Fluidsensorik mit IO-Link

Generation Plus

Eine große Herausforderung in der Entwicklung von Lösungen für Industrie 4.0 und IIoT ist es, schon heute zu wissen, wie künftige Produkte aussehen müssen, um den spezifischen Anwenderanforderungen langfristig gerecht zu werden. Vor diesem Hintergrund stellt sich auch in der Fluidsensorik die zentrale Frage nach der Beschaffenheit künftiger Lösungen.
 Die plattformübergreifend einheitliche Bedienoberfläche der Baureihe Fluid+ bietet Eingabekomfort und  Sichtbarkeit aus jeder Position.
Die plattformübergreifend einheitliche Bedienoberfläche der Baureihe Fluid+ bietet Eingabekomfort und Sichtbarkeit aus jeder Position.Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Präzise Druck-, Strömungs- und Temperaturmessung sowie kontinuierliche Füllstandmessung und Grenzwerterfassung erfordern eine breite Palette an maßgeschneiderten Lösungen, was oft immer komplexere Fluidsensorik-Portfolios nach sich zieht. Logistische Prozesse werden unübersichtlich, die Lagerhaltung aufwendig und es kommt zu verlängerten Lieferzeiten. Gleichzeitig stellen immer kürzere Entwicklungszyklen die Entwicklung vor zusätzliche Herausforderungen: Schnelligkeit, Flexibilität, Skalierbarkeit und Effizienz werden mehr denn je zu entscheidenden Erfolgsfaktoren. Genau da setzt Turcks modulare Baureihe Fluid+ an.

 Die Inbetriebnahme wird durch flexible Montagemöglichkeiten vereinfacht, da der Sensorkopf um 340° frei drehbar und das Display selbst für einen Überkopfeinbau umkehrbar ist.
Die Inbetriebnahme wird durch flexible Montagemöglichkeiten vereinfacht, da der Sensorkopf um 340° frei drehbar und das Display selbst für einen Überkopfeinbau umkehrbar ist.Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Konsolidierung durch Plattformstrategie

Die Architektur der Sensoren teilt die komplexe Produktfamilie in ihre einzelnen Elemente auf, die spezifischen Modulen zugeordnet sind. Die Interaktion der einzelnen Module wird auf standardisierte Schnittstellen begrenzt, sodass die Module unabhängig voneinander entwickelt werden können. Die Plattform basiert auf der Strategie, dass für den Anwender familienweit das gleich ist und gleich aussieht, was gleich sein muss. So haben alle Sensoren das gleiche Aussehen und eine ebenso vertraute Handhabung, unabhängig von der Applikation. Charakteristisches Merkmal der kompakten Sensoren ist ihr Sensorkopf, der sich aus einem Edelstahlgehäuse und einer einteiligen, transluzenten Frontkappe zusammensetzt. Durch die so reduzierten Dichtflächen gelangen weder Feuchtigkeit noch Staub ins Innere der Geräte, denn die Sensoren haben keine mechanischen Bedienelemente mehr, die abgedichtet werden müssten. Zusätzlich gewährleisten UV- und Salzsprühnebel-beständige Werkstoffe maximalen Schutz im Außenbereich. Wie auf dem Smartphone, navigieren Anwender über abnutzungsfreie, kapazitive Touchpads. Anlagen können somit weitaus einfacher erweitert und gewartet werden, da Mitarbeiter nur noch auf ein einziges Bedienkonzept geschult werden müssen. Bei den Strömungs- und Temperatursensoren FS+ und TS+ erlaubt eine einheitliche Überwurfmutter die Anpassung an die jeweilige Anwendung über verschiedene Prozessanschlüsse.

