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Nachgefragt: Lassen sich mit smarten Sensoren Kosten und Schnittstellen reduzieren? Komplexität reduzieren

Pepperl+Fuchs SE Turck – Hans Turck GmbH & Co. KG
Senken smarte Sensoren Kosten und Fehlerquellen? Wir haben uns umgehört.

Senken smarte Sensoren Kosten und Fehlerquellen? Wir haben uns umgehört.

Bild: iStock, DrAfter123
04.05.2020

Wer bin ich, was mache ich und wie geht es mir? Smarte Sensoren können mehr als nur digitale Signale von sich geben – beispielsweise weitere Sensoren integrieren und umfangreiche Zustandsinformationen liefern. Reduzieren also smarte Sensoren die Anzahl der notwendigen Sensoren und Schnittstellen und sinken so die Kosten und potenzielle Fehlerquellen?

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  • Dr. Robert Diemer, Technischer Direktor, ASC: Im Internet of Things werden immer mehr Geräte untereinander kommunizieren und als autonome Komponenten agieren. Seitens der Sensoren fallen sehr große Datenmengen an, die wegen der beschränkten Speicher- und -übertragungskapazität lokal verarbeitet werden. Dies wird unter den Begriffen Smart Sensors und Edge Computing zusammen gefasst. Durch standardisierte Schnittstellen wird es einfacher, Sensoren mit komplexer Auswertung zu integrieren und dadurch Kosten und Fehlerquellen zu minimieren. Sensoren werden sich selbst überwachen und Zustandsinformationen weitergeben. Zuverlässige ASC-Sensordaten sind die Grundlage für qualitative hochwertige Vorhersagen, wie sie für innovative Anwendungen wie zum Beispiel Predictive Maintenance notwendig sind.

    Dr. Robert Diemer, Technischer Direktor, ASC: Im Internet of Things werden immer mehr Geräte untereinander kommunizieren und als autonome Komponenten agieren. Seitens der Sensoren fallen sehr große Datenmengen an, die wegen der beschränkten Speicher- und -übertragungskapazität lokal verarbeitet werden. Dies wird unter den Begriffen Smart Sensors und Edge Computing zusammen gefasst. Durch standardisierte Schnittstellen wird es einfacher, Sensoren mit komplexer Auswertung zu integrieren und dadurch Kosten und Fehlerquellen zu minimieren. Sensoren werden sich selbst überwachen und Zustandsinformationen weitergeben. Zuverlässige ASC-Sensordaten sind die Grundlage für qualitative hochwertige Vorhersagen, wie sie für innovative Anwendungen wie zum Beispiel Predictive Maintenance notwendig sind.

    Bild: ASC

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

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

    Bild: Baumer

  • Fabian Ehing, Sensor Sales Specialist, Gefran Deutschland: „Mein Name ist ILK1 mit der Identifizierung 20191004 und ich spreche die Sprache IO-Link. Meine Eigenschaften und Merkmale finden sich in meiner IODD-Vita. Hauptberuflich erfasse ich zeitgleich die Messgrößen Druck und Temperatur, zähle und speichere Spitzen, übermittle diese an meinen Master und sichere somit den einwandfreien Betrieb des Kunststoffextruders…“ Durch intelligente Sensoren, die verschiedene Messgrößen erfassen und ausgeben, lassen sich ganz klar die Anzahl der notwendigen Sensoren und somit Schnittstellen reduzieren. Mit steigenden Prozessparametern und deren Prüfung kann eine gleichbleibende Qualität gewährleistet und die Arbeitssicherheit sogar nach PLd- oder SIL2-Anforderungen verbessert werden. Bei Gefran gestattet das IO-Link-Protokoll die Selbstdiagnostik der Schmelzedrucksensoren zur vorbeugenden Wartung sowie Vermeidung von Maschinenstillständen und daraus resultierenden Kosten.

    Fabian Ehing, Sensor Sales Specialist, Gefran Deutschland: „Mein Name ist ILK1 mit der Identifizierung 20191004 und ich spreche die Sprache IO-Link. Meine Eigenschaften und Merkmale finden sich in meiner IODD-Vita. Hauptberuflich erfasse ich zeitgleich die Messgrößen Druck und Temperatur, zähle und speichere Spitzen, übermittle diese an meinen Master und sichere somit den einwandfreien Betrieb des Kunststoffextruders…“ Durch intelligente Sensoren, die verschiedene Messgrößen erfassen und ausgeben, lassen sich ganz klar die Anzahl der notwendigen Sensoren und somit Schnittstellen reduzieren. Mit steigenden Prozessparametern und deren Prüfung kann eine gleichbleibende Qualität gewährleistet und die Arbeitssicherheit sogar nach PLd- oder SIL2-Anforderungen verbessert werden. Bei Gefran gestattet das IO-Link-Protokoll die Selbstdiagnostik der Schmelzedrucksensoren zur vorbeugenden Wartung sowie Vermeidung von Maschinenstillständen und daraus resultierenden Kosten.

