Induktive Näherungsschalter gehören dank ihrer Robustheit in vielen Anlagen zum Kernbestand der Sensorik. Bei konventionellen Geräten ist der Einsatz allerdings in einem wesentlichen Punkt eingeschränkt: Unterschiedliche Metalle haben unterschiedlichen Einfluss auf das Magnetfeld, der Abstand zwischen Sensor und Target-Objekt, also der Schaltabstand, muss dementsprechend genau ausgewählt werden. Dieser Effekt hat mit dem unterschiedlichen Dämpfungsverhalten zu tun, welches die verschiedenen Target-Metalle auf den Schwingkreis des Näherungsschalters ausüben. Die Dämpfung wird als Reduktionsfaktor bezeichnet. Der Referenzstahl ST37 besitzt per Definition den Reduktionsfaktor von 1. Bei den meisten anderen Metallen liegt dieser Wert niedriger. So hat Messing zum Beispiel einen Faktor von 0,4. 

Kein Umrüsten und Nachjustieren

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Mit sinkendem Reduktionsfaktor verringert sich auch die Reichweite beziehungsweise der Schaltabstand. Diese Varianz hängt mit dem Ferritkern der Spulen zusammen, die in herkömmlichen induktiven Sensoren zu finden sind. Die Reduktionsfaktor-1-Näherungs-schalter von Pepperl+Fuchs verwenden stattdessen zwei elektrisch gekoppelte Luftspulen, die sich gezielt beeinflussen lassen und so bei allen Metallen zum gleichen Reduktionsfaktor führen. Damit werden Umrüsten und Nachjustieren bei der Verarbeitung unterschied-licher Metallchargen überflüssig. Zudem sind die Geräte für die meisten Applikationen geeignet, so der Hersteller. Das gilt auch für Schweißanlagen und Schweißroboter. Die Geräte mit induktiven Sensoren mit Reduktionsfaktor 1 sind resistent gegenüber dem Störeinfluss der Magnetfelder beim Elektro-schweißen. Schweißfeste Sensorvarianten halten auch glühenden Metallspritzern stand.

Neuer Funktionsumfang möglich

Für den Einsatz in Branchen wie Chemie, Pharma oder Lebensmittel gibt es zudem Sensoren mit Edelstahlgehäuse, die aggressiven Medien widerstehen. Mit diesen Produkteigenschaften haben sich die Reduktionsfaktor-1-Sensoren des Herstellers eigenen Angaben zufolge in vielen Anwendungen als hochgradig zuverlässige Schaltelemente bewährt. Nun bietet das Unternehmen den Sensor auch mit einer IO-Link-Schnittstelle an.

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Diese Technologie erlaubt system- und feldbusunabhängige Kommunikation, bietet weitreichende Kompatibilität und eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu niedrigen Kosten. Dank dieser Eigenschaften hat sie sich für die Kommunikation »auf dem letzten Meter« bewährt und ist inzwischen ein weltweit verbreiteter Standard. Die zugrunde liegende Technologie erlaubt es, eine Durchgängigkeit in der industriellen Kommunikation zu erzielen.

Nebenwerte können in Analyse und Steuerung einfließen, die Parametrierung kann zugleich einfacher und spezifischer werden. Die IO-Link-Anbindung verleiht deshalb Standardgeräten wie den Reduktionsfaktor-1-Sensoren einen neuen Funktionsumfang und eröffnet die Option, sie für umfassendere Automatisierungsaufgaben einzusetzen. So lässt sich etwa der Stabilitätsalarm dieser Geräte als ständiges Diagnosetool zur Überwachung der Prozessqualität nutzen: Während der Sensor im rein binären Betrieb nur ein Schaltsignal ausgeben kann, werden hier mehrere Messwerte ausgelesen. Denn das Gerät erfasst das Target-Objekt auch schon außerhalb des gesicherten Schaltabstands, also der in der Parametrierung definierten Reichweite. 

