Smart Sensors
Optische Sensorsysteme sind die Augen der Automatisierungstechnik und werden bisher für spezifische, klar definierte Aufgaben genutzt – zum Beispiel als Lichtschranken oder als Barcode-Reader. Eine Steuereinheit wertet die Daten aus und gibt entsprechende Anweisungen an einen Aktuator, der die Befehle zum Beispiel in Bewegung umsetzt: Die Türe öffnet sich, wenn die Lichtschranke unterbrochen wird. Unabhängig von ihrer eigentlichen Aufgabe stellen die Sensoren aber noch zahlreiche weitere Informationen zur Verfügung, die bisher ungenutzt blieben. Mit der Industrie 4.0 soll sich das ändern.
Smart Sensors
wertvolle Zusatzinformationen
In der Vergangenheit waren Sensor, Steuereinheit und Aktuator meist über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen direkt untereinander verknüpft. Nach dem Vorbild von IT-Strukturen verwendet die Industrie heute fast überall hierarchische Netze.
Zwischen den Ebenen der Automatisierungspyramide (Bild) kommunizieren die einzelnen Komponenten nach dem sogenannten „Master-Slave-Modell“: Sensoren oder Aktuatoren der Feldebene kommunizieren ausschließlich mit der übergeordneten Steuerung; die Maschinensteuerung tauscht ihre Daten mit der Produktionsplanung aus und diese wiederum mit dem Firmen-ERP.
Für Industrie 4.0 ist dieser Aufbau allerdings nicht geeignet, denn die Systemübergänge zwischen den Netzebenen, bei denen üblicherweise Daten gefiltert werden, stellen eine Hürde dar. Um diese zu überwinden, werden meist kostspielige Gateways oder Protokollkonverter eingesetzt, die den Datenfluss bremsen. Zudem ist es ja ein entscheidendes Merkmal der Industrie 4.0, dass alle Daten ungefiltert verfügbar sein sollen.
Daten-Cloud
Bevorzugte Datenspeicherung von Sensorherstellern
Industrie 4.0 überwindet die Hierarchien und Systemgrenzen der Automatisierungspyramide. Daten werden in der Cloud abgelegt. Dort können sie von jedem Gerät „abgeholt“ werden, das sie gerade benötigt. Die Cloud-Kapazitäten sind skalierbar und erlauben es, eine Vielzahl von Daten aufzunehmen – auch die, von denen man heute im Zweifel noch gar nicht weiß, ob und welche Erkenntnisse daraus konkret gezogen werden. Ziel von Sensorherstellern wie Leuze electronic ist es daher, die Daten unterschiedlichster Quellen aufzunehmen, zu sammeln und verfügbar zu machen. In einem weiteren Schritt folgt dann die Vernetzung der Quellen und erst zum Schluss entstehen daraus gegebenenfalls neue Geschäftsmodelle. „Bildlich gesprochen, bauen wir momentan eine Autobahn, auf der dann später Güter transportiert, und an welche wiederum Business Cases angehängt werden können. Im Moment weiß noch niemand so ganz genau, wohin uns diese Autobahn führen wird,“ sagt Ulrich Balbach, Geschäftsführer bei Leuze electronic.
Das Zweikanalprinzip
Wie bei einer „richtigen“ Autobahn soll auch bei den Cloud-Lösungen kein Stau auftreten. Der Hersteller aus dem schwäbischen Owen hat dafür das Dual Channel Prinzip entwickelt.
Im Sinne des Edge Computing werden die Daten bereits in der Sensorein-heit vorsortiert. Die Prozessdaten zur Lösung der eigentlichen Automatisierungsaufgabe werden in Echtzeit über den ersten Sensorkanal übertragen. Daten, die der Sensor zusätzlich liefert, werden nicht übergangen, sondern laufen über einen zweiten Kanal mit einer geringeren Aktualisierungsrate. Sie werden zur späteren Verwendung zentral abgelegt.
Bei optischen Sensorsystemen lässt sich aus diesen Zusatzinformationen zum Beispiel ermitteln, ob die Optikabdeckung gereinigt werden muss, die Lichtquelle die gewünschte Leistung liefert oder in einer Industrieanlage Schwankungen zwischen den Ergebnissen verschiedener Sensoren auftreten. Auf den laufenden Produktionsprozess haben diese Daten keine Auswirkungen. Im Sinne von Predictive Maintenance sind sie aber entscheidende Bausteine einer funktionierenden Industrie 4.0-Umgebung.
The Right Product
for smart sensors
In vielen Systemen von Leuze electronic werden Bauteile von LASER COMPONENTS verarbeitet. Wir liefern dem Optosensorikhersteller zum Beispiel cw-Infrarotdioden für Freiraumdatenübertragung, rote cw-Dioden für Barcode-Scanner sowie Impulslaser-dioden für Sicherheitsscanner. Über Laserabstandsmessung regeln diese Systeme den Zugang zu Gefahrenbereichen von Maschinen.
Im Rahmen von Industrie 4.0 lassen sie sich flexibel an die Anforderungen verschiedener Produktionsprozesse anpassen.
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