 Der Füllstandsensor LRS sorgt dank Radarüberwachung für einen korrekten Füllstand in einem Tauchlackierbecken.
Der Füllstandsensor LRS sorgt dank Radarüberwachung für einen korrekten Füllstand in einem Tauchlackierbecken.Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Vereinfachte Integration und Inbetriebnahme

Wichtige Anforderungen bei der Entwicklung der Sensoren waren ein reibungsloser Einbau und eine vereinfachte Inbetriebnahme und Bedienung. Der Anwender sollte sich schnell in der Menüstruktur zurechtfinden. Entsprechend bieten sie neben einem durchgängigen Bedienkonzept besonders flexible Montagemöglichkeiten, da der Sensorkopf um 340° frei drehbar und das Display für einen Überkopfeinbau umkehrbar ist. Die Sensoren erkennen automatisch, ob die Steuerung bzw. das Feldbusmodul eingangsseitig PNP- oder NPN-Signale erwarten. Werden analoge Ausgangssignale ausgewertet, gilt gleiches für Strom oder Spannung. Das Display der Sensoren ist laut Hersteller im Vergleich zu anderen Geräten größer und heller, was bei entsprechender Montage eine problemlose Sichtbarkeit aus jeder Position ermöglichen soll. Die berührungsempfindlichen Tastenfelder der Bedieneinheit mit Smartphone-Haptik sind auch mit verschiedenen Handschuhtypen bedienbar. Dabei verhindert ein Sperrmechanismus mögliche Fehlbedienungen.

Kommunikationskonzept für Industrie 4.0

Durchgängigkeit und Transparenz bei Erfassung, Übertragung und Aufbereitung von Sensordaten bilden zentrale Anforderungen von Industrie 4.0. Daher unterstützen die Geräte der Baureihe offene Standards wie IO-Link 1.1, über den sie bidirektional mit der Steuerung kommunizieren. Die IO-Link-Schnittstelle stellt dem Anwender neben Prozesswerten zahlreiche Condition-Monitoring-Daten für smarte IIoT-Anwendungen zur Verfügung. Dabei übertragen die Sensoren nicht nur digitale Prozesswerte, sondern empfangen auch Parameter wie zum Beispiel Schaltpunkte. Zur Vermeidung von Maschinenausfällen lassen sich Diagnosedaten via IO-Link auslesen und auswerten. So können Anwender Unregelmäßigkeiten erkennen und mögliche Schäden frühzeitig abwenden. Die Geräte bieten unterschiedliche IO-Link-Prozessdatenprofile, die eine flexible Einbindung des Sensors in bestehende Systemlandschaften durch einen 1:1-Austausch vorhandener Geräte erlauben – auch von Fremdherstellern. Auf diese Weise entfallen aufwendige Anpassungen der Steuerungsumgebung.

Sensortypen für unterschiedliche Aufgaben

Die robusten Drucksensoren PS+ waren 2019 die ersten Geräte der Fluid+ Plattform. Klassische Anwendungsfelder sind Hydraulikapplikationen, Kühlkreisläufe und Schmiermittelapplikationen. Die Drucksensoren sind für Druckbereiche bis 600bar ausgelegt und sowohl mit bewährten Keramikmesszellen (PS310) als auch Metallmesszellen (PS510) erhältlich. Die Messzellen verfügen über einen Berstdruck, der mindestens dem Vierfachen des maximalen Nenndrucks entspricht. Der Minimal-/Maximaldruck-Speicher bildet einen digitalen „Schleppzeiger“, der es ermöglicht, Prozesse noch besser zu analysieren. Auch im Fall einer Überlast gewährleisten die Drucksensoren hermetische Dichtheit. Die beschriebenen Dichtungskonzepte ermöglichen die Schutzarten IP66, IP67 und IP69K.

Die kompakten Strömungssensoren FS+ sollen sich zügig und komfortabel in Maschinen oder Anlagen integrieren lassen. Sie überwachen flüssige Medien nach dem kalorimetrischen Prinzip und bieten daher die Möglichkeit, zusätzlich zur Strömung dauerhaft die Medientemperatur zu messen. Das heißt, ein einziger Sensor kann gleich zwei Aufgaben übernehmen. Typische Anwendungsfelder sind Kühlkreisläufe in Schweißapplikationen, Trockenlaufschutz von Pumpen und Prozessabläufe bei Reinigungsvorgängen. Anwender haben in der Produktserie FS+ zunächst die Wahl zwischen Geräten mit zwei Ausgangsfunktionen: entweder analog (4…20 mA) oder mit automatischer PNP/NPN-Erkennung und Kommunikation über IO-Link 1.1. Das Schaltverhalten ist dabei zwischen ‚Normally Open‘ (NO) und ‚Normally Closed‘ (NC) einstellbar. Rundum sichtbare LED-Anzeigen signalisieren den Zustand der Ausgänge, während ein zweifarbiges LED-Band auf der Benutzeroberfläche wahlweise Strömungs- oder Temperaturwerte anzeigt.