Prozesskritische Erwärmung rechtzeitig erkennen

Wenn beispielsweise der Sensor geringfügig dejustiert ist, erkennt das Gerät dies. Das Ereignis wird mit einer blinkenden LED direkt am Sensor angezeigt und per IO-Link an die Steuerung gemeldet. Diese zusätzliche Information erlaubt es, die entsprechende Wartungsmaßnahme zum nächsten Anlagenstillstand einzuplanen, ohne Minderung der Verfügbarkeit. Da der Schaltabstand bei induktiven Sensoren auch von der Temperatur abhängt und an diese adjustiert wird, besitzen die Geräte einen integrierten Temperaturindikator.

Er kontrolliert anhand fest voreingestellter Temperaturschwellen kontinuierlich den jeweiligen Wärmezustand des Sensors und seines Umfeldes. Dank IO-Link lässt sich der Temperaturwert nun für die tiefer gehende Analyse des Anlagenzustands nutzen. So können zum Beispiel eine prozesskritische Erwärmung erkannt und sensible Anlagenteile vor ihr geschützt werden. IO-Link hilft aber auch, die Vielfalt der benötigten Gerätevarianten zu reduzieren.

Wurden für die Funktionen Schließen und Öffnen bisher verschiedene Sensortypen benötigt, so kann man bei den IO-Link-fähigen Geräten in der Parametrierung zwischen ihnen wählen. Das Gleiche gilt für die Schaltabstände: Bisher gibt es eigene Geräteversionen mit kürzerem einfachem und längerem doppeltem Schaltabstand. Auch dieser Parameter lässt sich nun nach Bedarf ein- und umstellen. Dazu kommen die üblichen Vorteile von IO-Link-Geräten.

Sie erlauben die durchgängige Kommunikation und digitale Datenübertragung zwischen der Steuerungs- und der Feldebene. Informationen zu Hersteller, Gerätebezeichnung, Seriennummer oder Firmwareversion, mit denen sich jedes IO-Link-Gerät verwechslungsfrei identifizieren lässt, sind als elektronische Beschreibung der Geräteeigenschaften im Sensor gespeichert. Diese IO Device Description (IODD) kann jederzeit von der Steuerung ausgelesen werden. 

Tausch ohne Einlernen

Bei einem Gerätetausch wird das neue IO-Link-Gerät automatisch von der Steuerung identifiziert und geprüft. Mittels Data-Storage-Funktion lässt sich die Parametrierung des ausge-tauschten Gerätes aus der Steuerung, in der sie bei der Inbetriebnahme gespeichert wurde, in den neuen Sensor laden. Der Einsatz eines ungeeigneten Sensors und die Gefahr von Maschinenschäden werden damit sicher vermieden.

Auch ein erneutes Einlernen ist nicht erforderlich. Da im IO-Link-Master zudem hinterlegt ist, welcher Sensor sich an welcher Stelle der Anlage befindet, ist eine Verwechselung beim Sensortausch ausgeschlossen. In der Kommunikation zwischen Sensor und Steuerung ist die IODD für IO-Link-Geräte standardisiert. Das bedeutet, dass die Sensoren nicht mehr direkt am Gerät parametriert werden müssen. Dies kann nun mit jedem IO-Link-Tool einfach von der Steuerung durchgeführt werden. Damit bieten die Reduktionsfaktor-1-Sensoren mit IO-Link bei der Integration in die Anlage sowie bei der Inbetriebnahme alle verfügbaren Freiheitsgrade. 

Typische Anwendungen

Zu den typischen Anwendungen, in denen Reduktionsfaktor-1-Sensoren eingesetzt werden, gehört der Fahrzeugrohbau mit Schweißrobotern. Die Karosserien werden dort auf Transportplattformen, sogenannten Skids, in die Fertigungszelle transportiert, wo dann die vorgefertigten Blechteile angeschweißt werden. Die Sensoren dienen zur präzisen Positionierung des Skids in der Schweißzelle. Mit ihrem längeren Schaltabstand gleichen sie mögliche Führungstoleranzen der Transportplattform aus.

Aus den Nebenwerten können Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage gezogen und für die vorausschauende Wartung verwendet werden. Das zeigt: Der scheinbar kleine Schritt zum IO-Link-fähigen Reduktionsfaktor-1-Sensor ermöglicht einen großen Schritt in Richtung Industrie 4.0. 

SPS IPC Drives: Halle 7A, Stand 330