    Bild: Gefran

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

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

    Bild: IFM

  • Christian Fiebach, Geschäftsführer, IPF Electronic: Smarte Sensoren sind oftmals ein echter Gewinn. Sie identifizieren sich automatisch, liefern alle erforderlichen Messwerte oder Signale und geben überdies Auskunft über ihren aktuellen Zustand. Die Sensoren integrieren somit mehrere Funktionen in einer Lösung und können überdies, falls immer erforderlich, gleich mehrere Aufgaben übernehmen, indem zum Beispiel ein Näherungsschalter noch zusätzliche Temperaturinformationen liefert. Durch die bereitgestellten Zusatzinformationen reduziert sich die Geräteanzahl und auch die Anzahl der auszuwertenden Schnittstellen. Die Kosten und auch potenzielle Fehlerquellen sinken. Allerdings wächst auch die Komplexität hinsichtlich der Auswertung der Daten. Anwender müssen daher entscheiden, was sie wollen und wie sie die Daten nutzen.

    Christian Fiebach, Geschäftsführer, IPF Electronic: Smarte Sensoren sind oftmals ein echter Gewinn. Sie identifizieren sich automatisch, liefern alle erforderlichen Messwerte oder Signale und geben überdies Auskunft über ihren aktuellen Zustand. Die Sensoren integrieren somit mehrere Funktionen in einer Lösung und können überdies, falls immer erforderlich, gleich mehrere Aufgaben übernehmen, indem zum Beispiel ein Näherungsschalter noch zusätzliche Temperaturinformationen liefert. Durch die bereitgestellten Zusatzinformationen reduziert sich die Geräteanzahl und auch die Anzahl der auszuwertenden Schnittstellen. Die Kosten und auch potenzielle Fehlerquellen sinken. Allerdings wächst auch die Komplexität hinsichtlich der Auswertung der Daten. Anwender müssen daher entscheiden, was sie wollen und wie sie die Daten nutzen.

    Bild: Ipf electronic

  • Stefan Sester, Leiter technischer Vertrieb, Novotechnik: Die Sensorik durchläuft eine ähnliche Entwicklung wie das Mobiltelefon. Smarte Weg- und Winkelsensoren können mehr Funktionen übernehmen als die reine Positionserfassung. Über intelligente Schnittstellen liefern sie weitere Umgebungsdaten wie Temperatur, Geschwindigkeit oder Vibration, zum Beispiel um Prozessabweichungen zu erkennen und Wartungsmaßnahmen zu planen. Die Temperaturerfassung beispielsweise ist für aktuelle Sensoren kein Problem. Die Adressierung über die Schnittstelle sowie die Parametriermöglichkeit von unter anderem Kennlinien, Bewegungsrichtung und dynamischen Eigenschaften erweitert zudem den Einsatzbereich eines Sensors. Der Aufwand für Lagerhaltung und Service sinkt.

    Stefan Sester, Leiter technischer Vertrieb, Novotechnik: Die Sensorik durchläuft eine ähnliche Entwicklung wie das Mobiltelefon. Smarte Weg- und Winkelsensoren können mehr Funktionen übernehmen als die reine Positionserfassung. Über intelligente Schnittstellen liefern sie weitere Umgebungsdaten wie Temperatur, Geschwindigkeit oder Vibration, zum Beispiel um Prozessabweichungen zu erkennen und Wartungsmaßnahmen zu planen. Die Temperaturerfassung beispielsweise ist für aktuelle Sensoren kein Problem. Die Adressierung über die Schnittstelle sowie die Parametriermöglichkeit von unter anderem Kennlinien, Bewegungsrichtung und dynamischen Eigenschaften erweitert zudem den Einsatzbereich eines Sensors. Der Aufwand für Lagerhaltung und Service sinkt.

