Vorteile von Sensoren mit analoger und digitaler Schnittstelle

Der schweizer Messtechnik-Hersteller Baumer Electric hat seine Drucksensoren der Baureihe PP20H und die Leitfähigkeitssensoren der Baureihe CombiLyz AFI neben der anlogen zusätzlich mit einer digitalen (IO-Link) Kommunikationsschnittstelle versehen. Dies ermöglicht Funktionen wie die einfache und schnelle Parametrierung der Sensoren – auch während des Betriebs. Weitere Vorteile sind: Es können zusätzliche Messdaten wie die gleichzeitige Ausgabe mehrerer Messdaten genutzt werden. Oder die nur so zugänglichen Diagnosedaten können nun an die Steuerung kommuniziert werden oder sie lassen sich bei Bedarf aus dem Speicher des Sensors auslesen. Neben der digitalen Schnittstelle haben diese Sensoren zusätzlich noch einen oder mehrere konventionelle analoge Ausgänge, wodurch sie dem Anwender eine größere Flexibilität bieten.

Mit ihren beiden Schnittstellen können diese Sensoren sowohl analog, digital oder über beide Kanäle gleichzeitig betrieben werden – sowohl in klassischen Steuerungstopologien als auch in einem digitalen IO-Link-Steuerungskonzept. Die analoge Schnittstelle ist in der Prozessautomation nach wie vor sinnvoll, wenn der Anwender den Sensor an eine bestehende Steuerung anschließen will. Dennoch können bei der Inbetriebnahme des Sensors die Vorteile von IO-Link wie die einfache und schnelle Parametrierung oder aber die Verfügbarkeit zusätzlicher Daten genutzt werden. Um den Prozess zu steuern kann parallel über einen 4 bis 20-mA-Analogausgang der Leitfähigkeits- oder Druckmesswert ausgelesen werden.

Mehr Messdaten und kombinierte Messdaten

Durch IO-Link werden wertvolle Zusatzdaten zugänglich gemacht: Prozessdaten, die dank IO-Link zur Verfügung stehen sind unter anderem der Temperaturwert des Sensors oder im Fall des Drucksensors PP20H die Prozesstemperatur. Daraus lassen sich interessante Schlüsse ziehen, zum Beispiel ob es in einem Behälter oder einem Rohr zu einem ungewöhnlichen Temperaturanstieg kommt. Dies ist auch die Basis für eine vorausschauende Wartung. Mit dem Drucksensor kann neben dem Prozessdruck auch der Umgebungsdruck bestimmt werden. So kann man den Sensor sowohl zur Absolut- als auch Relativdruckmessung einsetzen.

Der Leitfähigkeitssensor CombiLyz AFI gibt – zusätzlich zur Leitfähigkeit der Medien – auch Aufschluss über deren Konzentration. So lässt sich schlussfolgern, welches Medium sich in der Prozessvorrichtung befinden muss und in welcher Konzentration.

Mittels IO-Link können Sensoren über die Steuerung bidirektional miteinander kommunizieren, d.h. die Messwerte eines Sensors können von einem anderen Sensor genutzt werden, etwa um komplexe Messaufgaben zu erfüllen oder Prozesse und Produktionsabläufe zu optimieren. Wenn der Leitfähigkeitssensor beispielweise auf die Messwerte eines ebenfalls dort installierten Temperatursensors zugreifen kann, verkürzt sich die Sprungantwortzeit (Ansprechzeit) des Leitfähigkeitssensors oder kann auch vollständig umgangen werden. Denn üblicherweise dauert diese Verzögerung bis zu 15 Sekunden; das ist die Zeit, die der im Leitfähigkeitsensor verbaute Temperatursensor zur Temperaturkompensation benötigt.

Auch bei der druckbasierten Füllstandsmessung in geschlossenen Tanks kann durch die Kombination der Messwerte zweier Drucksensoren der Füllstand direkt über das DFON-Display angezeigt werden. Dazu werden die Werte des Drucksensors zur Kopfdruckmessung über IO-Link an den Sensor am Tankboden übermittelt, um dessen Nullpunkt anzupassen. Dies ermöglicht die Ermittlung des Drucks innerhalb des Tanks.

Induktive Abstandssensoren mit IO-Link

Baumer Electric hat induktive Sensoren mit IO-Link entwickelt, die besonders viele Messgrößen für die Zustandsüberwachung der Sensoren nutzen. Dadurch wird eine besonders hohe Prozesssicherheit erreicht. Die induktiven Sensoren erfassen neben der Sensortemperatur, Betriebsspannung und Betriebszeit auch die Anzahl der Boot-Zyklen, die Schaltfrequenz und die Distanzwertet. Beispielsweise kann aus der Anzahl der Boot-Zyklen das Alter des Sensors ermittelt werden. Diese Informationen sind über die IO-Link-Schnittstelle bei Bedarf einfach abrufbar und können in der Steuerung direkt digital weiterverarbeitet werden. Zudem verfügen die Sensoren über ein Gedächtnis beziehungsweise eine Histogramm-Funktion. Sie ermöglicht die Auswertung der Häufigkeitsverteilung der Prozess- und Diagnosedaten über einen relevanten Zeitraum. Diese Daten können die Grundlage für ein vorausschauendes Wartungskonzept sein oder auch eine Prozessanalyse, um die Anlageneffektivität zu optimieren. Durch die Histogramm-Funktion lassen aber auch Prozessfehler beziehungsweise unerwünschte Maschinenzustände oft schneller und besser analysieren; sind die Fehler verstanden, kann man an die Fehlerbeseitigung herangehen.

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