Sensorik & Messtechnik Eine Brücke vom Sensor zum Tablet

Moderne Sensoren werden immer leistungsfähiger und sind mit immer mehr Zusatzfunktionen ausgestattet, die den Nutzen für den Anwender erhöhen sollen. Durch diese steigende Komplexität steigen auch die Ansprüche an Be­dien- und Anzeige-Konzepte. Gleichzeitig werden immer kompaktere Bauformen angestrebt, um die Integration in das Maschinenumfeld zu erleichtern. Zusätzlich besteht ein starker Kostendruck, so dass auf zusätzliche teure Bauteile verzichtet werden muss.

In vielen Einbausituationen sind gerätegebundene Bedien- und Anzeigen­elemente speziell bei laufender Maschine schwer zugänglich, können also nur schlecht abgelesen werden. Oft wird eine Anzeige oder ein Einstellelement auch nur temporär benötigt, zum Beispiel bei der Inbetriebnahme oder bei Umstellungen einer Anlage. Fest installierte Bildschirme, Panel-PCs oder ähnliches sind dafür zu teuer und beanspruchen permanent kostbaren Bauraum.

Daher bietet es sich an, handelsübliche mobile Endgeräte wie Smartphones und Tablets als Bedien- und Anzeigeeinheiten einzusetzen. Dazu sind in der Regel jedoch aufwendige Installationen oder Eingriffe in die Steuerungs-Software erforderlich. Mit dem Smartbridge-Konzept von Pepperl+Fuchs können ohne diesen Aufwand die Vorteile von Tablets und Smartphones bei Inbetriebnahme und Service von industriellen Sensoren genutzt werden. Die Datenübertragung zum Mobilgerät erfolgt dabei drahtlos um einen einfachen und schnellen Verbindungsaufbau zu ermöglichen und kostenintensive Verkabelung zu vermeiden.

Die Herausforderung besteht darin, eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren mit einem geeigneten drahtlosen Übertragungskanal auszurüsten, ohne zusätzlich Bauraum sowie Kosten für Steckverbinder und Verkabelung zu beanspruchen. Darüber hinaus darf die Arbeitsweise des Sensors durch den zusätzlichen Übertragungsweg nicht beeinflusst werden.

Drahtlos-Adapter

Für diese Aufgabe wurde ein Adapter entwickelt, der in die Sensor-Zuleitung eingesetzt und von dort auch mit Energie versorgt wird. In Richtung des Sensors arbeitet der Adapter mit dem IO-Link-Standard, die Verbindung zum Mobilgerät erfolgt über Bluetooth 4.0. Durch letzteres wird räumlich begrenzt eine verschlüsselte drahtlose Punkt-zu-Punkt-Verbindung aufgebaut, ohne dass diese Verbindung Teil eines Rechner-Netzwerkes ist. Sie kann nicht zum potentiellen Einfallstor für Computer-Viren werden.

IO-Link nutzt den am Sensor ohne­hin vorhandenen Prozessdaten-Anschluss, es ist kein zusätzlicher Steckverbinder nötig. Das bringt einen enormen Vorteil, da Anschlüsse von Sensoren in der Regel in IP67 ausgeführt werden müssen und somit auch mechanisch teuer in der Realisierung sind. Neben der IO-Link-Schnittstelle und dem Bluetooth-Modul beinhaltet der Smartbridge-Adapter auch eine Speicherkarte, um Sensordaten über längere Zeiträume hinweg aufzuzeichnen.

Smartbridge-App

Mit der Smart­bridge-App werden Smartphones und Tablet-PCs zu komfortablen Bedien- und Anzeigegeräten: Nach dem Starten zeigt die App in einer Übersicht alle in Reichweite befindlichen Sensoren. Beim Verbindungsaufbau wird eine passwort-basierte Authentifizierung durchgeführt, um unbefugtes Eingreifen zu verhindern. Danach werden auf sensor-spezifischen Bildschirm-Dialogen relevante Daten und dazugehörige Parameter übersichtlich angezeigt.

Der Aufbau der sensor-spezifischen Dialoge innerhalb der App wird über Beschreibungsdateien wie die von IO-Link-Sensoren bekannten IODDs gesteuert, wodurch die App für neue Sensor-Typen erweiterbar bleibt. In solchen Fällen müssen lediglich die Beschreibungsdateien ergänzt oder verändert werden, die App selbst bleibt unverändert.

Die Adapter können je nach Anwendungsfall zur temporären oder auch dauerhaften Nachrüstung in die Sensor-Zuleitung gesteckt werden. Aufgrund der minimalen Baugröße der Bluetooth-Komponenten ist es bei höherwertigen Geräten auch möglich, das Drahtlos-Modul mit entsprechender Ansteuerung in den Sensor selbst zu integrieren.

Zusätzliche Möglichkeiten erschließen sich, wenn das Mobilgerät über WLAN oder einen Telekommunikations-Standard wie GSM, UMTS oder LTE mit dem Internet verbunden wird. Denn auf diese Weise kann man alle im Internet angebotenen Dienste nutzen oder auf verschiedenste Server zugreifen, um zum Beispiel Zusatz-Informa­tio­nen vom Sensor-Hersteller zu erhalten, reale Sensor-Daten mit Simulationen abzugleichen oder Parametrierungen abzurufen oder abzulegen.

Insofern ermöglicht Smartbridge einen kleinen, aber wichtigen Schritt in Richtung der für Industrie-4.0-Szenarien erforderlichen horizontalen Kommunikation.