Auswahl der richtigen Industriesensoren für ein Produkt

Sensoren spielen in der Industrie eine entscheidende Rolle, da sie physikalische Parameter in Signale umwandeln, die für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden können. Wie kann also sichergestellt werden, dass der richtige Industriesensor für ein Produkt ausgewählt wird?

Industrielle Sensoren sind Komponenten, die zur Überwachung, Messung und Erkennung von Änderungen der Umgebungs- oder Betriebsbedingungen in industriellen Umgebungen eingesetzt werden. Diese Sensoren wandeln physikalische Variablen wie Temperatur, Druck, Vibration, Nähe, Licht, Feuchtigkeit oder chemische Eigenschaften in Signale um, die von einem System oder einem Controller gemessen, analysiert oder überwacht werden können. Die von diesen Sensoren gesammelten Daten sind für die Automatisierung von Prozessen, die Verbesserung der Sicherheit und die Steigerung der Effizienz in verschiedenen Branchen wie der Fertigungsindustrie, dem Energiesektor, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und vielen anderen unerlässlich.

Abbildung 1: Ein optischer Sensor, der an einem Fließband in einer Fabrik installiert ist. (Bildquelle: Adobe Stock)

Die Schlüsselrolle der industriellen Sensoren

Die Schlüsselrolle, die industrielle Sensoren spielen, kann nicht unterschätzt werden. Diese Komponenten sind in industriellen Umgebungen für die Automatisierung, Sicherheit, Qualitätskontrolle und darüber hinaus unerlässlich.

Industrielle Sensoren sind für die Automatisierung von Prozessen unerlässlich, da sie den Betrieb von Maschinen und Systemen mit minimalem menschlichem Eingriff ermöglichen. Sie tragen dazu bei, die Präzision und Konsistenz von Anlagen wie Montagelinien, Robotersystemen und Verpackungsprozessen zu gewährleisten.

Durch die Überwachung von Anlagenzuständen wie Vibration, Temperatur oder Druck können Sensoren Frühwarnsignale für potenzielle Anlagenausfälle liefern, was eine vorausschauende Wartung ermöglicht und ungeplante Ausfallzeiten reduziert.

Durch die Überwachung von Variablen wie Temperatur, Druck und Produktdimensionen können Sensoren auch sicherstellen, dass die Fertigungsprozesse den geforderten Standards entsprechen. Optische Sensoren können zum Beispiel die Produktabmessungen messen, um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten.

In gefährlichen Umgebungen können diese Funktionen bei der Erkennung unsicherer Bedingungen wie Gaslecks oder übermäßiger Hitze entscheidend sein und Alarme oder Sicherheitsmechanismen auslösen, um Unfälle zu verhindern.

Durch die Überwachung von Faktoren wie Temperatur, Energieverbrauch oder Flüssigkeitsstand können Sensoren dazu beitragen, Prozesse zu optimieren und Abfall und Energieverbrauch zu reduzieren.

Darüber hinaus können industrielle Sensoren die Echtzeitüberwachung einer Vielzahl von industriellen Prozessen ermöglichen und Daten in Steuersysteme einspeisen, damit diese rechtzeitig angepasst und optimiert werden können, um einen reibungslosen und effizienten Betrieb zu gewährleisten.

Abbildung 2: Ein Vibrationssensor, der Magnetismus zur Erkennung verwendet. (Bildquelle: Adobe Stock)

Die Schwierigkeit, den richtigen Industriesensor für ein Produkt zu finden

Bei der großen Auswahl an Industriesensoren kann sich die Auswahl der richtigen Industriesensoren für ein Produkt oft als komplexe Aufgabe erweisen.

Eine der Hauptschwierigkeiten besteht darin, eine klare und umfassende Dokumentation für industrielle Sensoren zu erhalten. Die Angaben der verschiedenen Hersteller sind oft unterschiedlich detailliert, so dass ein direkter Vergleich der Spezifikationen schwierig ist. Die Dokumentation kann manchmal zu technisch sein oder es fehlen praktische Informationen, so dass es schwierig ist zu verstehen, wie der Sensor in bestehende Systeme integriert werden kann oder unter bestimmten Bedingungen funktioniert. Außerdem kann es vorkommen, dass die Produktdokumentation nicht auf dem neuesten Stand ist, um neuere Modelle oder Firmware-Updates zu berücksichtigen, oder dass sie auf der Website des Herstellers schwer zu finden ist.

