusätzliche Betriebsspannung erforderlich, das vereinfacht die Mon- tage und minimiert die Verdrahtung. Das ID-TAG (Trans- ponder) ist in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich und bietet flexible Montagemöglichkeiten für Werkstück- träger, Behälter etc. Mit einfacher Durchdringungstechnik ist das AS-i Modul am gelben AS-i Flachkabel anschließbar. Das Kabel kann dabei quer oder längs durch das Modul geführt werden. Die Montage des AS-i Moduls erfolgt ohne Werkzeug – zur Demontage wird lediglich ein Schraubendreher benö- tigt. Nicht nur RFID-Schreib- / Leseköpfe, auch andere Senso- ren, etwa Lichtschranken oder induktive Sensoren, lassen sich über AS-i Module mit der Steuerung verbinden. Das spart auch hier aufwendige Verkabelungen. Der AS-i Master sammelt als Kopfstation alle Daten für alle gängigen, übergeordneten Feldbusse ein. Durch die inter- gierte SPS-Funktionalität kann er die Daten vorverarbeiten und die übergeordnete Anlagensteuerung entlasten. n Fazit Gerhard Feyerabend, Steuerungstechniker bei Wessel- Werk über die Einfachheit des AS-i RFID-Systems: „Die In- betriebnahme des Systems ist viel einfacher als erwartet, da die Leseköpfe nach ihrer Installation und Adressierung die Daten sofort an die SPS schicken. Eine weitere Kon- figuration ist gar nicht mehr notwendig!“ Mit RFID in Kombination mit AS-i bietet ifm eine ideale Kombination für einfach zu realisierende Identifizie- rungsaufgaben in der Montagetechnik. An mehreren Montagestationen wird aus Einzelteilen vollauto- matisch eine Staubsaugerdüse zusammengesetzt. Unten im Werkstückträger ist der Transponder-Chip eingelassen. Bis zu 224 Bit kann dieser Chip speichern. An beliebiger Stelle des AS-i Kabels lassen sich Sensoren per Flachkabelabgriff anschließen.
In keiner anderen Branche ist der Wettbe- werbsdruck so hoch wie in der Bauwirt- schaft. Wer hier seine Position am Markt halten und ausbauen will, muss seine Wirt- schaftlichkeit verbessern. Mit anderen Wor- ten: mehr Effizienz durch eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit bei gleichzeiti- ger Verbesserung der Qualität. Mit der einzigartigen Gritzke-Nivellierautomatik GRi-P1 für Planiermaschinen wird die Einsatzflexibilität der Maschinen und die Produktivität erheblich gesteigert. Das trägt dazu bei, Materialkosten bei der Erdbewegung und Feinplanie einzusparen. Das System lässt sich mit mehreren Sensoren ausstatten, kombiniert einfache Bedienung und überzeugt mit einer selbsterklärenden Benutzeroberfläche. Jeder Millimeter zählt, wenn beim Planieren im Straßen- bau kilometerlange Streckenabschnitte auf ein gleich- mäßiges Niveau gebracht werden müssen. Denn selbst nur ein Millimeter in der Höhe entscheidet dabei leicht über einige LKW-Ladungen an Material. n Per Laser auf Niveau Ein millimetergenaues Niveau über weite Strecken ist nur mit Hilfe moderner Technik effizient umsetzbar. Dabei haben sich lasergestützte Systeme als besonders präzise, preiswert und zuverlässig erwiesen. Das Funktionsprin- zip: Ein auf einem Stativ angebrachter Laser rotiert um die eigene Achse und erzeugt so eine Laserebene. Diese wird parallel zu der gewünschten Oberfläche ausgerich- tet. Eine am Raupenschild montierte senkrechte opto- elektronische Empfangszeile erfasst den Laserstrahl. Eine intelligente Steuerung führt den Laserempfänger und damit das Raupenschild so nach, dass diese immer in exakt gleicher Höhe zur Laser-Projektionsebene stehen. Somit kann sich der Raupenfahrer auf das horizontale Verfahren seiner Raupe konzentrieren, während das Raupenschild vollautomatisch und millimetergenau auf Referenzhöhe gehalten wird. Um schräge Flächen zu ebnen, wird der Laser einfach parallel zur gewünschten Neigung ausgerichtet. Je nach- dem, ob die Planierraupe längs, quer oder schräg zur Nei- gung fährt, ist eine unterschiedliche Querneigung des Planierschildes erforderlich. Auch diese ist bei laserge- 26 Applikationsbericht Gritzke – Planierraupensteuerung Automatik schafft Niveau Nivellierautomatik für Planiermaschinen
27 stützten Systemen automatisch steuerbar. Dazu wird auf dem Planierschild seitlich ein zweiter Laserempfänger montiert. Alternativ kommt ein Querneigungssensor und / oder ein Ultraschallsensor auf dem Planierschild zum Ein- satz. Die Gritzke Lasertechnik OHG mit Sitz im ostwestfäli- schen Lemgo ist spezialisiert auf die Entwicklung, Pro- duktion und Vertrieb von Positionierungssystemen für Baumaschinen. Die Kunden profitieren von der hohen Qualität, Zuverlässigkeit der Systeme und vom Service- anspruch des Unternehmens. Ein zentrales Credo: die Umgehung des Produkt- bindungszwangs der Marktführer, das heißt: die Gritzke- Systeme können auf jede Maschine montiert werden, un- abhängig davon, ob diese bereits mit Kabelvorrüstungen ausgestattet ist. Um sich von marktüblichen Systemen abzuheben, hat Gritzke die Vor- und Nachteile sämtlicher Systeme be- rücksichtigt und zusätzlich die eigenen Ideen umgesetzt. n Ein neues flexibles System musste her Zur Steuerung der Nivelliersysteme setzte Gritzke in der Vergangenheit programmierte Controller verschiedener Hersteller ein. Der Nachteil: Kunden- und maschinenspe- zifische Anpassungen oder Softwareänderungen konnte Gritzke als Systemintegrator nicht selber vornehmen. Die Softwarehoheit lag bei den Hardwareherstellern. Indivi- duelle Anpassungen bzw. Änderungen waren zeit- und kostenintensiv oder wurden abgelehnt. Dipl.-Ing. Rolf Oschatz, Geschäftsführer bei Gritzke: „Vor etwa 2 Jahren wurde von mir entschieden, ein ei- genes lasergestütztes Nivelliersystem für Baumaschinen zu entwickeln. Ziel war es, unseren Kunden eine Kombi- nation aus besonderer Anwenderfreundlichkeit, präziser Genauigkeit und bestem Wettbewerbspreis zu bieten. Mit unserer Entwicklung erfinden wir grundsätzlich das Rad nicht noch einmal, aber sie vereint sämtliche Vorteile der Konkurrenzsysteme mit unseren Ideen und Anforde- rungen.“ n ifm als Partner Applikations-Know-how ist eine Sache, doch bei dem Herzstück des Systems, der Steuerung und deren Soft- ware, ist Gritzke mehr oder weniger zufällig auf den heu- tigen Partner, die ifm-Unternehmensgruppe, gestoßen. Dipl.-Ing. Rolf Oschatz: „Die Entwicklung mit früheren Hardwareanbietern kam nur langsam voran. Die anfangs zugesagte Unterstützung lief nur schleppend und war eher von Planzahlen als von technischer Unterstützung geprägt. Bei einem Informationsgespräch im April 2013 wurde ich dann auf der BAUMA (weltweit größte Bau- maschinenmesse, Anmerkung der Redaktion) am Stand von ifm gefragt, ob man weiterhelfen könne. Schnell entstand gegenseitiges Interesse. Was mich besonders beeindruckt hat: Man hat nicht nach möglichen Stück- zahlen gefragt, sondern umfassende Unterstützung des Projektes zugesagt.“ Das war der Start der engen Partnerschaft zwischen Gritzke und ifm. Arbeitsoberfläche mit den Einstellmöglichkeiten: „Masteinrich- tung“, „Laser suchen“ oder „Mast parken“, Automatikmodus für rechten oder linken Mast „ein / aus“, „Mastverstellung beidseitig“ sowie die aktuelle Höhenanzeige in 1/10 mm. Gritzke hat das System entwickelt und in Kooperation mit ifm verkaufsfähig gebaut.
28 Applikationsbericht Gritzke – Planierraupensteuerung In Kooperation mit dem Automatisierungsspezialisten ifm (Hardware) hat die Gritzke Lasertechnik die erste deutsche CANbus-basierte Nivellierautomatik für Planiermaschinen „GRi-P1“ entwickelt, gebaut und verkauft. n Die Umsetzung Die nachfolgenden Monate waren von intensiver Zu- sammenarbeit geprägt. Dipl.-Ing. Dennis Blume, Fachvertrieb Steuerungstechnik bei ifm, hat das Projekt maßgeblich unterstützt. Dies er- folgte in enger Zusammenarbeit mit Gritzke, denn Prio- rität der Entwicklung war, das Software-Know-how im Hause Gritzke zu haben. Als Herzstück der Anlage dient der mobiltaugliche und CAN-fähige ifm-Controller CR0033. Als Bedieneinheit kommt das grafikfähige ifm-Display CR1084 zum Einsatz. Dipl.-Ing. Rolf Oschatz: „Die Zusammenarbeit mit ifm war leidenschaftlich und erfolgreich. Oft testeten wir die Software und Hardware bis spät in die Nacht draußen auf den Maschinen. Ein Dank gilt diesbezüglich der Firma Stork Tongruben und Transportunternehmen in Hidden- hausen, welche uns eine Raupe (Cat D6T) und die Ört- lichkeit, eine Tongrube, zum ausgiebigen Testen des Systems zur Verfügung stellte. Und es hat sich gelohnt: Nach 18 Monaten konnten wir das System bis zur Markt- reife umsetzen. Ohne den außergewöhnlichen Einsatz von Herrn Blume hätten wir das niemals in so kurzer Zeit geschafft“. n Flexibel in der Anwendung Das Nivelliersystem ist das erste seiner Art, dass in einer Hand entwickelt, programmiert und gebaut wird. Für den Kunden hat es den Vorteil, dass Anpassungen, spezielle Kundenwünsche oder Verbesserungen schnell umgesetzt werden können. Durch sein Baukastenprinzip ist das Gritzke-System „GRi-P1“ für sämtliche Arten lasergestützter Höhenkon- trolle und -steuerung bei unterschiedlichen Anwendun- gen sowie Baumaschinen nutzbar. So ist es auch an Baggern zur Tiefenkontrolle, an Höhen- und Schwenkwinkelbegrenzungen, an Radladerplanier- einrichtungen, an Ramm- und Bohrgeräten, an landwirt- schaftlichen Maschinen oder an Container-Staplern einsetzbar. Der Vorteil: Der Kunde spart sich teure Soft- ware-Updates, da die verschiedenen Einsatzgebiete be- reits in der einen Software hinterlegt und anwählbar sind. Die Steuerung kann also bei Bedarf auf unterschiedlichen Maschinen eingesetzt werden. Der Kunde spart den Kauf doppelter Komponenten, wie Bedieneinheit, Zentralein- heit oder Sensoren. Durch Integration wählbarer Applikationsprogramme in einem modularen Gerät konnte der Entwicklungs- und Hardwareaufwand minimiert werden. Die Folge: Das Gritzke-System kostet rund 1/3 weniger als die markt- üblichen Systeme. n Schnell – dank CAN-Bus Als erstes System nutzt es ausschließlich die CANbus- Schnittstellen zur Datenübertragung. Bis zu 5-mal schnel- ler lassen sich so die Daten vom Laserempfänger oder vom Querneigungssensor / Ultraschallsensor in die Steue- rung übertragen. Diese schnelle Datenübertragung und Verarbeitung im Controller ist notwendig, um eine mög- lichst verzögerungsfreie Signalkette von den Laseremp- fängern über die Steuerung bis hin zur Ventilansteuerung des Raupenschildes, zu gewährleisten. Nur so wird auch bei hohen Geschwindigkeiten, ein millimetergenaues Arbeiten gewährleistet und erreicht. Ebenfalls über CAN-Bus werden auch die Joysticks, Schalter und Taster der Baumaschine abgefragt und an die Prozessteuerung übergeben. Dipl.-Ing. Dennis Blume von ifm vor Ort: „Immer wieder wurde die Steuerung vor Ort auf der Maschine gete- stet und die Program- mierung angepasst. Denn nur was 100- prozentig funktioniert, geht an die Kunden.“
29 An der grafischen Bedieneinheit kann der Anwender den automatischen Nullabgleich bei Bedarf manuell an- passen. Die Umschaltung – z. B. auf den Querneigungs- sensor oder auf den Ultraschallsensor (zum Planieren nach einer Boden-Referenz wie der Bordsteinkante) – erfolgen einfach an der Bedieneinheit. n Herzstück: Der Controller Das „Gehirn“ der Steuerung ist ein leistungsstarker 32-Bit-Controller von ifm. Er verfügt über bis zu 16 multifunktionale Eingänge und Ausgänge sowie 4 CAN-Schnittstellen. Herzstück der Steuerung ist ein moderner und schneller 32-Bit-Prozessor, der in ein kompaktes Metallgehäuse mit IP 67 integriert wurde. Seine Überwachungs- und Schutzfunktionen er- möglichen einen sicheren Betrieb, auch unter extremen Einsatzbedingungen. Die hohe Anzahl multifunktionaler Ein- und Ausgänge lassen sich mittels Applikationssoft- ware (IEC 61131-3 mit CODESYS) einfach und präzise auf die jeweiligen Einsatzfälle anpassen. Je nach Typ kön- nen die Eingänge als Digital-, Frequenz- oder Analogein- gang mit Diagnosefunktion oder als Eingang für die Widerstandsmessung konfiguriert werden. Die 4 CAN-Schnittstellen nach ISO 11898 unterstützen alle wichtigen Bus-Protokolle und unterschiedliche Über- tragungsraten wie auch den transparenten oder vorver- arbeitenden Datenaustausch. Die neuen Controller wurden speziell für den robusten Einsatz im Fahrzeug und für die mobile Automation entwickelt und können dabei zuverlässig komplexe und proportionale Funktio- nen ausführen. n Grafische Bedieneinheit Das Dialoggerät PDM360 NG lässt sich dank geschlos- senem Aluminiumdruckgussgehäuse mit Schutzart IP 67 sowohl im Außen- als auch im Kabinenbereich ein- setzen – wahlweise per Aufbau- oder Einbaumontage. Brilliante grafische Darstellungen verspricht das kratz- feste 7"-TFT-Farbdisplay mit einer Auflösung von 800 x 480 Pixeln und einer Farbtiefe von 18 Bit. Zur Bedienung verfügt das PDM360 NG über 9 hinterleuchtete Funk- tionstasten mit taktiler Rückmeldung. Darüber hinaus steht modellabhängig ein Drehgeber mit Druckfunktion oder eine Kreuzwippe zur Verfügung. Der leistungsstarke 32-Bit-Controller ist gemäß IEC 61131-3 mit CODESYS frei programmierbar. Neben 1 GB internem Speicher kann der Anwender externe Medien am integrierten USB 2.0 Port anschließen. 4 CAN-Schnittstellen nach ISO 11898 unterstützen jeweils das CANopen-, SAE J1939- oder ein freies Proto- koll. Zusammen mit einer 100-Mbit-Ethernet-Schnittstelle sowie mit dem Linux-Betriebssystem wird eine universelle Plattform für die weitere Vernetzung und Kommunika- tion mit anderen Fahrzeugkomponenten gebildet. Die Verbindung erfolgt über robuste und sichere M12- Steckanschlüsse. n Fazit Jahrelanges Applikations-Know-how, leistungsstarke Hardware, vor allem aber der Wille, gemeinsam etwas Spezielles zu schaffen, prägt die Entwicklung dieses Projekts. Wieder einmal setzt „Made in Germany“ mit Unterstützung von ifm im wahrsten Sinne des Wortes neue Maßstäbe. Dialogmonitor CR1084 von ifm zur Visualisierung und Dateneingabe. Herzstück der Anlage ist ein mobiltauglicher 32-Bit-Controller von ifm.
30 Applikationsbericht Gritzke – Baggertiefenkontrolle Die Firma Gritzke Lasertechnik aus Lemgo ist spezialisiert auf Baggertiefenkontrollsysteme. Zusammen mit der ifm- Unternehmensgruppe, einer der führenden Hersteller für mobiltaugliche Sensorik und Automatisierungslösungen, entstand eine innovative Lösung zur exakten relativen Höhenbestimmung der Löffelschneide beim Baggern. Präzise Neigungssensoren, ein kompakter BasicController sowie ein programmierbares Dialogdisplay bilden zu- sammen mit der eigens dafür entwickelten Software ein effizientes System und geben dem Baggerfahrer die ab- solute Kontrolle über seine Arbeitsaufgaben. Zuerst wird die Referenzhöhe mit dem Rotationslaser und dem Laserempfänger am Verstellausleger des Baggers nivelliert. Dann können die geplanten Höhen an jeder Stelle der Erdarbeiten bestimmt werden. Baggern mit System Einfach nachrüstbares Tiefenkontrollsystem für Hydraulikbagger Die Höhe der Baggerschaufelkante zentimetergenau im Blick – das ermöglicht das neue Baggertiefenkontrollsystem der Fa. Gritzke. Der Clou: Es kann problemlos an jeden Hydraulikbagger nachgerüstet werden, ohne in dessen Steuerung eingreifen zu müssen. Hochpräzise Neigungssensoren an den einzelnen Baggerarmen und der Schaufel machen´s möglich. Der BasicController hilft bei der Berechnung der Referenzhöhe.
31 n Exakte Neigungswinkel Sechs ifm-Neigungssensoren vom Typ JN – verteilt über den Baggerausleger, im Oberwagen und am Schwenk- löffel – messen präzise die Neigungswinkel in x- und y-Richtung. Aus den Messergebnissen aller sechs Neigungssensoren und den bekannten Baggerarmlängen errechnet die intelligente Software über Dreiecksberechnungen zenti- metergenau die Höhenposition der Löffelschneide. Relevant ist besonders die Raumgerade zwischen linker und rechter Schaufelkante, die – mit dem Neigungssen- sor an der Schaufel – sowohl exakt ebene Flächen als auch beliebige Böschungswinkelungen bei Erdarbeiten möglich macht. Die Signalverarbeitung und die komplexen Berechnun- gen erfolgen im Dialoggerät, welches Display, Bedien- tasten und einen leistungsfähigen Controller beinhaltet. Das Display zeigt dem Baggerfahrer grafisch die Stellung der Baggerschaufel sowie die aktuelle Höhe der Schneide- kante an. Zudem signalisiert eine gut sichtbare Ampel im Blickfeld des Baggerführers, ob die gewünschte Tiefe erreicht ist. Das setzen von Höhenmarken, Böschungslehren sowie eine direkte Sichtverbindung sind nicht mehr erforder- lich. Auch Arbeiten bei Nacht oder bei Verdeckung sind dadurch möglich. Rolf Oschatz, Geschäftsführer bei Gritzke Lasertechnik „Das besondere an unserer Lösung ist, dass es durch ein- fache Parameteränderung problemlos an unterschied- liche Bagger verschiedener Hersteller adaptierbar ist.“ n Für den robusten Einsatz Weitere Vorteile des Systems: Die Sensoren im Außenbe- reich sind für ein breites Temperaturspektrum (-40 bis 85 °C) ausgelegt. Eine aktive Temperaturkompensation sorgt für exakte Messwerte des JN – unabhängig von der Umgebungstemperatur. Sie besitzen über den gesamten Messbereich von 0...360 Grad eine hohe Genauigkeit von 0,1 Grad, ohne lästiges Sprungverhalten. Der Anschluss erfolgt über vibrationssichere, abgedichtete M12-Steck- verbindungen. Das Dialoggerät mit Bedientasten und grafischem Display bietet dem Baggerführer jederzeit Übersicht über die wichtigsten Einstellungen. Per Tasten, Touch-Display und Drehregler kann er die relevanten Einstellungen, etwa die gewünschte relative Tiefe, komfortabel und eindeutig einstellen. Auch die Umstellung auf das zugrunde lie- gende Koordinatensystem (Lot- / Euler- / Kardanwinkel) ist per Tastendruck möglich. n Fazit Langjährige Erfahrung mit Baumaschinensteuerungen und Automatisierungs-Know-how aus erster Hand: Die Kunden profitieren von der hohen Qualität und Zuver- lässigkeit der einzigartigen Baggertiefenkontrolle. Kurzum: Wenn sich Kompetenzen ergänzen, kann „Erde“ auch richtig bewegt werden! Das ifm-Dialoggerät CR1082 dient zur Anzeige und Daten- eingabe, außerdem führt die integrierte SPS die Höhenberech- nung durch. Eine Ampel im Blickfeld des Baggerführers zeigt, ob sich die Schaufel zu hoch oder zu niedrig befindet. Je Baggerarm ermittelt ein Neigungssensor den exakten Winkel. Auch die Querneigung der Baggerschaufel wird in der Berech- nung berücksichtigt.
