Zentrale Prozesse im IIoT-Umfeld betreffen das Erzeugen, Transportieren und Verarbeiten von Informationen. Basis für alle Informationen sind dabei intelligente Sensoren: In Echtzeit sammeln sie direkt vor Ort in Maschinen und Anlagen Statusinformationen, um ein virtuelles Abbild der physischen Welt zu schaffen. Zudem erheben sie eine große Menge an Sekundärdaten. So stellen smarte Optosensoren neben dem reinen Schaltsignal über IO-Link zusätzlich wertvolle Informationen zum Sensorstatus oder zu den aktuellen Umgebungsbedingungen zur Verfügung.

Bei Balluff beispielsweise gibt es einen ‚Allrounder‘, der mit Rotlicht arbeitet und die Wahl zwischen unterschiedlichen Sensormodi erlaubt: Hintergrund-ausblendung, energetischer Lichttaster, Reflexionslichtschranke oder Einweglichtschranke. Diese Sensorprinzipien werden in optoelektronischen Sensoren weltweit am häufigsten eingesetzt. In der Produktion bringt das zusätzliche Flexibilität, denn die Sensorprinzipien lassen sich jederzeit umschalten, auch im laufenden Betrieb. So können ganz unterschiedliche Objekte unter wechselnden Betriebsbedingungen zuverlässig detektiert werden. Zudem vereinfacht sich die Lagerhaltung, da der Sensor vier Sensorprinzipien in einem Gerät vereint. 
Auch ein Sensortausch ist bei derartigen Komponenten unkompliziert, da sich die Parametersätze jederzeit über IO-Link aktualisieren und aufspielen lassen. Intelligente Sensoren spielen hier mit IO-Link zusammen und nutzen die zentrale Datenhaltung, um Anwendern ein mühevolles manuelles Einstellen vor Ort zu ersparen. Die Funktionen sind über IO-Link konfigurierbar, sodass ein Remote Teach-In über die Steuerung ausgelöst werden kann. 

Der Multisensor ‚BOS 21M ADCAP‘ bietet die Wahl zwischen den vier Sensormodi: Hintergrundaus­blendung, energetischer Lichttaster, Reflexionslicht­schranke oder ­Einweglichtschranke.

© Balluff

Mit den von intelligenten Sensoren generierten Zusatzdaten lassen sich smarte Wartungskonzepte realisieren und damit die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöhen. So ist häufig ein Betriebsstundenzähler als wichtiges Hilfsmittel für eine vorausschauende Wartung integriert. Dank weiterer cleverer Diagnose-Informationen können zunehmende Verschmutzung, Sensor-Dejustage, Einstellungsfehler oder andere Unregelmäßigkeiten frühzeitig und zuverlässig erkannt werden. 

Diagnosehilfe Lichtremission

Vier Sensormodi und ein umfangreiches Funktionsportfolio kombiniert in nur einem Sensor.

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In vielen Anwendungen sind dabei die Werte der Lichtremission hilfreich – zum Beispiel dann, wenn die Umgebungs-bedingungen zwangsläufig zu einer erhöhten Sensorverschmutzung führen. Werden diese Werte über IO-Link als Rohdaten zur Verfügung gestellt, ermöglichen sie zum Beispiel Trend-analysen, um Wartungsinterwalle zu optimieren und an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. 

Ein anschauliches Beispiel liefert die Produktion von Autoreifen: Kommt der Transport der nach dem Vulkanisieren noch heißen Reifen wegen eines verschmutzten Sensors ins Stocken, rutschen die Reifen aufeinander, teurer Ausschuss ist die Folge. Gleichzeitig kommt es zu einem Produktionsstillstand, bis das Transportband geräumt ist. Schlimmstenfalls können zugesagte Liefermengen nicht eingehalten werden. Sensoren wie der ‚BOS 21M ADCAP‘ von Balluff, die eine entsprechende Diagnosemöglichkeit bieten, rechnen sich in einem solchen Fall daher schnell: Dank der Lichtremissionswerte kennt der Anlagenbetreiber den Verschmutzungsgrad jedes Sensors und kann eine ­Reinigung veranlassen, bevor es zu einem Produktions­stillstand kommt.

In gleicher Weise ermöglicht es der Lichtremissionswert, die Güte des Sensorsignals kontinuierlich zu überwachen. Immer wieder kommt es in den Anlagen durch Vibration oder andere äußere Einflüsse zu einer schleichenden Verstellung der mechanischen Ausrichtung. Langfristig führt dies dazu, dass die Signalqualität und damit auch die Zuverlässigkeit und Präzision der Objekterkennung abnimmt. Bisher gab es keine Möglichkeit, diese schleichende Verschlechterung zu erfassen und zu evaluieren. Sensoren mit einem voreingestellten Schwellenwert melden zwar, wenn die empfangene Lichtmenge zu gering wird, aber sie bieten nicht die Möglichkeit, aus den Rohdaten einen Trend abzuleiten und eine quantitative und qualitative Bewertung der Erkennungssicherheit durchzuführen. 

Überwachung der Sende-LED

Stefan Hornung ist Portfoliomanager bei Balluff in Neuhausen.

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Auch die Leistung der Sende-LED lässt sich direkt optisch überwachten. Dazu befindet sich im Inneren des Opto-sensors eine Monitordiode, die die Lichtmenge der Sende-LED unbeeinflusst von äußeren Einflüssen kontinuierlich erfasst. Die dadurch mögliche intelligente Bewertung der Sendeleistung lässt sich prozentual abfragen, wird aber auch durch eine dreistufige ‚Ampel‘ leicht verständlich und prägnant dargestellt. Dies vermeidet Fehlfunktionen und reduziert somit ebenfalls Maschinenstillstandzeiten. So lässt sich kritischen Betriebszuständen durch die zwangsläufige Alterung der LED rechtzeitig gegensteuern. 

In ähnlicher Weise werden die Sensor-Innentemperatur sowie die Versorgungsspannung als sogenannte ‚Stresslevel‘ überwacht. Beide Parameter erlauben solide Rückschlüsse über den Belastungszustand des Sensors und damit auch auf das Ausfallrisiko. Da die Detektionssignale schon im Sensor vorverarbeitet werden, trägt der intelligente Sensor zudem dazu bei, die übergeordnete Steuerung zu entlasten und gleichzeitig den Datenverkehr auf dem Feldbus zu ­reduzieren.