Die Vielfalt der Kommunikationsprotokolle in Industrieumgebungen ist oft ein weiteres Problem bei der Auswahl von Sensoren. Industrielle Umgebungen können auf einer Vielzahl von Protokollen wie Modbus, PROFINET, EtherNet/IP oder anderen basieren. Einige Sensoren unterstützen möglicherweise bestimmte Protokolle nicht, was zu Unstimmigkeiten mit den vorhandenen Kontrollsystemen führt oder kostspielige und zeitaufwändige Änderungen erfordert. Ein weiteres Problem ist die Interoperabilität: Es muss sichergestellt werden, dass der gewählte Sensor effektiv mit der vorhandenen Hard- und Software kommunizieren kann. In einigen Fällen kann zusätzliche Hardware (wie Gateways oder Wandler) erforderlich sein, um den Sensor mit dem System kompatibel zu machen, was die Integration weiter erschwert.

Die Integration mit IO-Link ist ein weiterer dieser Problempunkte, da der Kommunikationsstandard für Sensoren und Aktoren relativ neu ist. Es bietet zwar beträchtliche Vorteile, ihre Einführung kann aber auch mit einigen Herausforderungen verbunden sein. Eine steile Lernkurve, die begrenzte Verfügbarkeit von Wissensressourcen und die Integration in Altsysteme sind nur einige davon.

Schließlich gibt es immer das Problem, einen Händler zu finden, der die benötigten Sensoren in ausreichender Menge vorrätig hat. Diese Herausforderung ist besonders dringlich in Branchen, die mit schlanken Bestandsmodellen arbeiten oder eine Just-in-Time-Fertigung erfordern.

DigiKey zeichnet sich auf dem Markt für Industriesensoren durch ein umfangreiches Angebot an qualitativ hochwertigen Sensoren von branchenführenden Herstellern aus. Darauf wird im weiteren Verlauf des Artikels noch näher eingegangen.

Abbildung 3: Ein optischer Sensor, der in einem automatischen Bildverarbeitungsprüfgerät eingesetzt wird. (Bildquelle: Adobe Stock)

Worauf ist bei der Auswahl eines Industriesensors zu achten?

Bei der Auswahl eines industriellen Sensors kann eine strukturierte Entscheidungshierarchie den Prozess vereinfachen und sicherstellen, dass der gewählte Sensor den Anforderungen der Anwendung entspricht. Im Allgemeinen lässt sich eine Entscheidungshierarchie aufstellen, die in etwa so aussieht:

• Sensortyp - Was muss der Sensor erkennen?
• Sensorzertifizierungen - Muss der Sensor bestimmte Zertifizierungen oder Standards einhalten?
• Kommunikationsfähigkeit - Ist der Sensor in der Lage, mit der bestehenden Automatisierungsinfrastruktur zu kommunizieren?
• Bestand und Verfügbarkeit - Ist der Sensor sofort verfügbar, wie lang sind die Lieferzeiten, gibt es Supportleistungen?
• Preis - Ist der Preis des Sensors in Bezug auf die Anschaffungskosten, die Gesamtbetriebskosten und die Kapitalrendite für das Projekt kosteneffizient?

Die Beachtung dieser Struktur bei der Auswahl eines Industriesensors kann den Kunden helfen, die Optionen einzugrenzen und die am besten geeigneten Sensoren zu finden, die die technischen Anforderungen erfüllen, die Zertifizierungen einhalten, sich erfolgreich integrieren lassen, leicht verfügbar sind und das Budget nicht sprengen.

Das DigiKey-Angebot

DigiKey bietet eine große Auswahl an industriellen Sensoren für nahezu jeden Bedarf. Das umfangreiche Angebot an Magnet-, Näherungs-, Druck- und optischen Sensoren umfasst große Namen wie SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser und viele mehr.