32 Applikationsbericht NOBA Verbandmittel Die Firma NOBA Verbandmittel aus Wetter an der Ruhr produziert weltweit unter- schiedlichste Verbandmittel für Kranken- häuser, Arztpraxen und Apotheken. Maximale Hygiene ist oberstes Gebot, wenn im Reinraum Verbandmittel für medizinische Anwendungen produziert, verpackt und sterilisiert werden. Um Bakterien und Pilzen das Leben unmöglich zu ma- chen, werden u.a. Umweltparameter wie Partikelanzahl in der Luft , Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit in engen Grenzen geregelt. Für die Umgebungstempera- tur im Reinraum beträgt der optimale Wert 21° C. Ist die Temperatur zu hoch wird diese mit Kältetechnik herun- tergekühlt. Damit die Energiekosten für die Klimatisierung niedrig bleiben, plant und baut das Unternehmen seine Produk- tionsanlagen so, dass die eingesetzten Komponenten möglichst wenig Wärme in den Reinraum abgeben. Dazu Michael Rohe, Technischer Leiter bei NOBA: „Es ist be- sonders wichtig, im Reinraum verlustarme Geräte einzu- setzen, da wir Verlustwärme, die wir im Reinraum erzeu- gen, sehr kostspielig wieder mit Kältemaschinen herun- ter kühlen müssen, um die Temperatur konstant zu halten. Des Weiteren ist es so, wenn wir im Schaltschrank verlustarme Geräte haben, dass wir größtenteils auf Schaltschrankkühlungen durch Ventilatoren verzichten können und somit keine Verwirbelungen mehr im Rein- raum durch Schaltschranklüfter oder ähnliches haben.“ n Hitze im Schaltschrank ist teuer! Im Schaltschrank der Anlagen sind die Netzteile die maß- geblichen Wärmeproduzenten. Herkömmliche elektroni- sche Schaltnetzteile arbeiten gegenüber den früher eingesetzten Trafonetzteilen schon sehr effizient. Doch erreichen sie nie den idealen Wirkungsgrad von 100 Pro- zent. Die Differenz vom tatsächlichen Wirkungsgrad zu den optimalen 100 Prozent wird in Wärmeenergie um- gesetzt, die den Schaltschrank aufheizt. In vielen Bereichen industrieller Anlagen mag die Wärme im Schaltschrank eine eher untergeordnete Rolle spielen. Bei definierten Reinraumbedingungen wie bei NOBA da- gegen kostet die Verlustwärme gleich doppelt: Zum einen Kühl, schlank und zuverlässig Effiziente, neue Netzteile im Schaltschrank
33 fallen hierfür Energiekosten an, zum anderen muss diese mit energieintensiven Klimageräten wieder teuer kom- pensiert werden. n Niedrige Temperatur = hohe Lebensdauer Deshalb setzt NOBA auf die neuen Netzteile von ifm. Diese zeichnen sich durch einen extrem hohen Wir- kungsgrad von bis zu 94 Prozent aus. Damit liegt dieser ein bis zwei Prozent über dem vergleichbarer moderner Schaltnetzteile anderer Hersteller. Das erscheint auf den ersten Blick nicht sonderlich viel. Doch Rechnungen zeigen, dass sich diese ein bis zwei Prozent übers Jahr gesehen zu merklichen Energiekosten addieren. Erst recht in dieser Applikation, wenn sich dazu noch die Kosten für die kompensierende Klimatisierung addieren. Diese Verlustleistung kann in der Praxis durchaus eine zu- sätzliche Temperaturerhöhung von 10 Grad im Schalt- schrank bewirken. Eine Temperaturdifferenz von 10 Grad bedeutet aber für einige elektronische Bauelemente, wie Elektrolytkondensatoren, eine Halbierung der Lebens- dauer. Oftmals ist die Maschinensteuerung direkt neben den Netzteilen montiert. Da wirkt sich der bessere Wir- kungsgrad ganz besonders auf die Lebensdauer der im Schaltschrank verbauten SPS aus. Kurzum: Je niedriger die Temperatur im Schaltschrank, desto höher ist die Lebens- dauer der Anlagensteuerung. n Die neuen ifm-Netzteile Im Jahr 2013 hat die ifm ihre Netzteilfamilie komplett er- neuert. Die neue Generation umfasst sowohl 24-V-DC- Schaltnetzteile mit Ausgangsströmen von 3,3 bis 20 A als auch AS-i Netzteile von 2,8 bis 8 A. All diesen Geräten gemeinsam sind die auf maximale Effizienz, Langlebig- keit und Leistungsstärke ausgelegten Bauteile und Schaltungen. Kernpunkt ist ein hocheffizientes Schal- tungsdesign, dass sich zusätzlich durch seine Kompakt- heit auszeichnet. So sind die ifm-Netzteile deutlich schmaler und benötigen weniger Platz im Schaltschrank als leistungsgleiche Geräte anderer Hersteller. Damit lei- stet ifm einen wichtigen Beitrag im Maschinenbau, der immer kleinere Schaltschränke verlangt. Man könnte meinen, diese Kompaktheit ginge auf Ko- sten der Bauteildimensionierung und einen reduzierten Funktionsumfang. Doch den Entwicklern ist das Gegen- teil gelungen: Die Bauteile sind so dimensioniert, dass die Netzteile dauerhaft in den Grenzbereichen der Spezifika- tionen betrieben werden können. Sie liefern über nahezu den gesamten Temperaturbereich die angegebene Nenn- leistung. Eine sonst übliche „Überdimensionierung“ der Netzteile mit Reserve für mehr Langlebigkeit ist bei ifm-Netzteilen deshalb nicht erforderlich. Das spart Platz und Kosten. Belegt wird dies durch einen herausragen- den MTBF-Wert von 0,89 bis 1,4 Millionen Stunden (je nach Variante), was einer „Lebensdauer“ von 100 bis 160 Jahren gleichkommt. Erst ab einer Umgebungstem- peratur von 60 °C ist ein geringes Derating (reduzierte Leistungsabgabe) zu beachten. n Starke Extras Durch jahrelanges Applikations-Know-how weiß ifm exakt, welche Anforderungen die Automatisierungs- technik an die Energieversorgung stellt. Deshalb wurden zahlreiche Extras integriert, die eine zuverlässige Funk- tion in allen Betriebsphasen gewährleisten. Anstelle einer Einschaltstrombegrenzung mit einem einfachen NTC-Widerstand werden bei den neuen Schalt- netzteilen der ifm die Kondensatoren mikroprozessor- gesteuert geladen. Dieser „sanfte“ Anlauf der Span- nungsversorgung sorgt dafür, dass die dem Netzeil vorgeschalteten Sicherungen nicht extra für einen erhöh- ten Anlaufstrom höher dimensioniert werden müssen. Das schafft zusätzliche Sicherheit auf der Primärseite des Netzteils. Zusätzliche Leistungsreserven auf der Sekundärseite sorgen dafür, dass das Netzteil noch genügend Strom abgibt, um im Falle eines Kurzschlusses die nachgeschalteten Lei- stungsschutzschalter zuverlässig auszulösen. Für nach- trägliche Erweiterungen der Anlage bieten die ifm-Netzteile noch eine zusätzliche Leistungsreserve von 20 Prozent. Kurzzeitige Spannungseinbrüche, zum Beispiel verursacht durch Schaltvorgänge im Versorgungsnetz, überbrücken die Netzteile für mehrere Millisekunden. n Fazit Was im Datenblatt oftmals kaum beachtet wird, hat be- deutende Auswirkungen auf Lebensdauer und Zuverläs- sigkeit der Anlage. NOBA hat die Vorteile der neuen ifm-Netzteile erkannt, spart somit Betriebskosten und schafft ein optimales Klima, um die hohen Produktan- forderungen sicher zu erfüllen. Echt cool: Dank hohem Wirkungsgrad heizt die neue Generation von Netzteilen der ifm den Schaltschrank nicht auf. Ein kleines, aber prak- tisches Detail: Alle 24-V-Schaltnetz- teile sind mit Doppel- klemmen ausgestattet. Das erleichtert die Verkabelung und schafft mehr Übersicht im Schaltschrank.
34 Applikationsbericht Romfil Die Reinigung von Wasser wird zunehmend zu einem wichtigen Produktionsfaktor. Moderne Fluid-Sensorik sorgt dabei für effiziente und energiesparende Prozesse. Bis zu 300 Kubikmeter Wasser – das entspricht ungefähr dem Volumen einer 100 qm Wohnung – filtriert die Cross- flow-Filteranlage Aquacross W675 der Romfil GmbH pro Stunde. Aus vorgeklärtem, aber immer noch verunrei- nigten Wasser produziert sie Trinkwasser. Das Prinzip der Cross-Filtration ist besonders effizient: Schmutzwasser wird in einem Kreislauf durch dünne, po- röse Kapillarröhrchen gepresst. Nur reines Wasser kann diese Membran durchdringen. Das mit Schmutzpartikeln durchsetzte Wasser dagegen zirkuliert weiter, bis es nach und nach ebenfalls gereinigt ist. Hunderte solcher Kapillare sind in einem etwa 1,5 m hohen Filtermodul zusammengefasst. Das ergibt eine Fil- trationsfläche von 75 Quadratmetern. Je nach ge- wünschtem Durchsatz arbeiten mehrere Module parallel. Bei der gezeigten Anlage sind es zwei Reihen á 9 Mo- dule, was einer Filterfläche von 1.350 Quadratmetern entspricht. Damit lassen sich 300.000 Liter Schmutzwas- ser pro Stunde reinigen. Moderne Sensorik hilft dabei, verschiedene Prozesse der Anlage zu überwachen und sie in einem optimalen Bereich zu fahren. Nur so wird mit minimalem Energie- aufwand maximale Filterleistung erzielt. Romfil setzt bei der Anlage komplett auf Sensorik von ifm, die sich als besonders zuverlässig erwiesen hat. n Anströmung überwachen Damit die Filterkapillare ihren optimalen Wirkungsgrad erreichen sind exakte Druckwerte erforderlich, mit denen das Schmutzwasser durch die Filter zirkuliert. In der Anströmleitung zu den Filterelementen ist deshalb Sensoren für sauberes, klares Wasser Prozessüberwachung bei der Wasserfiltration
35 ein ifm-Drucksensor vom Typ PF2654 eingebaut. Der frontbündige Sensor ist für einen Messbereich von -0,5 bis 10 bar ausgelegt und bietet eine sehr hohe Genauig- keit von 0,6 Prozent. Die überlastfeste und driftfreie Keramikmesszelle sorgt zusammen mit dem O-Ring- freien Dichtungskonzept für einen wartungsfreien Lang- zeitbetrieb. Der Drucksensor besitzt zwei Schaltausgänge, wobei der zweite Ausgang auch als Analogausgang (4…20 mA oder 0…10 V) parametriert werden kann. Das alphanumerische LED-Display hilft bei der Parametrierung und dient zudem als Messwertanzeige vor Ort. Neben Druck wird auch die Systemtemperatur in der An- strömleitung überwacht. Der TA3437 ist ein universeller Temperaturtransmitter mit einem analogen Stromausgang von 4 bis 20 mA. Durch die Verwendung eines Pt-Sensorelements der Genauig- keitsklasse A und der werksinternen Kalibrierung wird eine hohe Genauigkeit erreicht. Die bewährte ifm-Film- technologie führt zudem zu einer exzellenten Ansprech- zeit von T05 = 1 s und T09 = 3 s. Das rundum geschlossene und geschweißte Gehäuse aus Edelstahl gewährleistet neben der Schutzart IP 69K eine hohe mechanische Stabilität. Das Gehäusedesign vermindert Schmutzablagerungen und ist rundherum zu reinigen. n Füllstand im Filter Am Fuß des ersten Filtermoduls ist ein ifm-Grenzstand- sensor LMT100 montiert. Er überwacht, ob sich auch tat- sächlich zu filtrierendes Wasser in den Filtern befindet. Das Besondere der Baureihe LMT ist die Unempfindlich- keit gegenüber Anhaftungen. Die PEEK-Spitze des Sen- sors weist eine extrem glatte Oberflächenbeschaffenheit von Ra < 0,8 μ auf. Schmutz und Medienrückstände bekommen kaum Möglichkeiten sich festzusetzen. Selbst bei Schaum oder viskosen Medien wird der Füllstand sicher erkannt. Die Inbetriebnahme ist einfach. Ein Me- dienabgleich kann entfallen, da der Sensor bereits werks- seitig voreingestellt ist. Die Füllstanderkennung erfolgt lageunabhängig. Dank seiner kompakten Sensorspitze lässt sich der LMT selbst in kleinen Rohrleitungen von DN25 integrieren. Aufgrund der hochwertigen Gehäusematerialien wie V4A Edelstahl (1.4404) und PEEK erfüllt der Sensor alle Anforderungen für den Hygienebereich. Dazu zählen auch ein gelasertes Typenschild sowie die hohe Schutzart IP 68 / IP 69K. Zufluss überwachen: Temperaturtransmitter und Drucksensor in der Anströmleitung. Füllstandkontrolle im Filtermodul: Selbst bei Anhaftungen oder Schaum überwacht der LMT100 zuverlässig den Grenzstand.
36 Applikationsbericht Romfil n Leerdrücken Gelegentlich muss die gesamte Anlage entleert werden, z. B. vor oder nach Reinigungsgängen. Ein Drucktrans- mitter überwacht das sogenannte „Leerdrücken“ mittels Druckluft. Der PP7554 zeichnet sich durch eine hohe Gesamtge- nauigkeit von 0,5 %, ein kompakteres Edelstahlgehäuse und eine Schaltpunktgenauigkeit von 0,5 % aus. Die Druckaufnahme mittels keramisch-kapazitiver Messzelle sorgt für zuverlässige und langzeitstabile Messwerte. Dem Anwender stehen zwei Schaltausgänge oder je ein Schalt- und Diagnoseausgang zur Verfügung. Zudem ist der Sensor IO-Link-fähig. Das ermöglicht sowohl eine di- gitale Prozessdatenübertragung als auch eine Parame- trierung oder Diagnose von der Steuerung oder von einem PC aus. n Strömungsüberwachung der Anlagen- reinigungsmittel Für eine lange Standzeit der Filtermembran muss diese regelmäßig gereinigt werden. Das geschieht mit Hilfe ver- schiedener Reinigungsmittel, die exakt dosiert zugeführt werden. Während des automatischen Reinigungsvor- gangs überwacht ein ifm-Strömungssensor den Durch- fluss. Der SI5000 arbeitet nach dem kalorimetrischen Prinzip und kommt somit ohne mechanisch bewegte Teile aus. Das garantiert eine zuverlässige Überwachung auch bei schwierigen Medien über eine lange Zeit. Die Mikropro- zessortechnologie bietet dem Anwender einfache Bedie- nung. Strömungsabgleich und Schaltpunkteinstellung erfolgen einfach per Tastendruck. Ein mehrfarbiger LED- Bargraph zeigt Messwerte und Schaltpunkte an. Ver- schiedene, als Zubehör erhältliche Adapter sorgen für eine schnelle und sichere Prozessanbindung. n Pneumatik überwachen Sämtliche Ventile der Anlage sind pneumatisch betrie- ben. Der notwendige Systemdruck für die Ventilsteue- rung von 6 bar wird mit einem im Schaltschrank montierten ifm-Drucksensor PQ3834 überwacht. Die piezo-resistive Siliziummesszelle misst zwischen -1 und 10 bar. Sie ist unempfindlich gegen Flüssigkeiten (z. B. Kondenswasser) und Ablagerungen, welche sich im System befinden können. Weiterhin garantiert sie eine sehr hohe Genauigkeit. Die Anzeige kann frei wählbar in rot oder grün erfolgen. Ein Beispiel: Im Gut-Bereich wird der Messwert grün dar- gestellt, bei Über- oder Unterschreitung eines wählbaren Schaltpunkts dagegen rot. Das bietet eine optimale Über- sicht. Zwei programmierbare Schaltausgänge oder ein Schalt- und Diagnoseausgang bieten flexible Anpas- sungsmöglichkeiten. n Fazit Eine ganze Reihe von Prozessparametern sind bei der Wasserfiltration zu beachten. Hierfür bietet ifm das kom- plette Spektrum an Sensoren. Die präzisen wartungs- freien und langzeitstabilen Messwertaufnehmer erlauben einen effizienten und zuverlässigen Betrieb der Anlage. Deshalb setzt man beim Romfil seit Langem auf Sensorik von ifm. Ein Drucktransmitter überwacht das „Leerdrücken“ der Anlage mittels Druckluft Ein Strömungssensor kontrolliert hinter den Pumpen den Zufluss der Reinigungsflüssigkeiten.
Automatisierungstechnik spielt auch in landwirtschaftlichen Maschinen eine immer größere Rolle. Passende Sensoren und Steuerungen automatisieren dabei viele Funktionen, die Maschinenführer werden entlastet, Produktivität und Effizienz steigen. Ein typisches Beispiel ist die Schwadverfolgung für Schlepper bei der Getreide- oder Heuernte. Zum Einsatz kommt hier das 3D-Sensorsystem von ifm. Industrie und Landwirtschaft sind zusammen mit dem Dienstleistungssektor die tragenden Säulen einer moder- nen Volkswirtschaft. Seit der industriellen Revolution, bei der Maschinen die ursprünglich handwerklich geprägte Fertigung immer weiter rationalisierten, ist die industrielle Produktion durch weiteren technischen Fortschritt stets effizienter geworden. Heute ist das Thema „Industrie 4.0“ in aller Munde. Die Verwendung von Elektronik, Informationstechnologie und Kommunikation soll in der Produktion zu einer vierten industriellen Revolution führen. Die Entwicklung in der Landwirtschaft scheint Medien und Öffentlichkeit allgemein weniger zu interessieren. Aber auch hier gibt es bemerkenswerte Möglichkeiten durch den Einsatz von Elektronik und IT. Die Ziele unter- scheiden sich dabei nicht grundsätzlich von denen in der Industrie: Produktivität, Effizienz und Qualität sollen steigen. n Automatisierung in der Landwirtschaft In der Landwirtschaft besteht ein steter Kostendruck, der die Landwirte dazu zwingt, immer kostengünstiger zu produzieren. Auf der anderen Seite steigen die Quali- tätsanforderungen – und der Umweltschutz spielt eine immer größere Rolle. Die Vorgehensweise ist ähnlich wie in der industriellen Fertigung: Maschinen sollen immer mehr Aufgaben über- nehmen, möglichst ohne dass ein Bediener eingreifen muss. Die Produktivität erhöht sich, und die Personal- 38 Applikationsbericht Automatisierung in der Landwirtschaft – Schwadverfolgung 3D-Sensor am Schlepper Auf dem Weg zu Landwirtschaft 4.0 Wie ein Autobahn-Spurhalteassistent in modernen Autos sorgt die Automatisierungstechnik dafür, dass der Schlepper die Ballenpresse in der Spur hält – also exakt dem Schwad folgt.