    Bild: Novotechnik

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

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

    Bild: Pepperl+Fuchs

  • Martin Bellingkrodt, Product Manager Sensors, Pilz: Ja, wenn sie über eine clevere Einkabellösung miteinander vernetzt sind, die die Grenzen der Reihenschaltung erweitert: Mit der Einkabellösung lassen sich Sicherheitssensoren innovativ in Reihe schalten und es ist möglich, Daten vom Sensor direkt auszuwerten. Alle Sensoren können über ein Feldbusmodul unseres Diagnosesystems Safety Device Diagnostics zentral verwaltet werden, was die Überwachung mehrerer Sicherheitsgeräte deutlich erleichtert. Zugleich erhöht sich so auch wesentlich die Verfügbarkeit. Der modulare Ansatz ist aber auch für die Fabrik der Zukunft eine adäquate Diagnoselösung: Da sich mit der Lösung vielfältige Diagnosedaten vor Ort oder aus der Ferne erfassen lassen, kann sie auch Manipulationsversuche überwachen sowie für die vorausschauende Wartung eingesetzt werden.

    Martin Bellingkrodt, Product Manager Sensors, Pilz: Ja, wenn sie über eine clevere Einkabellösung miteinander vernetzt sind, die die Grenzen der Reihenschaltung erweitert: Mit der Einkabellösung lassen sich Sicherheitssensoren innovativ in Reihe schalten und es ist möglich, Daten vom Sensor direkt auszuwerten. Alle Sensoren können über ein Feldbusmodul unseres Diagnosesystems Safety Device Diagnostics zentral verwaltet werden, was die Überwachung mehrerer Sicherheitsgeräte deutlich erleichtert. Zugleich erhöht sich so auch wesentlich die Verfügbarkeit. Der modulare Ansatz ist aber auch für die Fabrik der Zukunft eine adäquate Diagnoselösung: Da sich mit der Lösung vielfältige Diagnosedaten vor Ort oder aus der Ferne erfassen lassen, kann sie auch Manipulationsversuche überwachen sowie für die vorausschauende Wartung eingesetzt werden.

    Bild: Pilz

  • Sebastian Schröer, Leiter Produktmanagement Sensorik, Sensopart: Mit dem flächendeckenden und standardisierten Einzug von IO-Link in mitunter einfache I/O-Sensorik und der damit verbundenen bilateralen Kommunikation ist der Begriff „smart“ heutzutage in aller Munde: „Smart Sensors“, „Smart PNG“ oder „Smart Functions“, um nur einige dieser Begriffe aus dem Umfeld der industriellen optischen Sensorik zu nennen. Immer mehr Funktionen, die in der Vergangenheit von der Steuerung oder zusätzlichen Komponenten übernommen wurden, wandern heute in einen Sensor und führen so sicherlich auch heute schon sowohl zu einer gewissen Reduktion der notwendigen Sensorik als auch der Kosten des Gesamtsystems. Die Korrespondenz mit dem Markt zeigt uns allerdings, dass es sich hierbei um einen stetig aber langsam voranschreitenden Wandlungsprozess handelt, dessen Ende noch nicht absehbar ist und dessen Möglichkeiten sicher auch lange noch nicht ausgeschöpft sind. Wir bei SensoPart arbeiten täglich daran gewinnbringende Intelligenz in unsere Sensoren zu implementieren, um unseren Kunden so den größtmöglichen Nutzen bieten zu können. Und ich kann Ihnen sagen, dass einige unserer Ideen tatsächlich „smart“ sind – bleiben Sie neugierig…

    Sebastian Schröer, Leiter Produktmanagement Sensorik, Sensopart: Mit dem flächendeckenden und standardisierten Einzug von IO-Link in mitunter einfache I/O-Sensorik und der damit verbundenen bilateralen Kommunikation ist der Begriff „smart“ heutzutage in aller Munde: „Smart Sensors“, „Smart PNG“ oder „Smart Functions“, um nur einige dieser Begriffe aus dem Umfeld der industriellen optischen Sensorik zu nennen. Immer mehr Funktionen, die in der Vergangenheit von der Steuerung oder zusätzlichen Komponenten übernommen wurden, wandern heute in einen Sensor und führen so sicherlich auch heute schon sowohl zu einer gewissen Reduktion der notwendigen Sensorik als auch der Kosten des Gesamtsystems. Die Korrespondenz mit dem Markt zeigt uns allerdings, dass es sich hierbei um einen stetig aber langsam voranschreitenden Wandlungsprozess handelt, dessen Ende noch nicht absehbar ist und dessen Möglichkeiten sicher auch lange noch nicht ausgeschöpft sind. Wir bei SensoPart arbeiten täglich daran gewinnbringende Intelligenz in unsere Sensoren zu implementieren, um unseren Kunden so den größtmöglichen Nutzen bieten zu können. Und ich kann Ihnen sagen, dass einige unserer Ideen tatsächlich „smart“ sind – bleiben Sie neugierig…

    Bild: Sensopart

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

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

    Bild: Turck

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