Abbildung 4: Der SNG-SPRC-002 (oben) und der SNG-SPRD-004 (unten) von Honeywell. (Bildquelle: Honeywell)

Die Geschwindigkeitssensoren der Serie SNG-S von Honeywell sind ein hervorragendes Beispiel für das DigiKey-Sortiment an Magnetsensoren, die mit einem speziell entwickelten IC und einem Permanentmagneten in einem robusten, sondenförmigen Gehäuse ausgestattet sind. Diese Sensoren erkennen Änderungen in der Flussdichte des Magneten, wenn er sich einem Eisenmetall nähert, und liefern einen digitalen Impulsausgang mit einer Frequenz, die proportional zur Geschwindigkeit eines Zahnrads ist. Die Performance des Sensors hängt von Faktoren wie Zielmaterial, Geometrie, Geschwindigkeit, Abstand zwischen Sensor und Ziel und Temperatur ab. Die Serie SNG-S bietet einen weiten Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +140°C, ist unempfindlich gegenüber Winkeldrehung während der Montage und bietet eine Umweltabdichtung mit der Schutzart IP69K. Darüber hinaus verfügt er über eine robuste elektrische Störfestigkeit von bis zu 100 V/m, Stillstandserkennung, Hochfrequenzschaltfähigkeit von 0 Hz bis 15 kHz und eine O-Ring-Dichtung für eine sichere Montage. Die Sensoren sind kompatibel mit Versorgungsspannungen von 4,5 V bis 24 V und sind CE-zertifiziert.

Abbildung 5: Der Radarsensor K50RF-8060-LDQ von Banner Engineering. (Bildquelle: Banner Engineering)

Die R-GAGE-Radarsensorserie K50R von Banner Engineering ist ein Highlight der umfangreichen DigiKey-Produktpalette an Näherungssensoren und bietet eine robuste, kosteneffiziente Lösung für Innen- und Außenbereiche. Erhältlich als 40°x30°-Modelle für eine mit Ultraschallsensoren vergleichbare Präzision und als 80°x60°-Modelle für einen breiteren Erfassungsbereich, sind diese Sensoren ideal für Anwendungen wie fahrerlose Transportsysteme (FTS), Tankfüllstandsmanagement und Fahrzeugerkennung an EV-Ladestationen. Die Serie K50R bietet eine einfache Integration durch die Banner Measurement Sensor Software und verfügt über duale diskrete und analoge Ausgangsoptionen, mit verschiedenem Montagezubehör für eine flexible Installation. Mit der Schutzart IP67 sind die Sensoren gegen Regen, Schnee, Nebel, Dampf, Wind und Sonnenlicht geschützt und gewährleisten einen hervorragenden Betrieb in jeder Umgebung. Sie sind unempfindlich gegen Staub, Schmutz und Dampf, zeigen nur minimale Temperatureinflüsse für stabile Messungen und bieten einen großen Messbereich von 5 m mit einer kurzen Totzone von 50 mm. Darüber hinaus ermöglichen sie die Montage mehrerer Sensoren in unmittelbarer Nähe, ohne dass es zu Interferenzen kommt, da kein Übersprechen auftritt.

Abbildung 6: Die kompakten Druckmessumformer der Cerabar-Serie PMC21 von Endress+Hauser. (Bildquelle: Endress+Hauser)

Die kompakten Druckmessumformer der Cerabar-Serie PMC21 von Endress+Hauser verfügen über keramische, ölfreie Sensoren, die auf Langlebigkeit und Beständigkeit gegen Druckstöße ausgelegt sind. Ihre keramischen Zellen eignen sich hervorragend für Niederdruck- und Vakuumanwendungen. Die Serie PMC21 misst sowohl Absolut- als auch Überdruck im Bereich von 100 mbar bis 40 bar. Die Kommunikation erfolgt hauptsächlich über ein 4 mA bis 20 mA Signal, das über einen M12- oder Ventilstecker angeschlossen wird. Der Sensorbereich und der Prozessanschluss sollten auf die spezifischen Anforderungen der Anwendung zugeschnitten sein. Diese Messumformer wurden für die anspruchsvollen Umgebungen der Prozessindustrie entwickelt und verfügen über eine Schutzart von bis zu IP68, eine äußerst robuste Ceraphire-Membran und ein Gehäuse aus Edelstahl 316L. Mit zahlreichen Zertifizierungen, darunter Zulassungen für explosionsgefährdete Bereiche und für die Schifffahrt, eignen sie sich für eine breite Palette von Anwendungen. Die Nutzer profitieren von der einfachen Handhabung, der hohen Leistung, der Langzeitstabilität und der hervorragenden Materialqualität der Komponenten.