39 kosten sinken. Auch die Qualität der Landwirtschaft kann so steigen. Beispielsweise können intelligente Systeme den Düngemitteleinsatz optimieren, so dass in Abhän- gigkeit von der Bodenbeschaffenheit nur so viel Dünger verwendet wird, wie tatsächlich notwendig ist. Solche Anwendungen werden unter dem Begriff Precision Farming zusammengefasst. Die eingesetzten Systeme und Komponenten gleichen denen aus den industriellen Anwendungen. Sensoren spielen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle: Sie erfassen Mess- werte, die eine Steuerung weiterverarbeitet und in Befehle für die Aktoren umsetzt. Besonders wichtig hierbei ist, dass alle Komponenten und Systeme möglichst nahtlos miteinander kommunizieren. Diese Anforderung ist aus der industriellen Anwendung hinlänglich bekannt. Wichtige Unterschiede zu in- dustriellen Anwendungen gibt es aber auch. So müssen die eingesetzten Komponenten den rauen Umgebungs- bedingungen in landwirtschaftlichen Maschinen stand- halten. n Spur halten bei der Ernte Eine typische Anwendung findet sich bei der Ernte von Gras oder Getreide. Das gemähte Gras bzw. das Stroh, das bei der Getreideernte übrig bleibt, wird auf dem Feld zu einem Schwad in Reihen zusammengerecht. Auf diese Weise lässt sich das Material anschließend mit einer Ballenpresse weiterverarbeiten. Dazu muss die Ballen- presse mit dem Schlepper möglichst exakt und gleich- mäßig über den Schwad bewegt werden. Die Linienführung ist eine typische Aufgabe, die sich auto- matisieren lässt. Wie ein Autobahn-Spurhalteassistent in modernen Autos sorgt die Automatisierungstechnik dafür, dass der Schlepper die Ballenpresse in der Spur hält – also exakt dem Schwad folgt. Entscheidend ist in dieser Anwendung die Sensortechnik. Zum Einsatz kommt hierfür ein 3D-Sensorsystem von ifm. Dieses erzeugt mit der PMD-Technologie ein dreidimen- sionales Bild der Umgebung. n Time-of-Flight PMD-Technologie Herzstück des 3D-Sensorsystems von ifm ist ein Photo- nenmischdetektor (PMD), dessen Funktionsprinzip auf dem Lichtlaufzeitverfahren (Time-of-Flight) beruht. Eine modulierte Lichtquelle beleuchtet den Erfassungsbereich mit unsichtbaren Infrarotlicht. Der PMD-Sensor, der mit der Modulationsquelle gekoppelt ist, empfängt das reflektierte Licht und misst die Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal. Damit lässt sich die Laufzeit des Lichts und damit die Entfernung zum Objekt genau bestimmen. Der PMD-Sensor besitzt eine integrierte aktive Fremdlichtunterdrückung und arbeitet selbst bei voller Sonneneinstrahlung äußerst zu- verlässig. Mit einer Auflösung von 64 x 16 Pixel lassen sich die Ab- stände exakt bestimmen. Mit diesem 3D-Sensorsystem ergeben sich für Landmaschinen vollkommen neue Mög- lichkeiten zur Umfeld- und Objekterkennung. Im oben genannten Beispiel lässt sich eine sehr gute Schwad- verfolgung realisieren, bei der die Ballenpresse immer exakt über den Schwad gezogen wird. Gleichzeitig kann die Geschwindigkeit des Schleppers optimiert werden. Ballenpressen haben einen optimalen Arbeitsbereich für den Mengenstrom. Ist dieser bei geringer Geschwindig- keit zu klein, wird also zu wenig Material zugeführt, leidet die Produktivität im Termingeschäft. Bei zu hoher Geschwindigkeit wird die Ballenpresse überlastet und es kommt zu Verzögerungen bis hin zum Maschinen- stillstand. Um den Mengenstrom zu messen bestimmt das 3D-Sensorsystem die Größe des Schwads. Diese Information kann dann für eine Optimierung der Geschwindigkeit verwendet werden. Die kompakten und robusten Sensorsysteme lassen sich einfach am Schlepper montieren. Das 3D-Sensorsystem von ifm erfasst Objekte im Sichtfeld zuverlässig und schnell.
n Bildverarbeitung direkt im Sensor Durch die große Anzahl von Pixeln und die hohe Messfrequenz von bis zu 50 Hz entsteht eine große Datenmenge. Um Anwendungen möglichst einfach im- plementieren zu können, verarbeitet das Sensorsystem die 3D-Daten bereits intern. Dazu sind zwei leistungs- fähige 32-Bit-Prozessoren direkt im Sensor integriert, die bereits einige leistungsfähige Funktionen zur Verfügung stellen. Dabei kommen hochentwickelte Algorithmen aus dem Automotive-Bereich zum Einsatz, die eine zuverläs- sige Objekterkennung von bis zu 20 Objekten gleich- zeitig ermöglicht. Auch einfache Aufgaben, wie die Distanzmessung oder Bereichsüberwachung sind bereits im Sensor implementiert. Dabei stehen typische Funktio- nen, wie minimaler, maximaler und durchschnittlicher Abstand, zur Verfügung. Die Kommunikation dieser vor- verarbeiteten Daten an eine übergeordnete Steuerung erfolgt über CANopen oder SAE J1939. Alternativ kann das Sensorsystem auch die kompletten 3D-Daten über- tragen. Dazu steht eine zusätzliche Schnittstelle für Fast Ethernet UDP zur Verfügung, die komplette Abstands- informationen für sämtliche Pixel bis zu 50 mal pro Sekunde überträgt. Die Steuerung kann diese Daten dann beliebig auswerten. Um das Sensorsystem zu para- metrieren, stellt ifm eine komfortable Software zu Verfü- gung. Über den sogenannten ifm Vision Assistant ist auch ein Live-Monitoring der 3D-Daten möglich. n Optimiert für mobile Maschinen Anwendungen in mobilen Maschinen stellen hohe Anforderungen an die verwendeten Komponenten. Sie müssen Umgebungseinflüssen, wie Vibrationen, Schocks, Staub und Temperaturschwankungen, widerstehen. Da das 3D-Sensorsystem keine beweglichen Teile hat, ist der Sensor gegenüber Schocks und Vibrationen beson- ders widerstandsfähig und praktisch verschleißfrei. Durch die hohe Schutzart IP67 und IP69K und den Umge- bungstemperaturbereich von -40 °C bis 85 °C ist das Sy- stem für den Einsatz an mobilen Arbeitsmaschinen besonders gut geeignet. Außerdem hat das System die für Fahrzeuge wichtige E1-Zulassung. Sowohl das Sen- sorsystem als auch die zugehörige Infrarotbeleuchtung sind sehr kompakt und lassen sich dadurch an fast jede landwirtschaftliche Maschine montieren. n Fazit In der Landwirtschaft und in anderen Bereichen, in denen mobile Maschinen verwendet werden, können mit dem 3D-Sensorsystem von ifm automatisierte Lösungen reali- siert werden. Neben der oben beschriebenen Schwad- verfolgung sind auch viele weitere Funktionen möglich. Statt dem subjektiven Gefühl des Maschinenführers sorgen zuverlässige Daten für eine optimale Steuerung der Maschine. Produktivität und Effizienz hängen damit weniger stark von der Routine und dem Know-how des Personals ab. Das in der modernen Landwirtschaft geforderte Precision Farming wird dadurch deutlich einfacher. 40 Applikationsbericht Automatisierung in der Landwirtschaft – Schwadverfolgung Ein Schlepper zieht die Ballenpresse über den Schwad. Mit dem 3D-Sensorsystem kann die Spurverfolgung automatisiert und die Geschwindigkeit optimiert werden.
TechnischeÄnderungenbehaltenwirunsohnevorherigeAnkündigungvor.·GedrucktinDeutschlandaufchlorfreigebleichtemPapier.03/16 Positionssensoren Sensoren für Motion Control Industrielle Bildverarbeitung Sicherheitstechnik Prozesssensoren Systeme zur Zustandsüberwachung von Maschinen Industrielle Kommunikation Identifikationssysteme Systeme für mobile Arbeitsmaschinen Verbindungstechnik Übersicht ifm- Produktprogramm: Zubehör Über 70 Standorte weltweit – auf einen Blick unter Deutschland ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Nord 31135 Hildesheim Tel. 0 51 21 / 76 67-0 Fax 0 51 21 / 76 67 12 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Baden-Württ. 73230 Kirchheim Tel. 0 70 21 / 80 86-0 Fax 0 70 21 / 80 86 21 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung West 45128 Essen Tel. 02 01 / 3 64 75-0 Fax 02 01 / 34 13 25 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Bayern 82178 Puchheim Tel. 0 89 / 8 00 91-0 Fax 0 89 / 8 00 91 11 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Mitte-West 58511 Lüdenscheid Tel. 0 23 51 / 43 01-0 Fax 0 23 51 / 43 01 39 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Ost 07639 Tautenhain Tel. 03 66 01 / 7 71-0 Fax 03 66 01 / 7 71 14 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Süd-West 64646 Heppenheim Tel. 0 62 52 / 79 05-0 Fax 0 62 52 / 7 77 57 E-Mail info@ifm.com www.ifm.com Cert no. IMO-COC-027827 www.ifm.com ifm-Service-Telefon 0800 16 16 16 4 Kostenfrei direkt zu Ihrem ifm-Service-Center

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  • 1.
  • 2.
    3 Kusch+Co: Präzise Optosfür perfekte Kanten 4 - 5 Hassia Mineralquellen: Permanente Schwingungsdiagnose 6 - 9 Gustav Eirich GmbH & Co KG: Weltweiter Zugriff auf den Sensor 10 - 13 KLN Ultraschall: Ultraschall-Reinigungsanlage mit AS-i 14 - 17 Zwettler Bier: Fit für die Zukunft 18 - 21 Schokoladenmuseum: Exakte Temperaturmessung 22 - 23 Wessel-Werk: RFID meets AS-i 24 - 25 Gritzke – Planierraupensteuerung: Automatik schafft Niveau 26 - 29 Gritzke – Baggertiefenkontrolle: Baggern mit System 30 - 31 NOBA Verbandmittel: Effiziente, neue Netzteile 32 - 33 Romfil: Prozessüberwachung Filtration 34 - 36 Automatisierung in der Landwirtschaft: Schwadverfolgung 38 - 40 Automatisierung in der Praxis Millionen ifm-Sensoren sind täglich welt- weit in unterschiedlichsten Anlagen und Maschinen im Einsatz. Unsere Kommunikations- und Steuerungssysteme bilden die Grundlage für einen reibungslosen Prozessablauf. Diese Broschüre zeigt Ihnen Beispiele aus verschiedenen Industriebereichen. Erfahren Sie, wie und wo unsere Kunden ifm-Systeme einsetzen und welche „Erfolgs- geschichten“ sie erzählen. Und vor allem: Lassen Sie sich inspirieren, wie Sie Ihre Anlagen mit unseren Lösungen einfach und zuverlässig automatisieren können. – Viel Spaß beim Lesen! Andreas Biniasch Redakteur Kontakt: andreas.biniasch@ifm.com
  • 3.
    4 Applikationsbericht Kusch+Co Bei derBearbeitung von furnierten Ober- flächen dienen leistungsstarke Lichttaster zur Konturerkennung und sorgen für höch- ste Qualität beim Schleifprozess. Das mittelständische Unternehmen Kusch+Co aus dem sauerländischen Hallenberg ist Hersteller von design- orientierten Sitzmöbeln und Tischen für Objekteinrich- tungen. Weltweit sind die Möbel in zahlreichen interna- tionalen Architekturobjekten zu finden. Im Bereich „Airport Seating“ ist Kusch+Co in der Ausstattung von Wartezonen auf über 200 internationalen Flughäfen einer der Weltmarktführer. Einer der zahlreichen Bearbeitungsschritte bei der Her- stellung von Möbeln ist das Glätten und Egalisieren von furnierten Oberflächen. Für großformatige Möbelplatten, zum Beispiel Tischplatten von Konferenztischen, wird eine von Kusch+Co optimierte Langbandschleifmaschine der Firma Heesemann eingesetzt. Die Herausforderung beim Schleifprozess: Sowohl an den äußeren Rändern als auch an Aussparungen sollen die Kanten des hochwertigen Furniers nicht abgerundet angeschliffen werden. Deshalb dürfen die Schleifschuh- segmente, unter denen sich gerade kein Furnier be- findet, nicht angepresst werden. Aus diesem Grund werden Kontur und mögliche Aussparungen des Werk- stücks bei jedem Durchlauf erfasst und an die Steuerung übergeben. n Sensor ersetzt Mechanik Das Problem dieser Langbandschleifmaschine lag in der Vergangenheit an der Abtastung der Tischplatten, denn diese Abtastung erfolgte mit mechanischen Tastern. Über Kipphebel mit Rollen wurde die Tischplatte erfasst 53 absenkbare Schleifschuhsegmente passen sich beim Glätten der Oberfläche der Werkstückgeometrie an. Das verhindert unerwünschte abgerundete Schleifkanten. Präzise Optos für perfekte Kanten
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    5 und von deralten SPS ausgewertet. Die SPS-Eingänge be- nötigen nur einen kleinen Strom von ca. 1 mA. Dadurch gab es immer wieder Probleme mit den Schaltkontakten der mechanischen Taster, da sie nicht mehr zuverlässig schalteten, wenn die Kontakte im Laufe der Zeit abnutz- ten. Weiterhin war die Abtastung durch die Rollen ein großes Problem. Der Schleifstaub setzte die Lager der Rollen zu, deshalb kam es immer mehr zum Ausfall der Rollen. Die Rollen kratzten dann Riefen in das Furnier und machten die Tischplatte unbrauchbar. Gesucht wurde daher eine Lösung, die eine berührungs- lose Abtastung ohne mechanische Taster ermöglicht. Die Abteilung „Betriebstechnik“ der Firma Kusch+Co wurde bei Ihrem langjährigen Sensorlieferanten ifm fündig. Die Firma ifm stellte kostenlos ihre Lichttaster der Baureihe O6 zur Verfügung und nach umfangreichen Tests, wie z. B. die Reaktion der Lichttaster auf den Schleifstaub und auf unterschiedliche Farben der Furniere, bewies der Lichttaster die Einhaltung der geforderten Kriterien. In diesem Zuge wurde auch die SPS komplett erneuert und die Abtastung der Lichttaster auf einem 19" Zoll Bild- schirm visualisiert, um eventuelle Fehlabtastungen im Vorfeld zu erkennen. n Kontur optisch erfassen Nun erfassen 51 kompakte ifm-Lichttaster der Baureihe O6 die Kontur und Aussparungen der Möbelplatte von vorne und weitere 51 Lichttaster von hinten, jeweils beim Vor- und Zurückbewegen unter dem Schleifband. In Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie und den individuellen Aussparungen steuern sie über eine SPS die einzelnen Schleifschuhsegmente in ihrem Andruckver- halten. So wird ein zu starker Druck an den Kanten durch benachbarte Schleifschuhsegmente ausgeschlossen. Das Ergebnis sind präzise, rechtwinklige Kanten. Die Anforderungen an die wie eine Scanner-Leiste ange- ordneten optischen Sensoren sind hoch: Unterschied- liche Furniere mit hellen, dunklen, matten oder glänzen- den Oberflächen müssen ohne Nachjustieren der Senso- ren zuverlässig erkannt werden. Zugleich muss der Hintergrund, also die Auflagefläche, ausgeblendet wer- den. Je nach Stärke der Möbelplatte spielt sich dies im Bereich weniger Millimeter ab. Deshalb sind Sensoren mit präziser Hintergrundausblendung gefragt. n Kleine Optos mit großer Performance Der Essener Sensorikspezialist bietet mit seinen Licht- tastern der Baureihe „O6“ passende Sensoren an. Die Lichttaster O6H201 besitzen eine einstellbare Tastweite von 2 bis 200 mm. Diese maximale Tastweite ist farbun- abhängig. Sie gilt sowohl für weiße Flächen mit 90 % Remission als auch für schwarze Oberflächen mit gerade einmal 6 % Remission. Ein „Nachjustieren“ bei unter- schiedlich reflektierenden Oberflächen ist bei diesen ifm- Sensoren nicht notwendig. Die Lichttaster besitzen eine präzise Hintergrundaus- blendung. Je nach Abstand und Remissionsgrad der Ob- jektoberfläche lassen sich Abstände von nur wenigen Millimetern zuverlässig unterscheiden. Zudem ist die Hin- tergrundausblendung extrem störsicher: Selbst stark reflektierenden Hintergründen wie Edelstahl oder durch bewegte Maschinenteile verursachte Reflexionen beein- flussen die Erkennung nicht. Ermöglicht wird dies durch eine spezielle Empfangszeile im Sensor. Der klar begrenzte runde Lichtfleck von gerade einmal 8 mm Durchmesser (bei maximaler Tastweite) bietet eine homogene Lichtverteilung im Lichtkegel. Streulicht um den Lichtfleck herum, welches durch Reflexionen andere optische Sensoren stören könnte, wird vermieden. Das schafft zusätzliche Sicherheit insbesondere in dieser Applikation, bei der die Sensoren dicht nebeneinander montiert sind. Die Einstellung der Tastweite erfolgt intui- tiv per Potentiometer. Hell- oder Dunkelschaltung ist per Drehschalter wählbar. n Fazit Die leistungsstarken optischen Sensoren der Baureihe O6 gewährleisten optimale Schleifergebnisse – ein Parade- beispiel dafür, wenn zwei Weltmarktführer ihre Kompe- tenzen zusammenführen. Kompakte, kleine Optos der Baureihe O6 mit bester Per- formance. Intuitiv und einfach ist auch das Einstellen von Tast- bzw. Reichweiten per Potentiometer und Drehschalter (H/D-Umschaltung). Die Steuerung erhält durch die Sensoren ein „Bild“ des Werkstücks und steuert so das Absenken der einzelnen Schleifsegmente.
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    6 Applikationsbericht Hassia Mineralquellen Vorausschauender Anlagenschutz PermanenteSchwingungsdiagnose in der Mineralwasserabfüllung Flaschen mit der Führungsschiene und untereinander, entstehen punktuelle Stoßbelastungen, die sich letzt- endlich über hunderte von Flaschen zu starken, unregel- mäßigen Vibrationen am Antrieb addieren. Die Lager am Getriebe und Motor müssen deshalb überwacht werden, um die Verschleißgrenze rechtzeitig voraussagen und eine Wartung durchführen zu können. Um Stillstandzeiten durch ungeplante Ma- schinenausfälle zu vermeiden, setzt Hassia- Mineralquellen in der Flaschenabfüllung auf permanente elektronische Schwin- gungsdiagnose. Die Investition hat sich schon in der Pilotphase gerechnet: Ein sich anbahnender Schaden an einem Antrieb wurde rechtzeitig erkannt und behoben. Somit wurde ungeplanter Anlagenstill- stand verhindert. Mit einem Jahresabsatz von rund 765 Millionen Litern ist Hassia-Gruppe einer der größten Mineralbrunnen Deutschlands, der mit unterschiedlichen Unternehmens- töchtern und Marken Mineralwässer und alkoholfreie Er- frischungsgetränke in den oberen Preisklassen anbietet. Allein im Stammwerk im hessischen Bad Vilbel laufen sechs Abfüllanlagen parallel im Dreischichtbetrieb. Leistungsstarke Antriebe transportieren die Flaschen über hunderte Meter durch die einzelnen Stationen – vom Rinser, Füller, Verschließer über die Etikettierung bis zur Abfertigung. Beim Übergang der Flaschen von einem Transportband auf das nächste sowie beim Anstoßen der Sensoren erkennen rechtzeitig das Erreichen der Verschleiß- grenze am Motor-Getriebe-Block.
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    7 n Manuelles Abhören Eineweitverbreitete Methode, das Schwingungsverhal- ten zu überwachen, ist das manuelle akustische Abhö- ren mittels Stethoskop. Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineral- quellen, erzählt: „Früher haben wir manuell überwacht. Eine Person wurde zur Maschine geschickt, um den Motor abzuhören. Das war aber ein rein subjektives Emp- finden. Drei Personen, die mit einem Stethoskop einen Antrieb, Motor oder Getriebe abhören, empfinden je- weils etwas komplett Unterschiedliches. Dies manuelle Abhören hat noch einen entscheidenden Nachteil: Bei dreimaligem Abhören hat man nie die gleichen Betriebs- zustände. Ich muss die Maschine im Drehen abhören, aber ich kann es nicht während des Abfüllbetriebs ma- chen, z. B. im Füller-Rinser-Bereich aus mikrobiologischen Gesichtspunkten: Man kann in diesen Reinraum während des Abfüllens nicht hinein. Also kann man es nur am Wo- chenende machen, wenn nicht abgefüllt wird. Jedoch habe ich dann im Leerlaufbetrieb ein anderes Schwin- gungsverhalten. Und dann gib es noch Bereiche, zum Beispiel am Entetikettierer, wo Kardanwellen laufen, wo die Motoren und Getriebe eng verbaut sind. Dort kommt man im laufenden Betrieb gar nicht hin.“ n Elektronische Schwingungsdiagnose Eine andere Lösung zur Maschinendiagnose musste her. Automatisierungs- und Sensorikspezialist ifm bietet unter der Bezeichnung „efector 800“ solche Schwingungs- diagnosesysteme an. Schnell kam man zusammen. Gerhard Simon: „Wir haben uns dafür entschieden, an einer unserer PET-Mehrweganlagen die ersten Versuche mit der elektronischen Schwingungsdiagnose zu machen. Einige Maschinen wie die Spiragrip, die Flaschenreini- gungsmaschine, Entetikettiermaschine, Abschrauber so wie der Füller-Rinser-Bereich wurden mit den Sensoren ausgestattet.“ Das System besteht zum einen aus Schwingungssenso- ren vom Typ VSA001 und zum anderen aus Auswerte- einheiten, Typ VSE100. Die zylindrischen Sensoren werden mittels Bohrungen direkt in den Motor oder Getriebeblock verschraubt. Sie erfassen kontinuierlich die Vibrationen an nicht-rotieren- den Maschinenoberflächen. Sie arbeiten mit kapazitivem Messprinzip und sind durch ihren speziellen mikrome- chanischen Aufbau (MEMS) frei von Sättigung und triboelektrischen Störeinflüssen. Ein integrierter Selbst- test bietet zusätzliche Sicherheit. Die Auswerteeinheit Typ VSE überwacht bis zu 32 Schwingungsindikatoren (Objekte) an bis zu 4 unter- schiedlichen Messpunkten an denen ein Schwingungs- aufnehmer vom Typ VSA angebracht ist. Sensoren erlauben Schwingungsdiagnose auch an Stellen, die man im laufenden Betrieb aus Sicherheitsgründen nicht erreichen würde. Schwingungssensoren an den Antrieben erfassen selbst kleinste Vibrationen. Die Auswerteeinheit VSE100 wertet die Signale von bis zu vier Schwingungssensoren aus.
