Smarte Sensoren in der Industrie 4.0

Autor: Roman Isheim, 28.03.2018, Thema: Smarte Sensoren

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Themen wie hoSmarte Sensorenrizontale und vertikale Integration sind besonders interessant für Unternehmen im Bereich industrielle Mess- und Regeltechnik, wenn es um Industrie 4.0 geht. Bei der horizontalen Integration geht es vor allem darum, die Kommunikation auf der Feldbus-Ebene zu verbessern. Das bedeutet, Sensoren müssen “smart” werden und bei weitem mehr können, als Messwerte zuverlässig erfassen und weitergeben. Eine in den Sensoren integrierte Elektronik vereinfacht nicht nur die Inbetriebnahme und Kalibrierung vor Ort, sondern sie ermöglicht es zudem, den kompletten Lebenszyklus eines Sensors aufzuzeichnen und auszuwerten. Für zukünftige Sensorentwicklungen kann genau diese Erfassung und der Abgleich all dieser Daten in einer industriellen Cloud eine wichtige Erkenntnis liefern.

 

Was sind Smarte Sensoren?

Smarte Sensoren bezeichnen einen Sensor, der neben der eigentlichen Messgrößenerfassung auch die komplette Signalaufbereitung und Signalverarbeitung in einem Gehäuse vereinigt. Diese komplexen Sensoren beinhalten meistens unter anderem einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller, wenn nötig auch zusätzlich mit DSP-Funktionalität und dergleichen mehr ausgestattet. Sie werden als “smart” bezeichnet, da sie sozusagen “Intelligenz” besitzen. Auf diese Art und Weise soll die komplette anspruchsvolle Aufgabe solcher Sensoren ohne einen externen Rechner erfüllt werden. Gründe dafür sind beispielsweise die Miniaturisierung, die Dezentralisierung, das Erhöhen der Zuverlässigkeit oder das Verbessern der Flexibilität.

 

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Warum sind Smarte Sensoren intelligent?

Smarte Sensoren in der IndustriePhysikalische Sensoren funktionieren immer nach dem gleichen Grundprinzip: Das eigentliche Sensorelement, in dem die physikalische oder chemische Messgröße aufgenommen wird, ist und bleibt ein analoges, den physikalischen Eigenschaften seines Messprinzips folgendes Stück Technik. Durch die Weiterverarbeitung und Verstärkung des analogen Signals in einer Elektronik entstehen schließlich verwertbare Messwerte. Intelligent sind die Smarten Sensoren nun noch nicht. Selbst, wenn die Umwandlung der physikalischen Signale in einer digitalen Elektronik erfolgt. Werden diese Sensoren jedoch an moderne, aber separate Messverstärker angeschlossen, so sind zusätzliche Funktionen realisierbar. Einige Funktionen wären beispielsweise die Verarbeitung mehrere Sensoren, die Überwachung der Plausibilität, die Generierung von Fehlermeldungen oder die Datenübermittlung in eine Cloud.

 

Mehr Sicherheit durch Smarte Sensoren

Der Einsatz intelligenter Komponenten ist heutzutage unerlässlich. Bei der Anwendung von Smarten Sensoren entsteht sowohl für den Menschen als auch für die Maschinen mehr Sicherheit. Ein Beispiel hierfür liefern Hochleistungsmaschinen für den untertägigen Bergbau. Diese sind teilweise Extrembedingungen ausgesetzt. Die Maschinen bewegen sich tief unter Tage. Dementsprechend hoch sind auch die Ansprüche an Sensoren und Kameras. Diese müssen äußerst widerstandsfähig sein. Daher werden Walzenlader mit vernetzten, extrem robusten und Infrarotkameras ausgestattet. Auch Smarte Sensoren gehören zur Ausstattung. Der Maschinenbediener kann nun den Rohstoffabbau aus einer sicheren Entfernung steuern und überwachen. Smarte Sensoren übernehmen dabei das “Sehen”, “Fühlen” und “Hören”. Kollisionen lassen sich dann der Radarsensoren vermeiden. Durch die Smarten Sensoren können Veränderungen der Gesteinsschichten angezeigt werden, durch die sich die Maschine gerade gräbt.

 

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Smarte Sensoren | Ältere Maschinen für Industrie 4.0 fit machen

Smarte Sensoren im BergbauIn neuen Maschinen und Anlagen sind jede Menge intelligenter Komponenten verbaut, unter anderem auch Smarte Sensoren. Allerdings gibt es noch viele Maschinen im Einsatz, deren Anschaffung teuer war und die noch mehrere Jahre einsatzfähig sind. Diese Maschinen müssten weiterentwickelt und mit Smarten Sensoren nachgerüstet werden. Denn ansonsten entspricht die technische Ausstattung nicht dem, war für Industrie 4.0 nötig wäre. Es geht um neue Software, neue Automatisierungskomponenten und auch um neue Aktoren und Antriebe. Dies alles lässt sich nur nach und nach lösen. Denn es ist nicht möglich schnell mal einen funktionierenden Maschinenpark auszutauschen.

Auch aus vorhandenen Sensordaten lässt sich einiges herausholen. BMW beispielsweise experimentiert im Karosseriebau. “Einer der Schwerpunkte im Digitalisierungsfeld Smart Data Analytics der BMW Group ist die prädiktive Instandhaltung. Eine Vielzahl von Sensoren hilft uns, die Verfügbarkeit vieler Anlagen zu optimieren und Regelkreise zu verkürzen” erklärt Matthias Schindler, ein Smart Data Spezialist von BMW. Erst das günstige Preis-Leistungs-Verhältnis dieser Sensoren ermöglicht den großflächigen Einsatz von Sensoren zur Überwachung von Förderanlagen und Werkzeugen.

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