DigiKey hat für seine Kunden auch eine fantastische Auswahl an optischen Sensoren im Angebot, wie z.B. die ereignisgesteuerte VOC-Industriekamera von Pepperl+Fuchs oder die CLV69x-Serie von SICK.

Abbildung 7: Die VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 von Pepperl+Fuchs. (Bildquelle: Pepperl+Fuchs)

Die industrielle ereignisgesteuerte VOC-Kamera von Pepperl+Fuchs ermöglicht die ereignisbasierte Videoaufnahme bis zu 60 Sekunden vor und nach einem Auslösesignal. Die Kamera zeichnet Video auf, wenn eine Störung, ein vordefinierter Status oder ein Prozess auftritt, mit automatischem Zeitstempel und einer UDP-Schnittstelle (User Datagram Protocol) für dynamische Textüberlagerungen, die das Abrufen von Dateien schnell und einfach machen. Sie eignet sich ideal für die Überwachung von automatisierten Hochregallagern und Sicherheitsanwendungen und verfügt über eine Webschnittstelle für den Zugriff auf Videodateien und Live-Streams, einen Videoringspeicher für die automatische Aufzeichnung sowie Trigger über UDP, REST API oder digitale Hardwareeingänge für die Integration. Die Kamera unterstützt Montageabstände von 0,05 m bis unendlich, bietet eine Auflösung von bis zu 1280 x 720 (HD) und kann bis zu 10.000 Ereignisse auf einer 8 GB microSD-Karte speichern. Sie arbeitet mit 18 VDC bis 28 VDC und verwendet Protokolle wie TCP/IP, HTTP, FTP und RTSP und bietet die Schutzart IP65.

Abbildung 8: Der CLV690-1000 (links) und der CLV691-0000 (rechts) von SICK. (Bildquelle: SICK)

Die Barcodescanner der Serie CLV69x von SICK sind mit der integrierten SMART+-Code-Rekonstruktionstechnologie ausgestattet, die es dem Gerät ermöglicht, selbst verschmutzte und beschädigte Barcodes zu lesen. Diese fest montierten 1D-Barcodescanner bieten eine hervorragende Leseleistung, eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und eine hohe Genauigkeit mit einer Autofokusfunktion, die eine integrierte Abstandsmessung für das höhenunabhängige Lesen von Codes innerhalb des Scanfelds nutzt. Zusätzlich sorgt das benutzerfreundliche Bediensystem SOPAS ET für eine einfache Parametrierung. Mit seiner integrierten Tracking-Funktion unterstützt der Scanner Standardanwendungen ohne zusätzliche Systemsteuerung. Seine innovative Vernetzung, einschließlich integrierter Parameterspeicherung, ermöglicht einen schnellen Scannerwechsel und eine einfache Integration in verschiedene Anwendungen. Zu den wichtigsten Funktionen gehören Echtzeit-Autofokus für eine große Schärfentiefe, flexible Klon-Steckertechnologie, CAN-, Ethernet- und serielle Kommunikation sowie erweiterte Sortier-, Filter- und logische Funktionen. Ein integriertes LED-Balkendiagramm mit Drucktasten verbessert die Benutzerfreundlichkeit.

Fazit

Digikeys breite Auswahl an Industriesensoren stellt sicher, dass Kunden den richtigen Sensor für ihre spezifischen Anforderungen finden und bietet einen unvergleichlichen Mehrwert in der Automatisierungsbranche. SICK und Banner sind bekannt für ihre modernen Sensoren und innovativen Beiträge zur IoT-Integration. Pepperl+Fuchs ist führend in der Sensorkommunikation, während Endress+Hauser in der Messtechnik, insbesondere bei der Druck- und Flüssigkeitsmessung, führend ist. Obwohl Honeywell ein kleineres Unternehmen ist, bietet es spezialisierte Sensoren an, die das vielfältige Portfolio von DigiKey ergänzen, das umfangreicher ist als das jedes anderen Wettbewerbers.