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    8 Applikationsbericht Hassia Mineralquellen ÜberSchaltausgänge lassen sich Voralarm und Haupt- alarm ausgeben und wie hier bei Hassia per Leuchtmel- der signalisieren. Per Ethernet TCP/IP kommuniziert die Auswerteeinheit beispielsweise mit der Maschinensteue- rung oder der Leitebene. Gerhard Simon: „Hier habe ich ein wertefreies System, wo ich meine Grenzwerte definieren kann und sagen kann „ok, das ist mein Level, den will ich nicht über- schreiten, da muss ich einschreiten und mechanisch ir- gendetwas verbessern, beispielsweise durch Schmierung oder den Austausch von Bauelementen“. Das war vorher nicht gegeben.“ n Bewährungsprobe bestanden Schon kurze Zeit nach der Installation hat die Schwin- gungsdiagnose ihre erste Bewährungsprobe bestanden. „Bereits nach wenigen Wochen hatten wir erste Erfolge, als durch die Schwingungsdiagnose ein sich anbahnender Anlagenstillstand durch eine mechanische Störgröße er- kannt wurde. Wir konnten rechtzeitig reparieren und so den Anlagenausfall verhindern. Am PC in der Leitwarte lässt sich das Schwingungsverhalten visualisieren, zudem kann der Betreiber Grenzwerte setzen (gelbe und rote Linie für Vor- und Hauptalarm). Die gelben Leuchtmelder gaben Voralarm. Dann hat man die Maschine an einem Wochenende genau inspiziert und festgestellt, dass an einem Transferstern, wo die Flaschen vom Rinser zum Füller übergeben werden, eine Lagerstelle erhöhtes Spiel aufwies und zudem eine Kardanwelle, die den Rinser und den Verschließerblock antreibt, unrund lief und damit Schwingungen im Ge- samtsystem verursacht hat. Diese Störquellen konnten wir bei einem geplanten Stillstand reparieren und so ver- hindern, dass wir zu einem ungeplanten Stopp mitten in der Produktion kommen, was in einem Dreischichtbetrieb natürlich fatale Folgen gehabt und immense Kosten nach sich gezogen hätte.“, so Gerhard Simon. n Rundumschutz Neben der Vor-Ort-Anzeige des Schwingungszustands mittels Leuchtmelder lässt sich die Auswerteeinheit per Ethernet TCP/IP auch mit dem Leitstand vernetzen. Hier plant Hassia einen weiteren Ausbau seiner Anlage. Instandhaltungsleiter Simon: „Momentan ist eine einzige Anlage vernetzt auf den Arbeitsplatz eines Mitarbeiters. Wir werden das aber sukzessiv ausbauen. Die anderen drei Anlagen sind momentan noch durch Bedienperso- nal überwacht, die dann der Instandhaltung Meldung erstatten, wenn ein gelber Voralarm oder ein roter Haupt- alarm auf den Leuchtmeldern angezeigt wird. Dann kön- nen wir rechtzeitig reagieren. Ziel ist, dass wir in der Instandhaltung permanent den Zustand unserer Anlagen online verfolgen können. Bislang überwachen wir vier Maschinen in unserer Pilotanlage. In Zukunft wollen wir die gesamte Anlage mittels Schwingungsdiagnose über- wachen und dokumentieren, aus welchem Schadens- ereignis heraus was gewechselt werden musste, um die Anlage gegebenenfalls weiter zu optimieren. Auch Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineralquellen in Bad Vilbel. Visuelle Zustandskontrolle vor Ort: Die Leuchtmelder für „Voralarm“ und „Hauptalarm“.
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    9 wollen wir dieKosten erfassen, um nachzuweisen, dass sich die Investition in das Diagnosesystem gelohnt hat. Ich habe noch ganz viele weitere Ideen für das System: Wir haben noch unzählige Pumpen in solchen Anlagen, die überwachungswürdig sind und noch ganz viele Ne- benstellen und Nebenantriebe, die man überwachen könnte, um jederzeit einschreiten zu können, bevor sich ein Stillstand anbahnt.“ n Vorreiter gelobt Die Entscheidung, die Prozesssicherheit mittels perma- nenter Schwingungsdiagnose abzusichern, wurde auch beim jährlich stattfindenden IFS (International Featured Standards)-Audit, einer in der Lebensmittelbrache üb- lichen Zertifizierung, besonders gewürdigt. Gerhard Simon: „Wir sind in der Getränkeindustrie wohl der erste Abfüllbetrieb, der angefangen hat, mit der ifm- Schwingungsdiagnose zu arbeiten. Im Abschlussbericht wurde löblich erwähnt, dass wir in der Instandhaltung mittlerweile anfangen, mit solchen Systemen die Anlage zu überwachen, was sich logischerweise auch auf die Produktsicherheit auswirkt. Denn wenn sie einen Still- stand in einer Anlage haben, muss diese dann leerge- fahren werden. Dieses Leerfahren wird notwendig, um eine Verkeimung der gereinigten Flaschen, die ja im Reparaturfall auf den Bändern stehen oder aber eine Verkeimung im Reinraum, sollte in diesem gearbeitet werden, zu vermeiden. So kann aus einer Reparatur, die an sich nur 30 Minuten dauert, ein ungeplanter Stillstand von bis zu 2 Stunden entstehen. Das hat unnötige Kosten zur Folge.“ n Fazit Der Verschleiß von Maschinenteilen lässt sich nicht ver- hindern. Doch mit der permanenten Schwingungsdia- gnose werden Schäden zuverlässig und rechtzeitig erkannt. Die Instandhaltung wird planbar. Mit ver- gleichsweise geringer Investition lassen sich dann teure Anlagenausfälle verhindern, was sich letztendlich auch positiv auf die Produktqualität auswirkt. Verschiedene Maschinen in der Abfüllung werden mittels Schwingungsdiagnose überwacht.
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    10 Applikationsbericht Gustav EirichGmbH & Co. KG Die Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co KG vernetzt ihre Anlagen auf der Sensor- ebene mit IO-Link. Das ermöglicht eine fein- granulare Prozessüberwachung bis hinunter in jeden einzelnen Sensor und Aktuator. Parametrierung und Diagnose erfolgen von zentraler Stelle. Sogar der weltweite Zugriff auf jeden einzelnen Sensor ist möglich. Das bietet dem Anlagenbetreiber maximale Transparenz in der Prozessüberwachung und Fernwartung. Die Maschinenfabrik Gustav Eirich, ein familiengeführtes Unternehmen mit 150-jähriger Geschichte und weltwei- ter Präsenz, ist ein Technologieführer auf dem Gebiet der Materialaufbereitung und stellt unter anderem Misch- systeme für unterschiedliche Branchen her. Weltweiter Zugriff auf den Sensor Anlagensteuerung kommuniziert über IO-Link bis in den Sensor Aufwendige Prozesstechnik: Im Kondensator oberhalb des eigentlichen Mischsystems über- wachen und regeln unterschiedliche Sensoren und Aktuatoren den Prozess.
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    11 n Kommunikation IO-Link-Sensoren beherrschendrei Arten der Kommuni- kation: • Schaltzustand binär (Arbeitsweise wie herkömmliche Sensoren). • Zyklische Prozessdaten (z. B. digitale Übermittlung von Messwerten). • Übertragung von Geräteparametern und Diagnosedaten (z. B. „Fehler Sensorelektronik“, „Gerätetemperatur zu hoch“ oder „Lichtschranke verschmutzt“). Die Verbindung des „letzten Meters“ erfolgt über ein ungeschirmtes 3-adriges M12-Standardkabel mit bis zu 20 m Länge. Prozessdaten, wie z. B. Messwerte, werden digital übertragen. Das reduziert Digital / Analog- bzw. Analog / Digital-Wandlungsverluste auf ein Minimum. Damit kann beispielsweise die hohe Genauigkeit einer Druckmesszelle verlustfrei von der Steuerung verarbeitet werden. Im Kommunikationsmodus werden pro Zyklus z. B. 16 Bit Prozessdaten übertragen. Mit einer Baudrate von 38,4 kBaud liegt die Zykluszeit bei 2,3 ms. Pro Zyklus können bis zu 32 Byte Prozessdaten in beide Richtungen (Input / Output) übertragen werden. Ein aktuelles Beispiel ist ein hochkomplexes Mischsystem, das mittels exothermischer Reaktionen unter Vakuum Bleipastiermasse für Autobatterien produziert. Auf- wendige Prozesstechnik regelt dabei Druckverhältnisse, Temperaturen, Feuchtigkeit und Flüssigkeitszufuhr. Ein maßgebliches Prozessglied ist der Kondensator, der auf einer Plattform über dem eigentlichen Mischer sitzt. Er kühlt die dem Mischer entzogene warme Luft und führt die dabei kondensierte Feuchtigkeit wieder dem Prozess zu. Im Kühlkreislauf des Kondensators sitzen in der Zuführung und im Rücklauf Durchfluss- und Tem- peratursensoren von ifm, die den Durchfluss präzise über- wachen. Das Besondere dieser ifm-Sensoren: Sie sind mit IO-Link ausgestattet. n Schnittstelle für den „letzten Meter“. IO-Link ist eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuatorik an ein Steuerungssystem. Es ermöglicht in Verbindung mit an- deren Bussystemen und Netzwerkebenen erstmals eine durchgehende vertikale Kommunikation von der Leit- ebene bis hinein in den einzelnen Sensor. Dabei ist IO-Link kein weiteres Bussystem, sondern eine Ergänzung für die Verbindung des „letzten Meters“ zum Sensor bzw. Aktuator. Im Gegensatz zu klassischen Feld- bussystemen findet keine Busverdrahtung, sondern eine Parallelverdrahtung statt. IO-Link eignet sich sowohl für binäre als auch für ana- loge Sensoren. Die Besonderheit von IO-Link-Sensoren ist die Erweiterung des Schaltzustandkanals um eine Kommunikation. Diese liegt auf dem gleichen Anschluss wie der Schaltausgang bei konventionellen Sensoren (Pin 4 bei einem M12-Stecker). Der Signalpegel liegt bei standardisierten 24 V DC. Somit können alle bisherigen Anschlussleitungen für IO-Link-Geräte weiter verwendet werden. IO-Link-Sensoren sind 100-prozentig abwärts- kompatibel zu herkömmlichen Sensoren. Mit IO-Link vernetzt: Der ifm-Durchflusssensor SM9000 sitzt im Kühlkreislauf des Kondensators. Prozesswerte, Parameterwerte und Diagnose- informationen werden über IO-Link zwischen Sensor und Steuerung ausgetauscht. Schnittstelle für den letzten Meter: IO-Link ist eine herstellerübergreifende Punkt-zu-Punkt- Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuato- rik auf der Feldebene. Damit können Sensoren über sämtliche Kommunikationsebenen parametriert, Anlagenzustände diagnostiziert und Messwerte verlustfrei übertragen werden.
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    12 Applikationsbericht Gustav EirichGmbH & Co. KG n Einfacher Gerätetausch Das Parametrieren von Sensoren und Aktuatoren kann aus der Leitebene „per Knopfdruck“ oder gar automatisch erfolgen. Aufwendiges Parametrieren jedes einzelnen Sensors vor Ort, wie z. B. bei Rezeptur- oder Werkzeug- wechseln, gehört der Vergangenheit an. Die Datenhal- tung im IO-Link-Master ermöglicht einen einfachen und sicheren Austausch von Geräten. Sobald ein defektes Gerät mit einem neuen, identischen ersetzt wird, erkennt der IO-Link-Master dies und schreibt die gespeicherten Parameter des Vorgängers in das neue Gerät. Alternativ zur Parametrierung über die Steuerung bietet ifm datalink die Software LINERECORDER SENSOR an. Sie ermöglicht das Parametrieren von IO-Link-Sensoren vom PC mittels USB-Adapter. Weitere Funktionen sind das Aufnehmen und Verteilen von Parametersätzen (Duplizieren), das Erfassen und Auswerten von Sensor- werten über einen längeren Zeitraum sowie das Zurück- setzen von Sensorparametern auf Werkseinstellung. Durch den Import von Sensorbibliotheken (IODDSs) lassen sich auch IO-Link-Sensoren anderer Hersteller mit LINERECORDER SENSOR verwalten. Eine weitere Möglichkeit der „Datensicherung“ für IO-Link- Sensoren ist der Memory Plug. Dieser kompakte Baustein erlaubt das komfortable Kopieren und Sichern von Sensorparametern. Sobald ein Datensatz im Memory Plug enthalten ist, wird dieser bei Anschluss eines typ- gleichen Sensors aus dem Speicher des Memory Plug in den neuen Sensor kopiert. Der Memory Plug kann zum Parametrieren einfach tem- porär auf den Sensor gesteckt werden. Alternativ kann er auch dauerhaft zwischen Anschlusskabel und Sensor verbleiben, ohne die Funktionsweise oder die Ausgangs- signale des Sensors im Betrieb zu beeinflussen. All dies spart Zeit und vermeidet Parametrierungsfehler bei der Inbetriebnahme oder bei einem Geräteaustausch. n Warum IO-Link? Mechatronik-Ingenieur Hendrik Blatz, zuständig für Sensorik bei EIRICH, erklärt die Beweggründe, die Misch- systeme komplett mit IO-Link auszustatten: „Unsere Anlagen sind prozesstechnisch sehr komplex und aufwendig, daher haben wir einiges an Prozessmess- technik im Feld verteilt. Die Inbetriebnahme stellt sich dann aufgrund der Parametrierung dieser Instrumente oft als relativ komplex und aufwendig heraus. Daher haben wir eine Lösung gesucht, diese Instrumente von zentraler Stelle aus zu parametrieren und auch zu diagnostizieren.“ Bei EIRICH lassen sich die Sensoren dank IO-Link von der Leitwarte aus fernparametrieren. Das ist besonders vor- teilhaft, da die Sensoren bei großen Anlagen oft weit im Feld verteilt liegen, zum Beispiel oben auf einem Silo oder unten im Keller. Bei kleinen, kompakten Anlagen oder Maschinen dagegen sind Sensoren oft eng verbaut und daher nur schwer erreichbar. Auch hier trumpft die Fern- parametrierung via IO-Link. Der Austausch von Sensoren ist dank IO-Link besonders sicher, da die Parameter von der Steuerung automatisch auf das Ersatzgerät übertra- Jedes Detail im Blick: Vom Leitstand aus hat der Bediener Zugriff auf jeden einzelnen Sensor und Aktuator in der Anlage. Das erleichtert die Diagnose. Detaillierte Visualisierung: So zeigt sich der Durchflusssensor im Leitstand: Dank IO-Link wird nicht nur die aktuelle Durchflussmenge übertragen, son- dern gleichzeitig auch Medientemperatur und Gesamtmenge. Einfachste Datenhaltung für IO-Link-Sensoren: Der Memory Plug ist ein „Speicherstecker“. In Verbindung mit IO-Link-Sensoren eingesetzt, liest er Daten bzw. Parameter aus und speichert sie.
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    13 gen werden. FalscheSensoreinstellungen durch den Monteur sind somit praktisch ausgeschlossen. Zudem überprüft die Geräteidentifikation, ob das vorgesehene Gerät am Port angeschlossen ist. Neben der Parametrierung spielt die Prozessüberwa- chung eine entscheidende Rolle. Auf der Visualisierung im Leitstand werden die Sensoren mit sämtlichen Para- metern und Messwerten abgebildet und ausgewertet. Dazu Blatz: „Durch den Einsatz von IO-Link können wir in unserem Prozessleitsystem bis runter in die Feldebene schauen. Wir können die Geräte parametrieren, wir er- halten Diagnoseinformationen zu den Geräten und kön- nen dadurch auch im Zuge des Condition Monitorings einiges an Profit für unsere Anlagen herausholen.“ Denn durch die Verknüpfung und Auswertung von Mess- werten und Diagnosedaten lassen sich kritische Anla- genzustände, wie zum Beispiel Verschleiß oder schädliche Ablagerungen, frühzeitig erkennen und beheben. Ungeplante Maschinenstillstände lassen sich somit wei- testgehend vermeiden. n Herstellerunabhängiger Standard Ein weiteres Argument für EIRICH ist die Herstellerunab- hängigkeit von IO-Link. „Wir liefern unsere Maschinen und Anlagen weltweit in die unterschiedlichsten Bran- chen und müssen aufgrund dessen die nationalen Be- stimmungen erfüllen. Daher ist für uns wichtig, einen sehr offenen Standard einzusetzen.“ so Hendrik Blatz. Über entsprechende Module kann IO-Link über gängige Bussysteme, wie zum Beispiel AS-i oder Profibus, mit der Steuerung kommunizieren. „Wegen der wechselnden Anforderungen ist es für uns besonders wichtig, dass der Standard, den wir einsetzen, feldbusunabhängig ist und auch unabhängig vom über- geordneten Steuerungssystem.“ Die Spezifikationen des hersteller- und feldbusunabhän- gigen Systems sind durch das IO-Link-Konsortium bei der IEC 61131-9 (NP) verabschiedet und veröffentlicht wor- den. Die ifm als Sensorhersteller ist Mitglied im IO-Link-Konsortium und maßgeblich an der Umsetzung der Spezifikation beigetragen. n Fazit IO-Link-fähige Sensoren sorgen für größtmögliche Trans- parenz in der Anlage. Neben der zentralen Parametrie- rung ist auch die umfassende Diagnose für die Anlagenwartung und Fehlerdiagnose ein dickes Plus. Dazu resümiert Hendrik Blatz abschließend: „Wir können aus der Ferne über unseren VPN-Tunnel auf die Anlage zugreifen, zum Beispiel: Wie ist der Sensor dort eingestellt? Hat er ein Problem? Kurzum: Weltwei- ter Zugriff bis auf den Sensor. Das ist wirklich klasse“. Maximale Transparenz: Mit IO-Link lassen sich sämtliche Sensorparameter anzeigen, einstellen, auslesen und in der Anlagensteuerung ablegen.
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    14 Applikationsbericht KLN Ultraschall Inunzähligen Produktionsbereichen wird die Ultraschall- reinigung eingesetzt. Häufig nach mechanischen Bear- beitungsprozessen, nach denen das Werkstück zur weiteren Verarbeitung oder Veredelung absolut frei von Schleifpartikeln oder anderen Anhaftungen sein muss. In 30.000 Schwingungen pro Sekunde ver- setzt, löst Wasser durch ultra-feine Kavi- tationsexplosionen selbst mikroskopisch kleine Schmutzpartikel von Oberflächen oder aus feinsten Spalten. Und das auch an Stellen, die von außen beispielsweise mit einem Wasserstrahl nicht erreichbar sind. Die Firma KLN Ultraschall aus Heppenheim hat sich auf den Bau solcher Anlagen für den weltweiten Einsatz spezialisiert. Eben so sauber wie die gereinigten Gegenstände ist die steuerungsseitige Auslegung der An- lage: Denn anstatt aufwendiger Kabel- bäume kommt das schlanke Bussystem AS-Interface zum Einsatz. Sämtliche Sensorik ist über Module an das Bussystem AS-Interface (AS-i) angeschlossen. Eine saubere Sache Ultraschall-Reinigungsanlage komplett mit AS-i verdrahtet
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    15 Ein Beispiel istdie Entfernung des feinen Schleifstaubs in der Glasbearbeitung, etwa bei der Herstellung optischer Linsen. Auch in der Materialaufbereitung kommt die Ul- traschallreinigung zum Einsatz. Die hier gezeigte Anlage dient zur Reinigung mikroskopisch kleiner Düsen, die bei der Herstellung von Kunststofffasern eingesetzt werden. So weit wie das Einsatzgebiet, so breit ist auch das Spektrum der Anlagen: von kleinen, standardisierten Kompaktgeräten bis hin zu individuellen, garagengroßen Anlagen. Oftmals sind die Reinigungsanlagen fester Bestandteil eines Produktionsprozesses. Ein Ausfall stoppt den gesamten Prozess. Deshalb ist maximale Zuverlässigkeit gefragt. Und im Fall einer Störung muss sich der Fehler schnell lokalisieren lassen. Neben zuverlässiger Sensorik und Aktuatorik ist auch deren Verkabelung maßgeblich für Zuverlässigkeit und Diagnosefähigkeit. Hier spielt das eingesetzte Feldbussystem AS-Interface (Aktuator-Sensor-Interface, kurz AS-i) seine Vorteile aus. Statt komplexer und nur schwer zu durchschauender Kabelstränge läuft Kommunikation auf Sensorebene über ein schlankes, zweiadriges AS-i Buskabel. Dazu Dieter Bickelhaupt, Bereichsleiter Reinigungs- technik bei KLN: „Baugröße, Flexibilität und der sehr schnelle Aufbau, dezentral an jeder Stelle der Anlage, sind für uns maßgebliche Vorteile von AS-i“. Wie bei den Sensoren setzt KLN auch bei der Feldbus-Kommunikation auf Lösungen von ifm. Der Automatisierungsspezialist bietet vom Abgriff über I/O-Module bis hin zum Master- Gateway sämtliche Komponenten für eine umfassende Kommunikationslösung mit AS-Interface an. „Wir waren damals einer der ersten Kunden von ifm, die AS-i eingesetzt haben, mit durchschlagendem Erfolg, der bis heute noch gut von ifm bekleidet wird. ifm hat ein Programm, das für unsere Anwendungen einfach gesagt optimal passt“, so Dieter Bickelhaupt. n Herstellerübergreifender Standard AS-i ist ein herstellerübergreifender Standard für den Anschluss von Sensoren und Aktuatoren auf der ersten Feldebene. Es ist weltweit das einzige international akzeptierte Verdrahtungssystem und genormt nach IEC 62026-2. Mit über 15 Millionen installierter Slaves hat es sich als kostengünstiger und robuster Zubringerbus für alle industriellen Steuerungen bewährt. Aufgrund des standardisierten Systems, des geringen Ver- drahtungsaufwands und dank der werkzeuglosen Schnellverbindungstechnik bietet AS-i einfaches „Plug & Play“ bei der Installation und Inbetriebnahme. Ein weite- rer nicht zu unterschätzender Vorteil: Die Reduktion der Klemmstellen führt zu einem deutlich geringeren Doku- mentationsaufwand. Dieter Bickelhaupt: „Früher haben wir konventionell verdrahtet, d. h. mittels Klemmkastensystem und direkt über die Ein- und Ausgänge der SPS. Die Verdrahtung war umfangreich und nahm viel Platz in der Anlage bzw. im Schaltschrank ein.“ Bei AS-i dagegen werden sowohl Daten als auch Energie für die angeschlossene Sensorik / Aktuatorik gemeinsam über ein zweiadriges Flachkabel übertragen. Die verpo- lungssichere Durchdringungstechnik hilft dabei, Fehler bei der Installation zu vermeiden. Der modulare Aufbau und die frei wählbare Netzstruktur folgen konsequent der Anlagenstruktur und bieten dem Anlagenentwickler maximale Flexibilität. Über diese Auszüge kann der Anwender nach dem Reinigungs- prozess die Werkstücke entnehmen. Diese sicherheitsgerichteten AS-i Türschalter mit Zuhaltung sorgen dafür, dass die Auszüge nicht während des Reinigungs- prozesses versehentlich geöffnet werden können. „Safety at Work“: Dieser induktive Sicherheitssensor zur Posi- tionsüberwachung ist per AS-i mit der Steuerung verbunden.
