‚Alleskönner‘ mit IO-Link

Kurz zusammengefasst, was kann die Reihe DW5x?

Die Gerätereihe deckt einen Druckbereich von -1 bis +600 bar ab. Die Sensoren mit digitaler Volledelstahlmesszelle und integriertem Prozessor liefern nicht nur den Druck, sondern auf Wunsch zum Beispiel einen relativen Temperaturwert des jeweils zu überwachenden Mediums. Es gibt die Sensoren in drei verschiedenen Messzellen-Varianten. Eingestellt beziehungsweise parametriert werden die Drucksensoren über drei im Gehäuse integrierte Tasten und die Klartext-Menüführung im Display. Alternativ hierzu sind die Sensoren über IO-Link parametrierbar. Ein integriertes TFT-Farbdisplay ermöglicht die intuitive Bedienung der Sensoren.

Was bringt die digitale Volledelstahlmesszelle ohne interne Dichtungen?

Durch die innerhalb der Messzelle trocken verschweißte Edelstahlmembrane entfallen Elastomerdichtungen oder Klebestellen innerhalb des Messzellenaufbaus, wodurch mögliche Leckagen und eine vorzeitige Alterung reduziert werden. Alle medienberührenden Teile bestehen aus rostfreiem Stahl, womit wir eine hohe Korrosionsbeständigkeit beziehungsweise Medienverträglichkeit und eine hohe Belastbarkeit gegenüber Kältemitteln, Ölen und ähnlichem erreichen.
Für die digitale Signalverarbeitung sind vier Dünnschicht-Widerstände als Brücke verdrahtet. Das Messbrückensignal wird über einen in die Messzelle integrierten Controller verarbeitet. Dieser stellt die Messdaten temperaturkompensiert über einen I²C-Bus dem nachgelagerten Mikrocontroller auf der Hauptleiterplatte zur Verfügung.
Die spezielle Bauweise führt zu einer Reihe an Vorteilen: Zum Beispiel reduziert die atomare Verbindung der Dünnschicht mit der Membran gegenüber geklebten DMS die Alterung und den Drift. Das Verfahren der trocken verschweißten Membran eliminiert weiche Dichtungen, wodurch eine bessere Langzeitdichtigkeit erreicht wird, die potenziell negativen Einflüssen wie Feuchtigkeit oder Kontamination entgegenwirkt. Die verwendeten Werkstoffe wie Edelstahl und das direkte Verschweißen erlauben es außerdem, die Sensoren selbst in aggressiven Umgebungen und bei wechselnden Temperaturen einzusetzen, ohne dass das Material altert.

Welche Art von Zustands- oder Prozessdaten können über IO-Link ausgelesen werden?

Es kann eine Vielzahl an Zustands- und Prozessdaten übertragen werden: sämtliche Einstellparameter, der aktuelle Messwert für Druck und Temperatur, der Zustand jeweils für Ausgang 1 und Ausgang 2, der Maximal- und Minimalwert für Druck und Temperatur, die Überdruckdauer, die Schaltzyklen für Ausgang 1 sowie die Betriebsstunden und der Gerätestatus.

In diesem Zusammenhang lässt sich ein Condition Monitoring zum Beispiel über die gemessene Temperatur unterstützen, sodass etwa in Kühlkreisläufen nicht nur der Systemdruck, sondern auch die Kühlleistung überwacht werden könnte. Die Temperatur eines Mediums ermöglicht aber auch in anderen Anwendungen Rückschlüsse auf den Prozessstatus.

Für den Bereich Predictive Maintenance liefern zum Beispiel der Maximaldruck und gegebenenfalls die Dauer eines Überdrucks wichtige Informationen, weil hierdurch beispielsweise anhand eines langsam ansteigenden Maximaldrucks Veränderungen in hydraulischen Systemen erkannt werden.

Der zweite Ausgang lässt sich als Schalt-, Analog- oder Alarmausgang konfigurieren. Wie wird diese Funktionsumschaltung technisch realisiert?

Die umschaltbare Spannungs-/Strom-Schnittstelle des Controllers sowie das Schaltausgangs-IC für den Ausgang sind miteinander auf den Ausgang 2 verschaltet. Intern wird vor der Umschaltung der Ausgangsfunktion immer dafür gesorgt, dass sowohl die Schnittstelle als auch das Ausgangs-IC deaktiviert sind, bevor der Ausgang der jeweiligen Funktion aktiviert wird. Zusätzlich wurde noch eine TVS-Schutzdiode am Ausgang 2 platziert, die auch elektrische Störungen mit größerer Energie, bis zu 200 W Impulsleistung, effektiv gegen GND ableiten kann. Diese Art von Schutzelement hat auch der Ausgang 1.

Wie ist die Displaysteuerung technisch aufgebaut, insbesondere im Hinblick auf die Synchronisation zwischen lokaler Bedienung und Parametrierung über IO-Link?

Das Display wird vom Mikrocontroller per SPI angesteuert. Es dient also der reinen Visualisierung. Sollen neue Inhalte angezeigt werden, sendet der Mikrocontroller diese zum Display, das nicht mit dem Mikrocontroller kommuniziert.
Werden die Bedientasten betätigt, registriert der Mikrocontroller dies und sendet aus den resultierenden Routinen die korrekten Inhalte zum Display. Dies geschieht in nur 10 ms, also für die menschliche Wahrnehmung sofort.

Bei aktiver IO-Link-Kommunikation werden die Bedientasten indes während eines laufenden IO-Link-Transfers nicht ausgelesen, sodass eine lokale Bedienung nicht möglich ist. Das ist erforderlich, weil ansonsten unzulässige Parameteränderungen vorgenommen werden könnten. Ist IO-Link hingegen im sogenannten ‚Idle‘ beziehungsweise Leerlauf, können Parameter auch über die lokale Bedienung geändert werden, wie es etwa eine Teach-In Funktion ermöglichen würde.

Eine Herausforderung bei der ‚Echtzeitdarstellung‘ der Prozesswerte war, einen akzeptablen Aktualisierungsintervall für die Prozesswerte auf dem Display auszuwählen, ohne die Gerätefunktion einzuschränken. 250 ms erwiesen sich hier als geeignet, also vier Wert-Aktualisierungen pro Sekunde. Außerdem musste berücksichtigt werden, dass bei Werteänderungen, die entweder zu einer weiteren oder aber wegfallenden Anzeigenstelle führten, keine Artefakte zurückblieben. In der Menünavigation hingegen ist die Aktualisierungszeit so schnell, wie es hardwareseitig möglich ist.

ipf electronic auf der SPS 2025: Halle 7A Stand 131