Die robusten Sensoren TS+ sorgen für die zuverlässige und reproduzierbare Messung von Prozesstemperaturen in industriellen Anwendungen. Die Sensoren sind sowohl als Kompaktgeräte mit integriertem Temperaturfühler (TS700) sowie als Auswerte- und Anzeigeeinheiten (TS720) für den Anschluss von Widerstandsthermometern oder Thermoelementen verfügbar. Die Geräte unterstützen und erkennen nahezu alle industrietypischen Temperaturfühler – wie Widerstandsthermometer oder Thermoelemente – vollautomatisch. Typische Einsatzbereiche der Sensoren liegen im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Prozessindustrie. Kompaktgeräte der Bauform TS700 arbeiten in einem Messbereich von -50 bis +150°C. Abhängig vom angeschlossenen Temperaturfühler, können Auswerte- und Anzeigeeinheiten vom Typ TS720 sogar Werte zwischen -200 und 1800°C messen. Die Temperatursensoren bieten mit ihren Schutzarten IP67 und IP69K gute Schock- und Vibrationseigenschaften.

Damit Anwender für unterschiedliche Anwendungsszenarien in der Füllstandmessung das jeweils passende Messprinzip nutzen können, bietet die Serie LS+ zwei verschiedene Sensortechnologien: die LRS-Füllstandsensoren mit Radartechnologie für größere Reichweiten und die LUS-Ultraschallsensoren für kleinere und mittlere Behälter. Die IO-Link-fähigen Radarsensoren der LRS-Serie wurden zur Füllstandmessung in Tanks und Silos im Bereich von 0,35 bis 10m entwickelt. Die Geräte in den Schutzarten IP67 und IP69K empfehlen sich vor allem für Füllstandapplikationen in der Fabrikautomation, in denen optische oder Ultraschallsensoren wegen ihrer begrenzten Reichweite oder aufgrund von Störfaktoren wie Staub, Wind oder Lichteinfall ungeeignet sind. Die frei strahlenden LRS-Radarsensoren bieten zudem umfangreiche Analysefunktionen, die bislang den meist in der Prozessindustrie eingesetzten Highend-Radarsensoren vorbehalten waren. Typische Einsatzbereiche liegen im Maschinen- und Anlagenbau, in der Automobilindustrie sowie der Lebensmittel- und Pharmaindustrie.

Fazit

Das modulare und frei konfigurierbare Mechanik-Konzept der Baureihe Fluid+ soll eine hohe Variantenvielfalt, Kombinierbarkeit und verkürzte Lieferzeiten bieten, sodass viele Sensorvarianten bereits binnen weniger Tage verfügbar sind. Der modulare Aufbau gibt allen Sensoren ein einheitliches Aussehen und eine vergleichbare Handhabung. Anwender sollten ihre Anlagen somit einfacher erweitern und warten können, da Mitarbeiter nur auf ein einziges Bedienkonzept geschult werden müssen. Flexible Montagemöglichkeiten, eine intelligente Systemintegration und die innovative Bedieneinheit mit Smartphone-Haptik garantieren eine schnelle und unkomplizierte Geräte-Inbetriebnahme. Zur Sicherung der Anlagenverfügbarkeit stellen die IO-Link-fähigen Geräte dem Anwender neben Prozesswerten zahlreiche Diagnosedaten für smarte IIoT-Anwendungen zur Verfügung. Neue Dichtungskonzepte sowie die verwendeten Werkstoffe machen die Sensoren widerstandsfähig gegenüber äußeren Einflüssen.

Hans Turck GmbH & Co. KG

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