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    16 Applikationsbericht KLN Ultraschall nAlles über ein gelbes Kabel Für die Prozesssteuerung sind unterschiedlichste Sensoren und Aktuatoren in der Reinigungsanlage verbaut: Hier dienen induktive und optische Sensoren zur Positions- überwachung der Behälterwagen, in denen die zu reini- genden Teile manuell zu- und abgeführt werden. Prozesssensoren überwachen Temperatur und Füllstand der Flüssigkeiten in den Reinigungsbehältern. Sowohl binäre Schaltsignale als auch analoge Prozesswerte wie Temperaturwerte werden über den AS-i Bus an die Steue- rung übertragen. Ein Beispiel für Sensoren mit kombinierter Aktuatorik sind die sicheren AS-i Türschalter mit Zuhaltung. Wenn sie von der Steuerung über AS-i ein „Freigabesignal“ erhalten, geben sie die Verriegelung frei und der Auszug kann geöffnet werden. Somit wird verhindert, dass der An- wender versehentlich während des Reinigungsvorgangs oder während des Bestückens den Auszug aus der Anlage ziehen kann. n AS-i kann auch „sicher“ Die Anlage enthält u. a. sicherheitsgerichtete Einrichtun- gen. Neben den Türschaltern mit Verriegelungsaktuatorik sind das vor allem NOT-AUS-Taster und induktive Sicher- heitssensoren zur Positionserfassung. Hier spielt AS-i einen weiteren Trumpf aus: Auch sicher- heitsgerichtete Signale können dank des erweiterten AS-i Standards „Safety at work“ über das gelbe Flachkabel übertragen werden. Eine separate Leitung für sicher- heitsgerichtete Signale ist nicht erforderlich. Spezielle Sicherheitsmodule überwachen die Kommunikation auf dem Bus. Sicherheitskomponenten bis zur höchsten Steuerungskategorie 4 nach EN 954-1, SIL 3 nach IEC 61508 und EN ISO 13849-1 / PL e lassen sich über AS-i anschließen. n Vom Sensor bis in die Anlagensteuerung Der konkrete Anschluss von Sensoren und Aktuatoren er- folgt über die Ein- / Ausgabemodule, im AS-i Netzwerk auch als “Slave“ bezeichnet. In der Regel werden diese Module sensornah an dezentraler Stelle montiert. Sie stel- len über standardisierte M12-Anschlüsse die Verbindung zwischen Sensorik / Aktuatorik und dem AS-i Bus her. Letzterer wird in Form eines gelben zweiadrigen Flach- kabels in das Modulunterteil eingelegt. Die Durchdringungstechnik stellt eine zuverlässige Ver- bindung her. Der Vorteil dieser Montage: Die Module lassen sich einfach, auch nachträglich, an beliebiger Stelle an das Buskabel anschließen. Auch eine Erweiterung einer Anlage um zusätzliche Sensoren und Aktuatoren ist dank AS-i sehr einfach, schnell und kostengünstig rea- lisierbar. ifm bietet verschiedene Module für den Schaltschrank, die Feldmontage oder als Platinenlösung an. Erhältlich sind diese mit unterschiedlichen Konfigurationen an digitalen Ein- / Ausgängen, analogen Ein- / Ausgängen oder speziellen Anschlüssen, etwa für Pt-100-Tempera- tursensoren. Sichere AS-i-Eingangsmodule können in Schaltschränken oder Vor-Ort-Kästen eingesetzt werden, um konventionelle, sichere Sensoren wie NOT-AUS- oder Türschalter anzuschließen. Alle Statusanzeigen erfolgen über frontseitige LEDs. Unterschiedliche AS-i Module für normale (orange) und sicher- heitsgerichtete (gelb) Kommunikation. Passive Flachkabelabgriffe zum Anschluss intelligenter AS-i Sensoren / Aktuatoren an das gelbe Flachkabel.
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    17 Darüber hinaus bietetifm sogenannte „intelligente“ Sen- soren und Aktuatoren mit integrierter AS-i Busanschal- tung an, zum Beispiel Pneumatikventile, induktive AS-i Sensoren oder die hier verwendeten NOT-AUS-Taster. Diese benötigen kein spezielles AS-i Modul und können als „Slave“ direkt per Flachkabelabgriff an die AS-i Leitung angeschlossen werden. n Master / Gateway Herzstück eines jeden AS-i Netzes sind sie sogenannten „Master“. Das sind eigenständige Controller, die den „Busverkehr“ managen. Zugleich bieten sie eine leistungsstarke SPS-Funktionalität und sind vom Anwen- der programmierbar, um Sensor- und Aktuatorsignale zu verarbeiten und somit als eigenständige, dezentrale Steuerung zu arbeiten. Zudem besitzen sie oftmals eine Gateway-Funktionalität, um etwa per Profinet oder Profibus mit der übergeord- neten Steuerung oder Leitebene zu kommunizieren. Je nach Ausführung lassen sich an diesen Mastern ein oder zwei AS-i Kabel mit jeweils bis zu 248 binären Sensoren und 186 Aktuatoren anschließen. Herzstück: Doppel AS-i Master für zwei AS-i Stränge mit Profinet-Gateway. Zur Energieversorgung bietet ifm passende AS-i Netzteile an. n Fazit Unter dem Strich zählt das Ergebnis: Verdrahtungsauf- wand, Dokumentationsaufwand und Inbetriebnahme- zeiten werden durch AS-i signifikant reduziert. Die Dezentralisierung der AS-i Teilnehmer führt zu kleineren und preiswerten Schaltschränken. Unübersichtliche Kabeltrassen werden vermieden. Einfache Diagnose und ein übersichtlicher Anlagenaufbau führen zu hoher An- lagenverfügbarkeit und reduzieren zugleich die Kosten für Montage und Diagnose. Dazu abschließend Dieter Bickelhaupt: „Da die Verbin- dungsleitungen zu den Schaltern und Ventilen alle mit vorkonfektionierten Kabeln erfolgen, ist dies eine enorme Zeitersparnis, zudem verhindert es Fehlerquellen. Die Kosteneinsparung durch den Einsatz von AS-i lässt sich nicht genau ermitteln. Ich denke jedoch wenn man alles betrachtet, also auch die Größe des Schaltschranks, Platz- bedarf in der Anlage, dezentrale Anwendung und Flexi- bilität auch durch die Ergänzung des Safety-Systems von ifm, dazu die gute Dokumentenerstellung, so sind das sicher 10-15 %. Dazu Arbeitszeiteinsparung bei der Mon- tage, Dokumentation und Fehlersuche.“
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    18 Die Privatbrauerei Zwettlinvestierte rund 15 Millionen Euro in den Ausbau und die Modernisierung des Standortes im gleich- namigen Ort in Niederösterreich. Sie ist damit europaweit einzigartig gut aufge- stellt, um höchst flexibel qualitativ hoch- wertige Biere vollautomatisch zu brauen. Die neuen energiesparenden Anlagen helfen, den Ressourcenbedarf zu senken und damit noch umwelt- schonender zu agieren. Umfangreiche Sensoren sorgen dabei für Prozessrückmeldungen und Diagnosedaten der Brauanlagen bis in die Leitebene. Das detaillierte Engineering wurde von der M&L Consulting aus St. Gallen und der Firma Corosys aus Hofheim mit einer individuellen Konstruktion und der vollständigen Automation realisiert. Als führende Ausrüster für die Brau- und Getränkeindustrie vertrauen die Firmen M&L Consulting und Corosys auf das breite Produktportfolio mit Sensorik und Steuerungs- systemen von ifm electronic, die höchste Prozesssicherheit und Anlagenverfügbarkeit garantieren. Dies ist wichtig, um die geforderten Normen und Richt- linien zu erfüllen. Speziell in der Lebensmittelindustrie sind eine hohe Temperatur- und Reinigungsbeständigkeit sowie Schutzart IP 68 / 69K gefordert. n Sensorik im Kaltbereich Die Prozesskette der Brauerei ist im Groben in drei Berei- che gegliedert: Sudhaus, Kaltbereich und Abfüllung. Aus Sicht der Prozesssensorik ist der Kaltbereich der interes- santeste Teil. Unzählige Druck-, Durchfluss- und Tempe- ratursensoren sind an den Tanks und Rohrleitungen montiert. Sämtliche Ventile sind mit induktiven Sensoren zur Positionsabfrage ausgestattet. Folgende Beispiele zeigen, wie Corosys in der Brauerei Zwettl die Applikationen mit Hilfe von ifm-Sensoren gelöst hat. Applikationsbericht Zwettl Brauerei Temperaturen, Drücke oder Füllstände: Unterschiedliche Sensoren überwachen den Prozess. Zwettler Bier zuverlässig automatisiert
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    19 n Elektronisches Manometer inder Kieselgurfiltrationsanlage Nach dem Gär- u. Lagerprozess gelangt das unfiltrierte Bier zur Kieselgurfiltrationsanlage. Hier werden Hefezellen und Trübstoffe herausfiltriert. Mittels Differenzdruckmessung wird der Zustand des Fil- ters überwacht. Dazu wird das vollelektronische Kontakt- manometer PG2894 eingesetzt. Es vereint die Vorteile eines elektronischen Drucksensors mit einer einfach ab- lesbaren Manometeranzeige. Der Druckaufnehmer besitzt ein hygienisches, frontbün- diges Design, wahlweise mit konischem G1-Gewinde oder Aseptoflex-Vario-Prozessanschluss. Dieser Prozess- anschluss erlaubt auch mit den erhältlichen Adaptern einen hygienegerechten frontbündigen Einbau. In Kombination mit der ecolink-Kabeldose der Serie EVT in M12-Ausführung ist mit IP 68 / IP 69K höchste Dichtig- keit im Nassbereich gegeben. Dank der Temperaturbe- ständigkeit ist das vollelektronische Kontaktmanometer auch für CIP (Cleaning-In-Place)- / SIP (Sterilising-In-Place)- Prozesse bestens geeignet. Die große Zeigeranzeige, die integrierte digitale Prozess- wertanzeige sowie der LED-Bargraph zur Schaltpunkt- oder Trendanzeige bieten dem Betreiber höchsten Ablesekomfort. Mit der hohen Gesamtgenauigkeit von 0,2 % ist das Gerät auch für sensible Prozesse einsetzbar. n Temperaturüberwachung bei der Herstellung von Mischgetränken Neben dem reinen Bier produziert Zwettl auch Mischge- tränke wie das beliebte „Radler“ – Bier mit Zitronenli- monade. An der Mischstation werden dafür Zusatzsstoffe aus verschiedenen Tanks miteinander gemischt. Für einen optimalen Prozessablauf sind definierte Medientempera- turen erforderlich. An den Tanks leiten Temperaturtransmitter vom Typ TA34 den Temperaturwert per Analogsignal (4…20 mA) an die Anlagensteuerung. Dank hygienischem Prozessanschluss G 1/2 und V4A (1.4404)-Gehäusewerkstoff ist der direkte Kontakt mit dem Medium absolut unproblematisch. Die hochgenauen Pt1000-Messelemente der Genauigkeits- klasse A liefern präzise Messergebnisse. In Rohrleitungen sind Temperaturfühler vom Typ TM4501 mit hygienischen Prozessanschluss G 1/2 integriert. Die Auswertung und Weiterleitung des Sensorsignals über- nimmt der separate Temperatur-Plug TP3231. Er ist sehr kompakt und besitzt sowohl für den Anschluss des Sensors als auch für den Ausgang zwei genormte M12- Anschlüsse. Das reduziert den Montageaufwand gegen- über eines üblichen Kopf- / Hutschienentransmitters auf ein Minimum. n Selbstüberwachender Temperatursensor in der Kurzzeiterhitzungsanlage Zur Abtötung von Mikroorganismen und um das Bier halt- bar zu machen, wird es in der so genannten KZE (Kurzzei- terhitzung) auf eine definierte Temperatur erhitzt. Hohe Genauigkeit hat hierbei höchste Priorität. Hierbei wird ein besonderer Sensor eingesetzt: Der ifm- Temperaturtransmitter TAD991 verwendet zwei unter- schiedliche Sensorelemente, die sich im Prozess gegenseitig überwachen. Diese Selbstüberwachung gewährleistet, dass eine auftretende Drift des Sensors sofort diagnosti- ziert wird. Hat sich die Genauigkeit des Sensors verschlechtert, so spricht man von einer Drift. Drifterscheinungen sind auf thermischen Stress zurückzu- führen. Gerade in der Lebensmittelindustrie erzeugen die regelmäßigen Reinigungsprozesse (CIP, SIP) extreme Tem- peraturschocks, die den Sensor extrem stressen und so eine Drift zwangsläufig herbeiführen. 2-in-1: Das vollelektronische Kontaktmanometer PG vereint Drucksensor und Manometeranzeige in einem Gerät. Klein, kompakt, kostengünstig: Der Temperatur-Plug TP wandelt das Sensorsignal in ein genormtes Analogsignal (4…20 mA).
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    20 Um auftretende Temperaturdriftzu erkennen, muss der Ab- gleich mit der Referenz automatisiert werden. Genau hier setzt der kalibrierfreie Temperatursensor TAD an. Standard-Temperatursensoren verfügen über ein Wider- standsmesselement, das in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie sehr häufig der Genauigkeitsklasse A gemäß DIN EN 60751 entspricht. Im Temperatursensor TAD ist ein Widerstandsmesselement (Pt1000) integriert. Dieses Widerstandselement wird vom Hersteller speziell ver- messen und vorselektiert und ist daher etwa um den Fak- tor 4 genauer als die üblicherweise verwendete Klasse A. Um ein Vergleichssignal zu haben, verfügt die Messspitze des TAD zusätzlich über ein langzeitstabiles NTC-Mess- element, welches im Produktionsprozess des Sensors mit der Kennlinie des Pt-Elements „gematcht“ wird. Unter „Matching“ versteht man das Angleichen zweier Kom- ponenten oder Kennlinien aneinander. Im normalen Betrieb arbeitet der Temperatursensor TAD also mit zwei unterschiedlichen Messelementen. Dies führt dazu, dass bei Ausfall eines Messelements der Pro- zess mit dem zweiten Messelement noch sicher beendet werden kann (Backup-Funktion). Die Elektronik des Temperatursensors TAD bildet den Mit- telwert der gemessenen Temperaturen und stellt einen tem- peraturproportionalen Analogausgang 4...20 mA zur Verfügung. Während des Betriebes wird die Differenz der beiden Temperaturen mit zwei einstellbaren Schwellwerten verglichen. Den ersten Schwellwert bezeichnet man als Drift-Warngrenze, den Zweiten als Drift-Alarmgrenze. Um eine Drahtbruchüberwachung zu gewährleisten, liegt auf dem Diagnoseausgang im normalen Betrieb ein 24 V Signal. Wird die Drift-Warngrenze überschritten, so taktet der Diagnoseausgang mit einer Frequenz von 2 Hz. Über Timer kann das Signal in jeder Steuerung aus- gewertet werden. Wird auch die Drift-Alarmgrenze über- schritten, so schaltet der Diagnoseausgang und es liegt dauerhaft ein 0-V-Signal an. Der Vorteil: Verglichen mit üblichen Temperatursensoren, die zyklisch kalibriert werden, steigt beim Einsatz des Tem- peratursensors TAD die Prozesssicherheit. Beim zyklischen Kalibrieren wird eine auftretende Drift zwar ebenfalls er- kannt, nur wurde bereits eine ungewisse Zeit mit einem drift-behafteten Sensor produziert. Da der TAD unmittel- bar beim Überschreiten der eingestellten Driftschwellen ein Signal generiert und nicht erst bis zum Ende des Kali- brierintervalls gewartet werden muss, wird hier die Pro- zesssicherheit und damit die Produktqualität in der anspruchsvollen Kurzzeiterhitzung maßgeblich verbessert. n Füllstandüberwachung an Tanks An vielen Stellen der Brauerei werden Tanks eingesetzt: Zum Beispiel im Drucktankkeller als Puffer zwischen Filtration und Abfüllung, in der Wasseraufbereitung oder in der zen- tralen CIP-Anlage. Zur Anlagensteuerung wir der exakte Füllstand dieser Tanks benötigt, zudem soll der minimal und maximal zulässige Füllstand erkannt und gemeldet werden. Für die hydrostatische Füllstandmessung sind Drucksen- soren der Serie PI28 am Tankboden montiert. Aus dem gemessenen hydrostatischen Druck lässt sich die exakte Füllhöhe des Tanks ableiten. Das Gehäuse dieser Sensoren besteht komplett aus Edel- stahl (V4A ,1.4404). Zusammen mit der hohen Schutzart IP 68 / IP 69K sowie dem prozessorientierten Design eignet sich diese Baureihe besonders für hygienische Ap- plikationen. Zuverlässige Dichtungsmöglichkeiten bietet der neue aus V4A-Edelstahl (1.4435) bestehende Pro- zessanschluss G 1 Aseptoflex-Vario. Lebenslang war- tungsfrei und somit kostensparend sind sowohl die Metall-auf-Metall- als auch die neue PEEK-Dichtung. Diese zeichnet sich durch hohe Chemikalien- und Tem- peraturbeständigkeit aus. Eine weitere hygienische Dicht- möglichkeit bieten Elastomer-O-Ringe (EPDM / FKM). Diverse Prozessadapter (wie Clamp, DIN11851 Milch- rohrverschraubung, u. a.) sind als Zubehör erhältlich, natürlich ebenfalls aus V4A-Edelstahl (1.4435). Der Druckbereich liegt je nach Sensortyp zwischen 100 mbar und 25 bar. Weitere Eigenschaften sind die hochreine langzeitstabile Keramikmesszelle sowie eine einfache Bedienbarkeit über die integrierten Tasten und die LED-Anzeige. Auf der elektrischen Seite lässt sich der Sensor im 2-, 3- oder 4-Leiter-Betrieb anschließen. Das vereinfacht den Geräteaustausch in bestehenden Anla- gen. Des Weiteren zeichnen sich die Sensoren der Bau- reihe PI28 durch eine hohe Gesamtgenauigkeit (0,2 %) und elektronische Temperaturkompensation aus. Auf- grund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit sind sie auch für CIP- und SIP-Prozesse optimal geeignet. Das zweite Sensorsystem am Tank ist der Grenzstandsensor LMT, der sicher den maximalen und minimalen Füllstand überwacht. Im Gegensatz zu anderen Lösungen, etwa me- chanische Schwinggabeln, kommt er ohne mechanische Komponenten aus und arbeitet somit verschleißfrei. Das Besondere: Er ist unempfindlich gegen Schaum und andere Anhaftungen, diese blendet er zuverlässig aus. Neben der werksseitigen Voreinstellung lässt sich der LMT per IO-Link Applikationsbericht Zwettl Brauerei Maximale Prozesssicherheit: der selbstüberwachende Tempera- turtransmitter TAD für besonders sensible Prozesse.
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    21 auf verschiedene Medienbzw. Anhaftungen einstellen. Das gewährleistet auch bei schwierigen Medien eine zuverläs- sige Grenzstanderkennung. Vielfältige Adapter erlauben verschiedenste Montage- möglichkeiten. Dabei arbeitet der Sensor unabhängig von der Einbaulage. Hochwertige Gehäusematerialien wie V4A (1.4404) und eine Sensorspitze aus lebensmittel- geeignetem PEEK erfüllen alle hygienischen Anforderun- gen. Ein gelasertes Typenschild für eine dauerhafte Lesbarkeit sowie die hohe Schutzart IP 68 / IP 69K für Reinigungsprozesse sind selbstverständlich. n Anwendungen in Rohrleitungen Die Grenzstandsensoren der Baureihe LMT werden zudem auch in Rohrleitungen eingesetzt. Sie erkennen, ob die Rohrleitungen gefüllt oder leer sind und dienen somit als Trockenlaufschutz für Pumpen. Dank seiner kompakten Sensorspitze lässt sich der LMT selbst in kleine Rohrleitungen von DN25 einsetzen. Um den Förderdruck in Rohrleitungen zu überwachen, wird der oben be- schriebene Drucksensor PI28 eingesetzt. Dieser leitet den Messwert als Analogsignal an die Steuerung weiter. n Induktive Sensoren überwachen Ventilknoten Zur Medienlenkung kommen an verschiedenen Stellen im Brauprozess Ventile in mehr oder weniger große Ven- tilknoten zum Einsatz. Elektromechanische Hubventile sorgen dabei für eine offene oder geschlossene Rohrlei- tung und gestatten so das gezielte Verteilen der Medien. Zur Endlagenerfassung dienen induktive Sensoren, wel- che anhand der Position der Hubstange erkennen, ob das Ventil tatsächlich offen oder geschlossen ist. Die ver- wendeten Sensoren vom Typ IFT203 besitzen hochwer- tige Gehäusematerialien (V4A, PEEK) und die hohe Schutzart IP 68 / 69 K, sodass sie auch die regelmäßigen Hochdruckreinigungsprozesse schadlos überstehen. n Mannloch- und Deckelüberwachung Eine weitere Anwendung für induktive Sensoren ist die Positionsüberwachung von Mannlöchern oder Deckeln an Tanks. Die Sensoren der Bauform IIT212 bieten mit 15 mm ausreichenden Schaltabstand, um auch bei mechanischen Toleranzen den Zustand „Deckel offen“ oder „Deckel ge- schlossen“ an die Steuerung zu melden. n Fazit Dank langjährigem Know-how bietet der Sensorikspe- zialist ifm ein umfassendes Produktportfolio, um den Brauprozess zuverlässig zu automatisieren und eine gleichbleibend hohe Bierqualität zu gewährleisten. Aufgrund ähnlicher Anforderungen lassen sich die bei- spielhaft gezeigten Applikationslösungen auf viele an- dere Bereiche im Getränke- und Lebensmittelbereich übertragen und damit fit für die Zukunft machen. Typische Tanküberwachung: Grenzstandsensor LMT und hydro- statisch messender Drucksensor PI im Tankboden. Perfekter Pumpenschutz: Der Grenzstandsensor LMT (oben) ermittelt, ob das Rohr gefüllt oder leer ist. Der Drucksensor PI (unten) überwacht den Förderdruck. Positionsrückmeldung: Der induktive Sensor IFT203 überwacht die Hubstange und mel- det der Steuerung, ob das Ventil auch tatsächlich geöffnet ist. Deckel geschlossen? Ein induktiver Sensor überwacht den Tankdeckel.
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    In Köln, inSichtweite des Doms auf einer kleinen Insel am Ufer des Rheins gelegen, demonstriert hautnah und anschaulich das bekannte Schokoladenmuseum diesen Erschaffungsweg. Höhepunkt ist dabei die vollständig automatische Produktion in einer Mini-Fertigungsstraße von der Kakaobohne bis zur genussbereiten Tafel. 80.000 Täfelchen täglich werden so hier 6 Tage die Woche, bei gleichzeitig neugieriger Begutachtung durch die Besu- cherströme, erzeugt. Eine Störung dieses automatisier- ten Ablaufs hätte fatale Folgen. Seit Juli 2006 unterstützt ifm electronic aus Essen mit modernster Sensorik dieses außergewöhnliche Museum. Neben Temperatur- unter- stützen noch Schwingungs-, Zylinder- und Drucksenso- ren der ifm diesen äußerst empfindlichen Vorgang. n Auf die genaue Temperatur kommt es an! Nach der Vorverarbeitung, wie Rösten und Mahlen, wird die braune Schokoladenmasse in einem 3-wandigen Vor- ratstank zwischengelagert. Über eine doppelwandige, mit einer Begleitheizung ausgestattete Rohrleitung wird die flüssige Schokoladenmasse zur Weiterverarbeitung gepumpt. Die Temperatur im Heizwasserkreislauf der Be- gleitheizung, die die optimale Fließfähigkeit garantiert, muss konstant bei 50-51 °C liegen. Falls die Temperie- rung nicht genauestens stimmt, kristallisiert die Schoko- ladenmasse und verstopft die Rohre. Daraufhin muss die gesamte Produktion gestoppt und der betroffene Teil des Systems komplett gereinigt werden. Es entstehen nicht unerhebliche Kosten, denn dieser Vorgang ist äußerst aufwendig und zeitintensiv. Hier leisten die Temperatursensoren der Baureihe TN von ifm wertvolle Dienste. Sie überwachen präzise die Tem- peratur des Heizkreislaufs. 22 Jeder kennt sie, jeder mag sie – die Schokolade. Schon beim Erwähnen dieses Wortes läuft bereits vielen das Wasser im Munde zusammen. Aber die wenigsten wissen etwas über den sensiblen Prozess der Herstellung von der Kakaobohne bis zu den fertigen, in ge- schmackkonservierende Alufolie gehüllten und meist bunt verpackten Tafeln. Applikationsbericht Schokoladenmuseum Exakte Temperaturmessung für perfekten Schokoladengenuss
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    23 n Zuverlässige Temperatursensoren DieTemperatursensoren von ifm basieren auf einem Pt-100- oder Pt-1000-Widerstandselement. Dieses wan- delt die Messgröße Temperatur durch Widerstandsände- rung in ein elektrisches Analogsignal um. Ein Mikro- prozessor steuert die Auswertung des elektrischen Signals. Die aktuelle Systemtemperatur wird mittels LED- Display direkt an der Auswerteelektronik angezeigt. Sowohl Mikroprozessor als auch Anzeige erleichtern wesentlich die Handhabung. Mit Hilfe der Programmier- tasten kann der Anwender die Werte für die Schalt- punkte, Hysterese und Messfenster auch ohne anliegende Systemtemperatur einstellen. Das vereinfacht Installation und Inbetriebnahme. n Die Temperiermaschine Von den Vorratstanks wird die Schokoladenmasse zur Temperiermaschine gepumpt. Eine Temperiermaschine besteht aus mehreren Wärmekammern. Durch diese Kammern wird die Schokolade von unten nach oben gepumpt. Sie durchlaufen dabei eine genau festgelegte Temperaturkurve. Die Temperaturen sind rezepturabhän- gig und werden von der Temperiermaschine auf ein zehn- tel Grad genau gesteuert. Durch das Temperieren wird sichergestellt, dass die Schokolade nach der Endverar- beitung einen seidigen Glanz und einen knackigen Bruch hat. Diese genaue Temperatur wird von einem ifm TN2531 überwacht und schlägt Alarm, wenn sie um 0,5 Grad abweicht. n Erst warm, dann kalt – gießen und verpacken Als nächster Produktionsschritt erfolgt das Gießen der flüssigen aromatisch duftenden Schokolade in die ent- sprechenden Tafelformen. Hier wird die in den Formen befindliche Masse mit Kühlwasser auf 6-9 °C gekühlt. Diese Temperatur ist erforderlich, damit die gegossenen Tafeln aus ihren Formen durch rhythmisches Rütteln ge- löst werden können. Der hier eingesetzte Temperatur- sensor TN2531 besitzt eine Einbaulänge von 45 mm bei einem Durchmesser von 8,2 mm. Er ist äußerst robust und zeichnet sich durch die sehr hohe Druckfestigkeit von bis zu 300 bar aus. Der Messbereich beträgt -40…150 °C. Unterhalb der Vor-Ort-Anzeige befinden sich versenkte Einstelltasten. So ist ein fatales versehentliches Verstellen so gut wie ausgeschlossen. Anschließend erfolgt die Ver- packung. Auch hier müssen bestimmte Temperaturen eingehalten werden, denn es existiert nur ein enges Zeit- fenster. Dieses wird ständig kürzer, je höher die Außen- temperatur steigt. Die kritische Lufttemperatur beträgt 22-23 °C. Steigt die Umgebungstemperatur im durch Plexiglasscheiben abgeschirmten Produktionsbereich über diesen Grenzwert – z. B. durch die Besucherströme, denn jeder Mensch strahlt Wärme ab – wird Alarm ausgelöst und eine Hupe ertönt. Ein Temperatursensor der Bauart TN von ifm leistet auch an dieser Stelle zuverlässige Dienste. Alle erfassten Temperaturen werden nicht nur vor Ort sondern auch zentral in einem Schaltschrank zur Kon- trolle angezeigt, um bei diesem empfindlichen Produk- tionsprozess sofort zu reagieren. n Fazit Das A und O bei der Erzeugung einer Qualitätsschoko- lade ist die permanent präzise Temperaturüberwachung, sowohl im Warm- als auch im Kaltbereich. Die komplette Fabrikation ist dabei höchst sensibel zu handhaben, damit die empfindlichen menschlichen Geschmacksner- ven sich an einer wohlschmeckenden und aromatischen Schokolade erfreuen können. Im Bild der Temperatursensor TN2531 von ifm beim Überwachen der Kühltemperatur Exakte Temperaturüberwachung beim Verpackungsprozess. Gelagert werden die fertigen Schokoladentafeln konstant um 18 °C.
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    24 Applikationsbericht Wessel-Werk Die stetigeSteigerung des Automatisierungsgrades in modernen Fertigungsanlagen wird zunehmend durch Identifikationssysteme unterstützt. Ihre Aufgaben sind meist die Kon- trolle oder Freigabe von Produktionsschritten oder die Zuordnung produktbegleitender Informationen. Besonders einfach gestaltet sich die Umsetzung, wenn die RFID-Kompo- nenten über den Feldbus AS-Interface kommunizieren. RFID meets AS-i Transparente Montageüberwachung Montageautomat zur Produktion von Staubsaugerdüsen. Wessel-Werk, Weltmarktführer in der Entwicklung und Produktion von Staubsaugerdüsen, setzt bei der Montage- technik auf Lösungen von ifm, Global Player in Sachen Automatisierungstechnik und weltweit erster Anbieter von AS-i basierten RFID-Systemen. Das Ergebnis ist eine schlanke und transparente Montageüberwachung bei der Herstellung der Staubsaugerdüsen. n Die Düse machts Eine hochwertige Staubsaugerdüse besteht aus gut einem Dutzend verschiedener Einzelteile. Um innovative Technologien zeitnah und flexibel umzusetzen, entwickelt und baut der Weltmarktführer die Montagemaschinen selbst. Darin durchlaufen Werkstückträger mehrere Mon- tagestationen. RFID meets AS-i Transparente Montageüberwachung
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    25 Auf ihnen werdenaus Chassis, Bürstenleisten, Rollen und anderen Teilen verschiedene Staubsaugerdüsen zusam- mengesetzt. Bei Wessel-Werk werden verschiedene Varianten bei fle- xiblen Losgrößen im Mischbetrieb produziert. Förderer transportieren die Werkstückträger zu unterschiedlichen Bearbeitungsstationen. Je nach Düsentyp werden unter- schiedliche Bearbeitungsschritte ausgeführt und Förder- wege benutzt. Jeder Werkstückträger ist über einen speziellen RFID-Code eindeutig identifizierbar. An jeder Bearbeitungsstation wird der Code ausgelesen, per AS- Interface an die Steuerung übertragen. Je nach Variante wird dann der entsprechende Bearbeitungsschritt ausge- führt beziehungsweise die Weichen auf dem Förderweg gestellt. Durch die eindeutige Identifizierung werden Bear- beitungsfehler im Mischbetrieb zuverlässig ausgeschlossen. n RFID mit AS-i Für einen reibungslosen Prozessablauf kommt das indu- strietaugliche RFID-System DTS125 von ifm zum Einsatz. Es bietet eine kompakte und einfache Alternative für Ap- plikationen, in denen eine optische Identifikation aufgrund von Umweltbedingungen nicht einsetzbar ist. Es ist zudem das weltweit erste RF-Identifikationssystem für AS-Interface. Es eröffnet die Möglichkeit, Codeträger (ID-TAGs) auszulesen oder zu beschreiben und dabei die Vorteile des AS-Interface zu nutzen. Es lässt sich problem- los in bestehende AS-i Netzwerke integrieren und ist sofort betriebsbereit. Die Besonderheit der AS-i Lösung ist die ein- fache Verdrahtung. An 100 Meter AS-i Kabel können bis zu 31 Schreib- / Leseköpfe angeschlossen werden. Das Kabel kann beliebig verzweigt werden und dem Layout der Fertigungslinie folgen. Es eignet sich sehr gut für modu- lare Aufbauten, da sowohl Daten als auch Energie über nur ein Kabel laufen. Das RF-Identifikationssystem nutzt beim Lesen das gängige AS-i Analogprotokoll 7.4 zum Datentransfer. Spezielle Soft- warebausteine sind somit nicht erforderlich. Der Schreib- / Lesekopf speichert Übertragungsfehler, die zur gezielten Fehleranalyse abrufbar sind. Antenne, Elektronik und AS-i Schnittstelle sind im kompakten Gehäuse integriert. Die Spannungsversorgung erfolgt aus dem AS-i Netz über eine drehbare M12-Steckverbindung. Es ist keine zusätzliche Betriebsspannung erforderlich, das vereinfacht die Mon- tage und minimiert die Verdrahtung. Das ID-TAG (Trans- ponder) ist in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich und bietet flexible Montagemöglichkeiten für Werkstück- träger, Behälter etc. Mit einfacher Durchdringungstechnik ist das AS-i Modul am gelben AS-i Flachkabel anschließbar. Das Kabel kann dabei quer oder längs durch das Modul geführt werden. Die Montage des AS-i Moduls erfolgt ohne Werkzeug – zur Demontage wird lediglich ein Schraubendreher benö- tigt. Nicht nur RFID-Schreib- / Leseköpfe, auch andere Senso- ren, etwa Lichtschranken oder induktive Sensoren, lassen sich über AS-i Module mit der Steuerung verbinden. Das spart auch hier aufwendige Verkabelungen. Der AS-i Master sammelt als Kopfstation alle Daten für alle gängigen, übergeordneten Feldbusse ein. Durch die inter- gierte SPS-Funktionalität kann er die Daten vorverarbeiten und die übergeordnete Anlagensteuerung entlasten. n Fazit Gerhard Feyerabend, Steuerungstechniker bei Wessel- Werk über die Einfachheit des AS-i RFID-Systems: „Die In- betriebnahme des Systems ist viel einfacher als erwartet, da die Leseköpfe nach ihrer Installation und Adressierung die Daten sofort an die SPS schicken. Eine weitere Kon- figuration ist gar nicht mehr notwendig!“ Mit RFID in Kombination mit AS-i bietet ifm eine ideale Kombination für einfach zu realisierende Identifizie- rungsaufgaben in der Montagetechnik. An mehreren Montagestationen wird aus Einzelteilen vollauto- matisch eine Staubsaugerdüse zusammengesetzt. Unten im Werkstückträger ist der Transponder-Chip eingelassen. Bis zu 224 Bit kann dieser Chip speichern. An beliebiger Stelle des AS-i Kabels lassen sich Sensoren per Flachkabelabgriff anschließen.
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    In keiner anderenBranche ist der Wettbe- werbsdruck so hoch wie in der Bauwirt- schaft. Wer hier seine Position am Markt halten und ausbauen will, muss seine Wirt- schaftlichkeit verbessern. Mit anderen Wor- ten: mehr Effizienz durch eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit bei gleichzeiti- ger Verbesserung der Qualität. Mit der einzigartigen Gritzke-Nivellierautomatik GRi-P1 für Planiermaschinen wird die Einsatzflexibilität der Maschinen und die Produktivität erheblich gesteigert. Das trägt dazu bei, Materialkosten bei der Erdbewegung und Feinplanie einzusparen. Das System lässt sich mit mehreren Sensoren ausstatten, kombiniert einfache Bedienung und überzeugt mit einer selbsterklärenden Benutzeroberfläche. Jeder Millimeter zählt, wenn beim Planieren im Straßen- bau kilometerlange Streckenabschnitte auf ein gleich- mäßiges Niveau gebracht werden müssen. Denn selbst nur ein Millimeter in der Höhe entscheidet dabei leicht über einige LKW-Ladungen an Material. n Per Laser auf Niveau Ein millimetergenaues Niveau über weite Strecken ist nur mit Hilfe moderner Technik effizient umsetzbar. Dabei haben sich lasergestützte Systeme als besonders präzise, preiswert und zuverlässig erwiesen. Das Funktionsprin- zip: Ein auf einem Stativ angebrachter Laser rotiert um die eigene Achse und erzeugt so eine Laserebene. Diese wird parallel zu der gewünschten Oberfläche ausgerich- tet. Eine am Raupenschild montierte senkrechte opto- elektronische Empfangszeile erfasst den Laserstrahl. Eine intelligente Steuerung führt den Laserempfänger und damit das Raupenschild so nach, dass diese immer in exakt gleicher Höhe zur Laser-Projektionsebene stehen. Somit kann sich der Raupenfahrer auf das horizontale Verfahren seiner Raupe konzentrieren, während das Raupenschild vollautomatisch und millimetergenau auf Referenzhöhe gehalten wird. Um schräge Flächen zu ebnen, wird der Laser einfach parallel zur gewünschten Neigung ausgerichtet. Je nach- dem, ob die Planierraupe längs, quer oder schräg zur Nei- gung fährt, ist eine unterschiedliche Querneigung des Planierschildes erforderlich. Auch diese ist bei laserge- 26 Applikationsbericht Gritzke – Planierraupensteuerung Automatik schafft Niveau Nivellierautomatik für Planiermaschinen
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    27 stützten Systemen automatischsteuerbar. Dazu wird auf dem Planierschild seitlich ein zweiter Laserempfänger montiert. Alternativ kommt ein Querneigungssensor und / oder ein Ultraschallsensor auf dem Planierschild zum Ein- satz. Die Gritzke Lasertechnik OHG mit Sitz im ostwestfäli- schen Lemgo ist spezialisiert auf die Entwicklung, Pro- duktion und Vertrieb von Positionierungssystemen für Baumaschinen. Die Kunden profitieren von der hohen Qualität, Zuverlässigkeit der Systeme und vom Service- anspruch des Unternehmens. Ein zentrales Credo: die Umgehung des Produkt- bindungszwangs der Marktführer, das heißt: die Gritzke- Systeme können auf jede Maschine montiert werden, un- abhängig davon, ob diese bereits mit Kabelvorrüstungen ausgestattet ist. Um sich von marktüblichen Systemen abzuheben, hat Gritzke die Vor- und Nachteile sämtlicher Systeme be- rücksichtigt und zusätzlich die eigenen Ideen umgesetzt. n Ein neues flexibles System musste her Zur Steuerung der Nivelliersysteme setzte Gritzke in der Vergangenheit programmierte Controller verschiedener Hersteller ein. Der Nachteil: Kunden- und maschinenspe- zifische Anpassungen oder Softwareänderungen konnte Gritzke als Systemintegrator nicht selber vornehmen. Die Softwarehoheit lag bei den Hardwareherstellern. Indivi- duelle Anpassungen bzw. Änderungen waren zeit- und kostenintensiv oder wurden abgelehnt. Dipl.-Ing. Rolf Oschatz, Geschäftsführer bei Gritzke: „Vor etwa 2 Jahren wurde von mir entschieden, ein ei- genes lasergestütztes Nivelliersystem für Baumaschinen zu entwickeln. Ziel war es, unseren Kunden eine Kombi- nation aus besonderer Anwenderfreundlichkeit, präziser Genauigkeit und bestem Wettbewerbspreis zu bieten. Mit unserer Entwicklung erfinden wir grundsätzlich das Rad nicht noch einmal, aber sie vereint sämtliche Vorteile der Konkurrenzsysteme mit unseren Ideen und Anforde- rungen.“ n ifm als Partner Applikations-Know-how ist eine Sache, doch bei dem Herzstück des Systems, der Steuerung und deren Soft- ware, ist Gritzke mehr oder weniger zufällig auf den heu- tigen Partner, die ifm-Unternehmensgruppe, gestoßen. Dipl.-Ing. Rolf Oschatz: „Die Entwicklung mit früheren Hardwareanbietern kam nur langsam voran. Die anfangs zugesagte Unterstützung lief nur schleppend und war eher von Planzahlen als von technischer Unterstützung geprägt. Bei einem Informationsgespräch im April 2013 wurde ich dann auf der BAUMA (weltweit größte Bau- maschinenmesse, Anmerkung der Redaktion) am Stand von ifm gefragt, ob man weiterhelfen könne. Schnell entstand gegenseitiges Interesse. Was mich besonders beeindruckt hat: Man hat nicht nach möglichen Stück- zahlen gefragt, sondern umfassende Unterstützung des Projektes zugesagt.“ Das war der Start der engen Partnerschaft zwischen Gritzke und ifm. Arbeitsoberfläche mit den Einstellmöglichkeiten: „Masteinrich- tung“, „Laser suchen“ oder „Mast parken“, Automatikmodus für rechten oder linken Mast „ein / aus“, „Mastverstellung beidseitig“ sowie die aktuelle Höhenanzeige in 1/10 mm. Gritzke hat das System entwickelt und in Kooperation mit ifm verkaufsfähig gebaut.
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    28 Applikationsbericht Gritzke –Planierraupensteuerung In Kooperation mit dem Automatisierungsspezialisten ifm (Hardware) hat die Gritzke Lasertechnik die erste deutsche CANbus-basierte Nivellierautomatik für Planiermaschinen „GRi-P1“ entwickelt, gebaut und verkauft. n Die Umsetzung Die nachfolgenden Monate waren von intensiver Zu- sammenarbeit geprägt. Dipl.-Ing. Dennis Blume, Fachvertrieb Steuerungstechnik bei ifm, hat das Projekt maßgeblich unterstützt. Dies er- folgte in enger Zusammenarbeit mit Gritzke, denn Prio- rität der Entwicklung war, das Software-Know-how im Hause Gritzke zu haben. Als Herzstück der Anlage dient der mobiltaugliche und CAN-fähige ifm-Controller CR0033. Als Bedieneinheit kommt das grafikfähige ifm-Display CR1084 zum Einsatz. Dipl.-Ing. Rolf Oschatz: „Die Zusammenarbeit mit ifm war leidenschaftlich und erfolgreich. Oft testeten wir die Software und Hardware bis spät in die Nacht draußen auf den Maschinen. Ein Dank gilt diesbezüglich der Firma Stork Tongruben und Transportunternehmen in Hidden- hausen, welche uns eine Raupe (Cat D6T) und die Ört- lichkeit, eine Tongrube, zum ausgiebigen Testen des Systems zur Verfügung stellte. Und es hat sich gelohnt: Nach 18 Monaten konnten wir das System bis zur Markt- reife umsetzen. Ohne den außergewöhnlichen Einsatz von Herrn Blume hätten wir das niemals in so kurzer Zeit geschafft“. n Flexibel in der Anwendung Das Nivelliersystem ist das erste seiner Art, dass in einer Hand entwickelt, programmiert und gebaut wird. Für den Kunden hat es den Vorteil, dass Anpassungen, spezielle Kundenwünsche oder Verbesserungen schnell umgesetzt werden können. Durch sein Baukastenprinzip ist das Gritzke-System „GRi-P1“ für sämtliche Arten lasergestützter Höhenkon- trolle und -steuerung bei unterschiedlichen Anwendun- gen sowie Baumaschinen nutzbar. So ist es auch an Baggern zur Tiefenkontrolle, an Höhen- und Schwenkwinkelbegrenzungen, an Radladerplanier- einrichtungen, an Ramm- und Bohrgeräten, an landwirt- schaftlichen Maschinen oder an Container-Staplern einsetzbar. Der Vorteil: Der Kunde spart sich teure Soft- ware-Updates, da die verschiedenen Einsatzgebiete be- reits in der einen Software hinterlegt und anwählbar sind. Die Steuerung kann also bei Bedarf auf unterschiedlichen Maschinen eingesetzt werden. Der Kunde spart den Kauf doppelter Komponenten, wie Bedieneinheit, Zentralein- heit oder Sensoren. Durch Integration wählbarer Applikationsprogramme in einem modularen Gerät konnte der Entwicklungs- und Hardwareaufwand minimiert werden. Die Folge: Das Gritzke-System kostet rund 1/3 weniger als die markt- üblichen Systeme. n Schnell – dank CAN-Bus Als erstes System nutzt es ausschließlich die CANbus- Schnittstellen zur Datenübertragung. Bis zu 5-mal schnel- ler lassen sich so die Daten vom Laserempfänger oder vom Querneigungssensor / Ultraschallsensor in die Steue- rung übertragen. Diese schnelle Datenübertragung und Verarbeitung im Controller ist notwendig, um eine mög- lichst verzögerungsfreie Signalkette von den Laseremp- fängern über die Steuerung bis hin zur Ventilansteuerung des Raupenschildes, zu gewährleisten. Nur so wird auch bei hohen Geschwindigkeiten, ein millimetergenaues Arbeiten gewährleistet und erreicht. Ebenfalls über CAN-Bus werden auch die Joysticks, Schalter und Taster der Baumaschine abgefragt und an die Prozessteuerung übergeben. Dipl.-Ing. Dennis Blume von ifm vor Ort: „Immer wieder wurde die Steuerung vor Ort auf der Maschine gete- stet und die Program- mierung angepasst. Denn nur was 100- prozentig funktioniert, geht an die Kunden.“
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    29 An der grafischenBedieneinheit kann der Anwender den automatischen Nullabgleich bei Bedarf manuell an- passen. Die Umschaltung – z. B. auf den Querneigungs- sensor oder auf den Ultraschallsensor (zum Planieren nach einer Boden-Referenz wie der Bordsteinkante) – erfolgen einfach an der Bedieneinheit. n Herzstück: Der Controller Das „Gehirn“ der Steuerung ist ein leistungsstarker 32-Bit-Controller von ifm. Er verfügt über bis zu 16 multifunktionale Eingänge und Ausgänge sowie 4 CAN-Schnittstellen. Herzstück der Steuerung ist ein moderner und schneller 32-Bit-Prozessor, der in ein kompaktes Metallgehäuse mit IP 67 integriert wurde. Seine Überwachungs- und Schutzfunktionen er- möglichen einen sicheren Betrieb, auch unter extremen Einsatzbedingungen. Die hohe Anzahl multifunktionaler Ein- und Ausgänge lassen sich mittels Applikationssoft- ware (IEC 61131-3 mit CODESYS) einfach und präzise auf die jeweiligen Einsatzfälle anpassen. Je nach Typ kön- nen die Eingänge als Digital-, Frequenz- oder Analogein- gang mit Diagnosefunktion oder als Eingang für die Widerstandsmessung konfiguriert werden. Die 4 CAN-Schnittstellen nach ISO 11898 unterstützen alle wichtigen Bus-Protokolle und unterschiedliche Über- tragungsraten wie auch den transparenten oder vorver- arbeitenden Datenaustausch. Die neuen Controller wurden speziell für den robusten Einsatz im Fahrzeug und für die mobile Automation entwickelt und können dabei zuverlässig komplexe und proportionale Funktio- nen ausführen. n Grafische Bedieneinheit Das Dialoggerät PDM360 NG lässt sich dank geschlos- senem Aluminiumdruckgussgehäuse mit Schutzart IP 67 sowohl im Außen- als auch im Kabinenbereich ein- setzen – wahlweise per Aufbau- oder Einbaumontage. Brilliante grafische Darstellungen verspricht das kratz- feste 7"-TFT-Farbdisplay mit einer Auflösung von 800 x 480 Pixeln und einer Farbtiefe von 18 Bit. Zur Bedienung verfügt das PDM360 NG über 9 hinterleuchtete Funk- tionstasten mit taktiler Rückmeldung. Darüber hinaus steht modellabhängig ein Drehgeber mit Druckfunktion oder eine Kreuzwippe zur Verfügung. Der leistungsstarke 32-Bit-Controller ist gemäß IEC 61131-3 mit CODESYS frei programmierbar. Neben 1 GB internem Speicher kann der Anwender externe Medien am integrierten USB 2.0 Port anschließen. 4 CAN-Schnittstellen nach ISO 11898 unterstützen jeweils das CANopen-, SAE J1939- oder ein freies Proto- koll. Zusammen mit einer 100-Mbit-Ethernet-Schnittstelle sowie mit dem Linux-Betriebssystem wird eine universelle Plattform für die weitere Vernetzung und Kommunika- tion mit anderen Fahrzeugkomponenten gebildet. Die Verbindung erfolgt über robuste und sichere M12- Steckanschlüsse. n Fazit Jahrelanges Applikations-Know-how, leistungsstarke Hardware, vor allem aber der Wille, gemeinsam etwas Spezielles zu schaffen, prägt die Entwicklung dieses Projekts. Wieder einmal setzt „Made in Germany“ mit Unterstützung von ifm im wahrsten Sinne des Wortes neue Maßstäbe. Dialogmonitor CR1084 von ifm zur Visualisierung und Dateneingabe. Herzstück der Anlage ist ein mobiltauglicher 32-Bit-Controller von ifm.
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    30 Applikationsbericht Gritzke –Baggertiefenkontrolle Die Firma Gritzke Lasertechnik aus Lemgo ist spezialisiert auf Baggertiefenkontrollsysteme. Zusammen mit der ifm- Unternehmensgruppe, einer der führenden Hersteller für mobiltaugliche Sensorik und Automatisierungslösungen, entstand eine innovative Lösung zur exakten relativen Höhenbestimmung der Löffelschneide beim Baggern. Präzise Neigungssensoren, ein kompakter BasicController sowie ein programmierbares Dialogdisplay bilden zu- sammen mit der eigens dafür entwickelten Software ein effizientes System und geben dem Baggerfahrer die ab- solute Kontrolle über seine Arbeitsaufgaben. Zuerst wird die Referenzhöhe mit dem Rotationslaser und dem Laserempfänger am Verstellausleger des Baggers nivelliert. Dann können die geplanten Höhen an jeder Stelle der Erdarbeiten bestimmt werden. Baggern mit System Einfach nachrüstbares Tiefenkontrollsystem für Hydraulikbagger Die Höhe der Baggerschaufelkante zentimetergenau im Blick – das ermöglicht das neue Baggertiefenkontrollsystem der Fa. Gritzke. Der Clou: Es kann problemlos an jeden Hydraulikbagger nachgerüstet werden, ohne in dessen Steuerung eingreifen zu müssen. Hochpräzise Neigungssensoren an den einzelnen Baggerarmen und der Schaufel machen´s möglich. Der BasicController hilft bei der Berechnung der Referenzhöhe.
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    31 n Exakte Neigungswinkel Sechsifm-Neigungssensoren vom Typ JN – verteilt über den Baggerausleger, im Oberwagen und am Schwenk- löffel – messen präzise die Neigungswinkel in x- und y-Richtung. Aus den Messergebnissen aller sechs Neigungssensoren und den bekannten Baggerarmlängen errechnet die intelligente Software über Dreiecksberechnungen zenti- metergenau die Höhenposition der Löffelschneide. Relevant ist besonders die Raumgerade zwischen linker und rechter Schaufelkante, die – mit dem Neigungssen- sor an der Schaufel – sowohl exakt ebene Flächen als auch beliebige Böschungswinkelungen bei Erdarbeiten möglich macht. Die Signalverarbeitung und die komplexen Berechnun- gen erfolgen im Dialoggerät, welches Display, Bedien- tasten und einen leistungsfähigen Controller beinhaltet. Das Display zeigt dem Baggerfahrer grafisch die Stellung der Baggerschaufel sowie die aktuelle Höhe der Schneide- kante an. Zudem signalisiert eine gut sichtbare Ampel im Blickfeld des Baggerführers, ob die gewünschte Tiefe erreicht ist. Das setzen von Höhenmarken, Böschungslehren sowie eine direkte Sichtverbindung sind nicht mehr erforder- lich. Auch Arbeiten bei Nacht oder bei Verdeckung sind dadurch möglich. Rolf Oschatz, Geschäftsführer bei Gritzke Lasertechnik „Das besondere an unserer Lösung ist, dass es durch ein- fache Parameteränderung problemlos an unterschied- liche Bagger verschiedener Hersteller adaptierbar ist.“ n Für den robusten Einsatz Weitere Vorteile des Systems: Die Sensoren im Außenbe- reich sind für ein breites Temperaturspektrum (-40 bis 85 °C) ausgelegt. Eine aktive Temperaturkompensation sorgt für exakte Messwerte des JN – unabhängig von der Umgebungstemperatur. Sie besitzen über den gesamten Messbereich von 0...360 Grad eine hohe Genauigkeit von 0,1 Grad, ohne lästiges Sprungverhalten. Der Anschluss erfolgt über vibrationssichere, abgedichtete M12-Steck- verbindungen. Das Dialoggerät mit Bedientasten und grafischem Display bietet dem Baggerführer jederzeit Übersicht über die wichtigsten Einstellungen. Per Tasten, Touch-Display und Drehregler kann er die relevanten Einstellungen, etwa die gewünschte relative Tiefe, komfortabel und eindeutig einstellen. Auch die Umstellung auf das zugrunde lie- gende Koordinatensystem (Lot- / Euler- / Kardanwinkel) ist per Tastendruck möglich. n Fazit Langjährige Erfahrung mit Baumaschinensteuerungen und Automatisierungs-Know-how aus erster Hand: Die Kunden profitieren von der hohen Qualität und Zuver- lässigkeit der einzigartigen Baggertiefenkontrolle. Kurzum: Wenn sich Kompetenzen ergänzen, kann „Erde“ auch richtig bewegt werden! Das ifm-Dialoggerät CR1082 dient zur Anzeige und Daten- eingabe, außerdem führt die integrierte SPS die Höhenberech- nung durch. Eine Ampel im Blickfeld des Baggerführers zeigt, ob sich die Schaufel zu hoch oder zu niedrig befindet. Je Baggerarm ermittelt ein Neigungssensor den exakten Winkel. Auch die Querneigung der Baggerschaufel wird in der Berech- nung berücksichtigt.
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    32 Applikationsbericht NOBA Verbandmittel DieFirma NOBA Verbandmittel aus Wetter an der Ruhr produziert weltweit unter- schiedlichste Verbandmittel für Kranken- häuser, Arztpraxen und Apotheken. Maximale Hygiene ist oberstes Gebot, wenn im Reinraum Verbandmittel für medizinische Anwendungen produziert, verpackt und sterilisiert werden. Um Bakterien und Pilzen das Leben unmöglich zu ma- chen, werden u.a. Umweltparameter wie Partikelanzahl in der Luft , Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit in engen Grenzen geregelt. Für die Umgebungstempera- tur im Reinraum beträgt der optimale Wert 21° C. Ist die Temperatur zu hoch wird diese mit Kältetechnik herun- tergekühlt. Damit die Energiekosten für die Klimatisierung niedrig bleiben, plant und baut das Unternehmen seine Produk- tionsanlagen so, dass die eingesetzten Komponenten möglichst wenig Wärme in den Reinraum abgeben. Dazu Michael Rohe, Technischer Leiter bei NOBA: „Es ist be- sonders wichtig, im Reinraum verlustarme Geräte einzu- setzen, da wir Verlustwärme, die wir im Reinraum erzeu- gen, sehr kostspielig wieder mit Kältemaschinen herun- ter kühlen müssen, um die Temperatur konstant zu halten. Des Weiteren ist es so, wenn wir im Schaltschrank verlustarme Geräte haben, dass wir größtenteils auf Schaltschrankkühlungen durch Ventilatoren verzichten können und somit keine Verwirbelungen mehr im Rein- raum durch Schaltschranklüfter oder ähnliches haben.“ n Hitze im Schaltschrank ist teuer! Im Schaltschrank der Anlagen sind die Netzteile die maß- geblichen Wärmeproduzenten. Herkömmliche elektroni- sche Schaltnetzteile arbeiten gegenüber den früher eingesetzten Trafonetzteilen schon sehr effizient. Doch erreichen sie nie den idealen Wirkungsgrad von 100 Pro- zent. Die Differenz vom tatsächlichen Wirkungsgrad zu den optimalen 100 Prozent wird in Wärmeenergie um- gesetzt, die den Schaltschrank aufheizt. In vielen Bereichen industrieller Anlagen mag die Wärme im Schaltschrank eine eher untergeordnete Rolle spielen. Bei definierten Reinraumbedingungen wie bei NOBA da- gegen kostet die Verlustwärme gleich doppelt: Zum einen Kühl, schlank und zuverlässig Effiziente, neue Netzteile im Schaltschrank
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    33 fallen hierfür Energiekostenan, zum anderen muss diese mit energieintensiven Klimageräten wieder teuer kom- pensiert werden. n Niedrige Temperatur = hohe Lebensdauer Deshalb setzt NOBA auf die neuen Netzteile von ifm. Diese zeichnen sich durch einen extrem hohen Wir- kungsgrad von bis zu 94 Prozent aus. Damit liegt dieser ein bis zwei Prozent über dem vergleichbarer moderner Schaltnetzteile anderer Hersteller. Das erscheint auf den ersten Blick nicht sonderlich viel. Doch Rechnungen zeigen, dass sich diese ein bis zwei Prozent übers Jahr gesehen zu merklichen Energiekosten addieren. Erst recht in dieser Applikation, wenn sich dazu noch die Kosten für die kompensierende Klimatisierung addieren. Diese Verlustleistung kann in der Praxis durchaus eine zu- sätzliche Temperaturerhöhung von 10 Grad im Schalt- schrank bewirken. Eine Temperaturdifferenz von 10 Grad bedeutet aber für einige elektronische Bauelemente, wie Elektrolytkondensatoren, eine Halbierung der Lebens- dauer. Oftmals ist die Maschinensteuerung direkt neben den Netzteilen montiert. Da wirkt sich der bessere Wir- kungsgrad ganz besonders auf die Lebensdauer der im Schaltschrank verbauten SPS aus. Kurzum: Je niedriger die Temperatur im Schaltschrank, desto höher ist die Lebens- dauer der Anlagensteuerung. n Die neuen ifm-Netzteile Im Jahr 2013 hat die ifm ihre Netzteilfamilie komplett er- neuert. Die neue Generation umfasst sowohl 24-V-DC- Schaltnetzteile mit Ausgangsströmen von 3,3 bis 20 A als auch AS-i Netzteile von 2,8 bis 8 A. All diesen Geräten gemeinsam sind die auf maximale Effizienz, Langlebig- keit und Leistungsstärke ausgelegten Bauteile und Schaltungen. Kernpunkt ist ein hocheffizientes Schal- tungsdesign, dass sich zusätzlich durch seine Kompakt- heit auszeichnet. So sind die ifm-Netzteile deutlich schmaler und benötigen weniger Platz im Schaltschrank als leistungsgleiche Geräte anderer Hersteller. Damit lei- stet ifm einen wichtigen Beitrag im Maschinenbau, der immer kleinere Schaltschränke verlangt. Man könnte meinen, diese Kompaktheit ginge auf Ko- sten der Bauteildimensionierung und einen reduzierten Funktionsumfang. Doch den Entwicklern ist das Gegen- teil gelungen: Die Bauteile sind so dimensioniert, dass die Netzteile dauerhaft in den Grenzbereichen der Spezifika- tionen betrieben werden können. Sie liefern über nahezu den gesamten Temperaturbereich die angegebene Nenn- leistung. Eine sonst übliche „Überdimensionierung“ der Netzteile mit Reserve für mehr Langlebigkeit ist bei ifm-Netzteilen deshalb nicht erforderlich. Das spart Platz und Kosten. Belegt wird dies durch einen herausragen- den MTBF-Wert von 0,89 bis 1,4 Millionen Stunden (je nach Variante), was einer „Lebensdauer“ von 100 bis 160 Jahren gleichkommt. Erst ab einer Umgebungstem- peratur von 60 °C ist ein geringes Derating (reduzierte Leistungsabgabe) zu beachten. n Starke Extras Durch jahrelanges Applikations-Know-how weiß ifm exakt, welche Anforderungen die Automatisierungs- technik an die Energieversorgung stellt. Deshalb wurden zahlreiche Extras integriert, die eine zuverlässige Funk- tion in allen Betriebsphasen gewährleisten. Anstelle einer Einschaltstrombegrenzung mit einem einfachen NTC-Widerstand werden bei den neuen Schalt- netzteilen der ifm die Kondensatoren mikroprozessor- gesteuert geladen. Dieser „sanfte“ Anlauf der Span- nungsversorgung sorgt dafür, dass die dem Netzeil vorgeschalteten Sicherungen nicht extra für einen erhöh- ten Anlaufstrom höher dimensioniert werden müssen. Das schafft zusätzliche Sicherheit auf der Primärseite des Netzteils. Zusätzliche Leistungsreserven auf der Sekundärseite sorgen dafür, dass das Netzteil noch genügend Strom abgibt, um im Falle eines Kurzschlusses die nachgeschalteten Lei- stungsschutzschalter zuverlässig auszulösen. Für nach- trägliche Erweiterungen der Anlage bieten die ifm-Netzteile noch eine zusätzliche Leistungsreserve von 20 Prozent. Kurzzeitige Spannungseinbrüche, zum Beispiel verursacht durch Schaltvorgänge im Versorgungsnetz, überbrücken die Netzteile für mehrere Millisekunden. n Fazit Was im Datenblatt oftmals kaum beachtet wird, hat be- deutende Auswirkungen auf Lebensdauer und Zuverläs- sigkeit der Anlage. NOBA hat die Vorteile der neuen ifm-Netzteile erkannt, spart somit Betriebskosten und schafft ein optimales Klima, um die hohen Produktan- forderungen sicher zu erfüllen. Echt cool: Dank hohem Wirkungsgrad heizt die neue Generation von Netzteilen der ifm den Schaltschrank nicht auf. Ein kleines, aber prak- tisches Detail: Alle 24-V-Schaltnetz- teile sind mit Doppel- klemmen ausgestattet. Das erleichtert die Verkabelung und schafft mehr Übersicht im Schaltschrank.
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    34 Applikationsbericht Romfil Die Reinigungvon Wasser wird zunehmend zu einem wichtigen Produktionsfaktor. Moderne Fluid-Sensorik sorgt dabei für effiziente und energiesparende Prozesse. Bis zu 300 Kubikmeter Wasser – das entspricht ungefähr dem Volumen einer 100 qm Wohnung – filtriert die Cross- flow-Filteranlage Aquacross W675 der Romfil GmbH pro Stunde. Aus vorgeklärtem, aber immer noch verunrei- nigten Wasser produziert sie Trinkwasser. Das Prinzip der Cross-Filtration ist besonders effizient: Schmutzwasser wird in einem Kreislauf durch dünne, po- röse Kapillarröhrchen gepresst. Nur reines Wasser kann diese Membran durchdringen. Das mit Schmutzpartikeln durchsetzte Wasser dagegen zirkuliert weiter, bis es nach und nach ebenfalls gereinigt ist. Hunderte solcher Kapillare sind in einem etwa 1,5 m hohen Filtermodul zusammengefasst. Das ergibt eine Fil- trationsfläche von 75 Quadratmetern. Je nach ge- wünschtem Durchsatz arbeiten mehrere Module parallel. Bei der gezeigten Anlage sind es zwei Reihen á 9 Mo- dule, was einer Filterfläche von 1.350 Quadratmetern entspricht. Damit lassen sich 300.000 Liter Schmutzwas- ser pro Stunde reinigen. Moderne Sensorik hilft dabei, verschiedene Prozesse der Anlage zu überwachen und sie in einem optimalen Bereich zu fahren. Nur so wird mit minimalem Energie- aufwand maximale Filterleistung erzielt. Romfil setzt bei der Anlage komplett auf Sensorik von ifm, die sich als besonders zuverlässig erwiesen hat. n Anströmung überwachen Damit die Filterkapillare ihren optimalen Wirkungsgrad erreichen sind exakte Druckwerte erforderlich, mit denen das Schmutzwasser durch die Filter zirkuliert. In der Anströmleitung zu den Filterelementen ist deshalb Sensoren für sauberes, klares Wasser Prozessüberwachung bei der Wasserfiltration
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    35 ein ifm-Drucksensor vomTyp PF2654 eingebaut. Der frontbündige Sensor ist für einen Messbereich von -0,5 bis 10 bar ausgelegt und bietet eine sehr hohe Genauig- keit von 0,6 Prozent. Die überlastfeste und driftfreie Keramikmesszelle sorgt zusammen mit dem O-Ring- freien Dichtungskonzept für einen wartungsfreien Lang- zeitbetrieb. Der Drucksensor besitzt zwei Schaltausgänge, wobei der zweite Ausgang auch als Analogausgang (4…20 mA oder 0…10 V) parametriert werden kann. Das alphanumerische LED-Display hilft bei der Parametrierung und dient zudem als Messwertanzeige vor Ort. Neben Druck wird auch die Systemtemperatur in der An- strömleitung überwacht. Der TA3437 ist ein universeller Temperaturtransmitter mit einem analogen Stromausgang von 4 bis 20 mA. Durch die Verwendung eines Pt-Sensorelements der Genauig- keitsklasse A und der werksinternen Kalibrierung wird eine hohe Genauigkeit erreicht. Die bewährte ifm-Film- technologie führt zudem zu einer exzellenten Ansprech- zeit von T05 = 1 s und T09 = 3 s. Das rundum geschlossene und geschweißte Gehäuse aus Edelstahl gewährleistet neben der Schutzart IP 69K eine hohe mechanische Stabilität. Das Gehäusedesign vermindert Schmutzablagerungen und ist rundherum zu reinigen. n Füllstand im Filter Am Fuß des ersten Filtermoduls ist ein ifm-Grenzstand- sensor LMT100 montiert. Er überwacht, ob sich auch tat- sächlich zu filtrierendes Wasser in den Filtern befindet. Das Besondere der Baureihe LMT ist die Unempfindlich- keit gegenüber Anhaftungen. Die PEEK-Spitze des Sen- sors weist eine extrem glatte Oberflächenbeschaffenheit von Ra < 0,8 μ auf. Schmutz und Medienrückstände bekommen kaum Möglichkeiten sich festzusetzen. Selbst bei Schaum oder viskosen Medien wird der Füllstand sicher erkannt. Die Inbetriebnahme ist einfach. Ein Me- dienabgleich kann entfallen, da der Sensor bereits werks- seitig voreingestellt ist. Die Füllstanderkennung erfolgt lageunabhängig. Dank seiner kompakten Sensorspitze lässt sich der LMT selbst in kleinen Rohrleitungen von DN25 integrieren. Aufgrund der hochwertigen Gehäusematerialien wie V4A Edelstahl (1.4404) und PEEK erfüllt der Sensor alle Anforderungen für den Hygienebereich. Dazu zählen auch ein gelasertes Typenschild sowie die hohe Schutzart IP 68 / IP 69K. Zufluss überwachen: Temperaturtransmitter und Drucksensor in der Anströmleitung. Füllstandkontrolle im Filtermodul: Selbst bei Anhaftungen oder Schaum überwacht der LMT100 zuverlässig den Grenzstand.
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    36 Applikationsbericht Romfil n Leerdrücken Gelegentlichmuss die gesamte Anlage entleert werden, z. B. vor oder nach Reinigungsgängen. Ein Drucktrans- mitter überwacht das sogenannte „Leerdrücken“ mittels Druckluft. Der PP7554 zeichnet sich durch eine hohe Gesamtge- nauigkeit von 0,5 %, ein kompakteres Edelstahlgehäuse und eine Schaltpunktgenauigkeit von 0,5 % aus. Die Druckaufnahme mittels keramisch-kapazitiver Messzelle sorgt für zuverlässige und langzeitstabile Messwerte. Dem Anwender stehen zwei Schaltausgänge oder je ein Schalt- und Diagnoseausgang zur Verfügung. Zudem ist der Sensor IO-Link-fähig. Das ermöglicht sowohl eine di- gitale Prozessdatenübertragung als auch eine Parame- trierung oder Diagnose von der Steuerung oder von einem PC aus. n Strömungsüberwachung der Anlagen- reinigungsmittel Für eine lange Standzeit der Filtermembran muss diese regelmäßig gereinigt werden. Das geschieht mit Hilfe ver- schiedener Reinigungsmittel, die exakt dosiert zugeführt werden. Während des automatischen Reinigungsvor- gangs überwacht ein ifm-Strömungssensor den Durch- fluss. Der SI5000 arbeitet nach dem kalorimetrischen Prinzip und kommt somit ohne mechanisch bewegte Teile aus. Das garantiert eine zuverlässige Überwachung auch bei schwierigen Medien über eine lange Zeit. Die Mikropro- zessortechnologie bietet dem Anwender einfache Bedie- nung. Strömungsabgleich und Schaltpunkteinstellung erfolgen einfach per Tastendruck. Ein mehrfarbiger LED- Bargraph zeigt Messwerte und Schaltpunkte an. Ver- schiedene, als Zubehör erhältliche Adapter sorgen für eine schnelle und sichere Prozessanbindung. n Pneumatik überwachen Sämtliche Ventile der Anlage sind pneumatisch betrie- ben. Der notwendige Systemdruck für die Ventilsteue- rung von 6 bar wird mit einem im Schaltschrank montierten ifm-Drucksensor PQ3834 überwacht. Die piezo-resistive Siliziummesszelle misst zwischen -1 und 10 bar. Sie ist unempfindlich gegen Flüssigkeiten (z. B. Kondenswasser) und Ablagerungen, welche sich im System befinden können. Weiterhin garantiert sie eine sehr hohe Genauigkeit. Die Anzeige kann frei wählbar in rot oder grün erfolgen. Ein Beispiel: Im Gut-Bereich wird der Messwert grün dar- gestellt, bei Über- oder Unterschreitung eines wählbaren Schaltpunkts dagegen rot. Das bietet eine optimale Über- sicht. Zwei programmierbare Schaltausgänge oder ein Schalt- und Diagnoseausgang bieten flexible Anpas- sungsmöglichkeiten. n Fazit Eine ganze Reihe von Prozessparametern sind bei der Wasserfiltration zu beachten. Hierfür bietet ifm das kom- plette Spektrum an Sensoren. Die präzisen wartungs- freien und langzeitstabilen Messwertaufnehmer erlauben einen effizienten und zuverlässigen Betrieb der Anlage. Deshalb setzt man beim Romfil seit Langem auf Sensorik von ifm. Ein Drucktransmitter überwacht das „Leerdrücken“ der Anlage mittels Druckluft Ein Strömungssensor kontrolliert hinter den Pumpen den Zufluss der Reinigungsflüssigkeiten.
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    Automatisierungstechnik spielt auchin landwirtschaftlichen Maschinen eine immer größere Rolle. Passende Sensoren und Steuerungen automatisieren dabei viele Funktionen, die Maschinenführer werden entlastet, Produktivität und Effizienz steigen. Ein typisches Beispiel ist die Schwadverfolgung für Schlepper bei der Getreide- oder Heuernte. Zum Einsatz kommt hier das 3D-Sensorsystem von ifm. Industrie und Landwirtschaft sind zusammen mit dem Dienstleistungssektor die tragenden Säulen einer moder- nen Volkswirtschaft. Seit der industriellen Revolution, bei der Maschinen die ursprünglich handwerklich geprägte Fertigung immer weiter rationalisierten, ist die industrielle Produktion durch weiteren technischen Fortschritt stets effizienter geworden. Heute ist das Thema „Industrie 4.0“ in aller Munde. Die Verwendung von Elektronik, Informationstechnologie und Kommunikation soll in der Produktion zu einer vierten industriellen Revolution führen. Die Entwicklung in der Landwirtschaft scheint Medien und Öffentlichkeit allgemein weniger zu interessieren. Aber auch hier gibt es bemerkenswerte Möglichkeiten durch den Einsatz von Elektronik und IT. Die Ziele unter- scheiden sich dabei nicht grundsätzlich von denen in der Industrie: Produktivität, Effizienz und Qualität sollen steigen. n Automatisierung in der Landwirtschaft In der Landwirtschaft besteht ein steter Kostendruck, der die Landwirte dazu zwingt, immer kostengünstiger zu produzieren. Auf der anderen Seite steigen die Quali- tätsanforderungen – und der Umweltschutz spielt eine immer größere Rolle. Die Vorgehensweise ist ähnlich wie in der industriellen Fertigung: Maschinen sollen immer mehr Aufgaben über- nehmen, möglichst ohne dass ein Bediener eingreifen muss. Die Produktivität erhöht sich, und die Personal- 38 Applikationsbericht Automatisierung in der Landwirtschaft – Schwadverfolgung 3D-Sensor am Schlepper Auf dem Weg zu Landwirtschaft 4.0 Wie ein Autobahn-Spurhalteassistent in modernen Autos sorgt die Automatisierungstechnik dafür, dass der Schlepper die Ballenpresse in der Spur hält – also exakt dem Schwad folgt.
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    39 kosten sinken. Auchdie Qualität der Landwirtschaft kann so steigen. Beispielsweise können intelligente Systeme den Düngemitteleinsatz optimieren, so dass in Abhän- gigkeit von der Bodenbeschaffenheit nur so viel Dünger verwendet wird, wie tatsächlich notwendig ist. Solche Anwendungen werden unter dem Begriff Precision Farming zusammengefasst. Die eingesetzten Systeme und Komponenten gleichen denen aus den industriellen Anwendungen. Sensoren spielen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle: Sie erfassen Mess- werte, die eine Steuerung weiterverarbeitet und in Befehle für die Aktoren umsetzt. Besonders wichtig hierbei ist, dass alle Komponenten und Systeme möglichst nahtlos miteinander kommunizieren. Diese Anforderung ist aus der industriellen Anwendung hinlänglich bekannt. Wichtige Unterschiede zu in- dustriellen Anwendungen gibt es aber auch. So müssen die eingesetzten Komponenten den rauen Umgebungs- bedingungen in landwirtschaftlichen Maschinen stand- halten. n Spur halten bei der Ernte Eine typische Anwendung findet sich bei der Ernte von Gras oder Getreide. Das gemähte Gras bzw. das Stroh, das bei der Getreideernte übrig bleibt, wird auf dem Feld zu einem Schwad in Reihen zusammengerecht. Auf diese Weise lässt sich das Material anschließend mit einer Ballenpresse weiterverarbeiten. Dazu muss die Ballen- presse mit dem Schlepper möglichst exakt und gleich- mäßig über den Schwad bewegt werden. Die Linienführung ist eine typische Aufgabe, die sich auto- matisieren lässt. Wie ein Autobahn-Spurhalteassistent in modernen Autos sorgt die Automatisierungstechnik dafür, dass der Schlepper die Ballenpresse in der Spur hält – also exakt dem Schwad folgt. Entscheidend ist in dieser Anwendung die Sensortechnik. Zum Einsatz kommt hierfür ein 3D-Sensorsystem von ifm. Dieses erzeugt mit der PMD-Technologie ein dreidimen- sionales Bild der Umgebung. n Time-of-Flight PMD-Technologie Herzstück des 3D-Sensorsystems von ifm ist ein Photo- nenmischdetektor (PMD), dessen Funktionsprinzip auf dem Lichtlaufzeitverfahren (Time-of-Flight) beruht. Eine modulierte Lichtquelle beleuchtet den Erfassungsbereich mit unsichtbaren Infrarotlicht. Der PMD-Sensor, der mit der Modulationsquelle gekoppelt ist, empfängt das reflektierte Licht und misst die Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal. Damit lässt sich die Laufzeit des Lichts und damit die Entfernung zum Objekt genau bestimmen. Der PMD-Sensor besitzt eine integrierte aktive Fremdlichtunterdrückung und arbeitet selbst bei voller Sonneneinstrahlung äußerst zu- verlässig. Mit einer Auflösung von 64 x 16 Pixel lassen sich die Ab- stände exakt bestimmen. Mit diesem 3D-Sensorsystem ergeben sich für Landmaschinen vollkommen neue Mög- lichkeiten zur Umfeld- und Objekterkennung. Im oben genannten Beispiel lässt sich eine sehr gute Schwad- verfolgung realisieren, bei der die Ballenpresse immer exakt über den Schwad gezogen wird. Gleichzeitig kann die Geschwindigkeit des Schleppers optimiert werden. Ballenpressen haben einen optimalen Arbeitsbereich für den Mengenstrom. Ist dieser bei geringer Geschwindig- keit zu klein, wird also zu wenig Material zugeführt, leidet die Produktivität im Termingeschäft. Bei zu hoher Geschwindigkeit wird die Ballenpresse überlastet und es kommt zu Verzögerungen bis hin zum Maschinen- stillstand. Um den Mengenstrom zu messen bestimmt das 3D-Sensorsystem die Größe des Schwads. Diese Information kann dann für eine Optimierung der Geschwindigkeit verwendet werden. Die kompakten und robusten Sensorsysteme lassen sich einfach am Schlepper montieren. Das 3D-Sensorsystem von ifm erfasst Objekte im Sichtfeld zuverlässig und schnell.
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    n Bildverarbeitung direktim Sensor Durch die große Anzahl von Pixeln und die hohe Messfrequenz von bis zu 50 Hz entsteht eine große Datenmenge. Um Anwendungen möglichst einfach im- plementieren zu können, verarbeitet das Sensorsystem die 3D-Daten bereits intern. Dazu sind zwei leistungs- fähige 32-Bit-Prozessoren direkt im Sensor integriert, die bereits einige leistungsfähige Funktionen zur Verfügung stellen. Dabei kommen hochentwickelte Algorithmen aus dem Automotive-Bereich zum Einsatz, die eine zuverläs- sige Objekterkennung von bis zu 20 Objekten gleich- zeitig ermöglicht. Auch einfache Aufgaben, wie die Distanzmessung oder Bereichsüberwachung sind bereits im Sensor implementiert. Dabei stehen typische Funktio- nen, wie minimaler, maximaler und durchschnittlicher Abstand, zur Verfügung. Die Kommunikation dieser vor- verarbeiteten Daten an eine übergeordnete Steuerung erfolgt über CANopen oder SAE J1939. Alternativ kann das Sensorsystem auch die kompletten 3D-Daten über- tragen. Dazu steht eine zusätzliche Schnittstelle für Fast Ethernet UDP zur Verfügung, die komplette Abstands- informationen für sämtliche Pixel bis zu 50 mal pro Sekunde überträgt. Die Steuerung kann diese Daten dann beliebig auswerten. Um das Sensorsystem zu para- metrieren, stellt ifm eine komfortable Software zu Verfü- gung. Über den sogenannten ifm Vision Assistant ist auch ein Live-Monitoring der 3D-Daten möglich. n Optimiert für mobile Maschinen Anwendungen in mobilen Maschinen stellen hohe Anforderungen an die verwendeten Komponenten. Sie müssen Umgebungseinflüssen, wie Vibrationen, Schocks, Staub und Temperaturschwankungen, widerstehen. Da das 3D-Sensorsystem keine beweglichen Teile hat, ist der Sensor gegenüber Schocks und Vibrationen beson- ders widerstandsfähig und praktisch verschleißfrei. Durch die hohe Schutzart IP67 und IP69K und den Umge- bungstemperaturbereich von -40 °C bis 85 °C ist das Sy- stem für den Einsatz an mobilen Arbeitsmaschinen besonders gut geeignet. Außerdem hat das System die für Fahrzeuge wichtige E1-Zulassung. Sowohl das Sen- sorsystem als auch die zugehörige Infrarotbeleuchtung sind sehr kompakt und lassen sich dadurch an fast jede landwirtschaftliche Maschine montieren. n Fazit In der Landwirtschaft und in anderen Bereichen, in denen mobile Maschinen verwendet werden, können mit dem 3D-Sensorsystem von ifm automatisierte Lösungen reali- siert werden. Neben der oben beschriebenen Schwad- verfolgung sind auch viele weitere Funktionen möglich. Statt dem subjektiven Gefühl des Maschinenführers sorgen zuverlässige Daten für eine optimale Steuerung der Maschine. Produktivität und Effizienz hängen damit weniger stark von der Routine und dem Know-how des Personals ab. Das in der modernen Landwirtschaft geforderte Precision Farming wird dadurch deutlich einfacher. 40 Applikationsbericht Automatisierung in der Landwirtschaft – Schwadverfolgung Ein Schlepper zieht die Ballenpresse über den Schwad. Mit dem 3D-Sensorsystem kann die Spurverfolgung automatisiert und die Geschwindigkeit optimiert werden.
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    TechnischeÄnderungenbehaltenwirunsohnevorherigeAnkündigungvor.·GedrucktinDeutschlandaufchlorfreigebleichtemPapier.03/16 Positionssensoren Sensoren für Motion Control Industrielle Bildverarbeitung Sicherheitstechnik Prozesssensoren Systemezur Zustandsüberwachung von Maschinen Industrielle Kommunikation Identifikationssysteme Systeme für mobile Arbeitsmaschinen Verbindungstechnik Übersicht ifm- Produktprogramm: Zubehör Über 70 Standorte weltweit – auf einen Blick unter Deutschland ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Nord 31135 Hildesheim Tel. 0 51 21 / 76 67-0 Fax 0 51 21 / 76 67 12 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Baden-Württ. 73230 Kirchheim Tel. 0 70 21 / 80 86-0 Fax 0 70 21 / 80 86 21 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung West 45128 Essen Tel. 02 01 / 3 64 75-0 Fax 02 01 / 34 13 25 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Bayern 82178 Puchheim Tel. 0 89 / 8 00 91-0 Fax 0 89 / 8 00 91 11 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Mitte-West 58511 Lüdenscheid Tel. 0 23 51 / 43 01-0 Fax 0 23 51 / 43 01 39 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Ost 07639 Tautenhain Tel. 03 66 01 / 7 71-0 Fax 03 66 01 / 7 71 14 ifm electronic gmbh Vertrieb Deutschland Niederlassung Süd-West 64646 Heppenheim Tel. 0 62 52 / 79 05-0 Fax 0 62 52 / 7 77 57 E-Mail info@ifm.com www.ifm.com Cert no. IMO-COC-027827 www.ifm.com ifm-Service-Telefon 0800 16 16 16 4 Kostenfrei direkt zu Ihrem ifm-Service-Center