Ultraschall-Füllstandsensoren mit IO-Link

Kompakt und widerstandsfähig

Mit zunehmender Automatisierung ist durchgängige Prozess- und Qualitätskontrolle unverzichtbar. Sensoren überwachen Abläufe, kontrollieren Füllstände, zählen Objekte und vieles mehr - so regeln sie beispielsweise den Materialfluss und überwachen Lagerbestände. Ultraschallsensoren sind dabei nicht mehr wegzudenken, denn sie liefern digitale Daten für eine bessere Überwachung und Steuerung von industriellen Fertigungsprozessen.
 Messwertfilter in den Sensoren erlauben auch bei unruhigen Oberflächen, wie z.B. in Tanksystemen mit Rührwerk, eine zuverlässige Füllstandserkennung.
Messwertfilter in den Sensoren erlauben auch bei unruhigen Oberflächen, wie z.B. in Tanksystemen mit Rührwerk, eine zuverlässige Füllstandserkennung.Bild: Microsonic GmbH

Ultraschallsensoren sind zuverlässige Partner, wenn es um die berührungslose Entfernungsmessung geht. Sie erfassen alle Materialien, an denen der Schall reflektiert wird unabhängig von Farbe oder Transparenz. Sie nehmen es mit jeder Flüssigkeit aber auch feinen oder grobkörnigen Schüttgütern wie beispielsweise Sand und Pellets auf. Nebel, staubige Umgebungen oder dünne Schmutzablagerungen auf der Sensormembran beeinträchtigen die Funktion eines Ultraschallsensors nicht. Dies ist ein klarer Vorteil gegenüber Sensoren mit optischen Messprinzipien. Die Sensormembran vibriert aufgrund der Schallaussendung leicht und weist so Flüssigkeitstropfen, Staub und Ähnliches ab. Das Standard-Messprinzip für einen Ultraschallsensor ist die Echo-Laufzeitmessung. Der Sensor strahlt zyklisch einen hochfrequenten Schallimpuls aus, der sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Luft fortpflanzt. Wenn er auf ein Objekt trifft, wird er reflektiert und das Echo gelangt zurück zum Sensor. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schalls und dem Empfang des Echos errechnet der Ultraschallsensor die Entfernung zum Objekt. In der Fabrikautomation und Landwirtschaft überwachen Ultraschallsensoren unzählige Arbeitsvorgänge und den Materialfluss. Ihren Einsatz finden sie u.a. in Anwesenheitskontrollen, Volumenstromregulierung, Höhenregulierung sowie bei der Füllstandsmessung und -überwachung.

 Die Ultraschallsensoren CRM+ von Microsonic decken mit fünf Tastweiten einen Messbereich von 30mm bis 8m ab.
Die Ultraschallsensoren CRM+ von Microsonic decken mit fünf Tastweiten einen Messbereich von 30mm bis 8m ab.Bild: Microsonic GmbH

Robust und transparent

Die Ultraschallsensoren CRM+ von Microsonic decken mit fünf Tastweiten einen Messbereich von 30mm bis 8m ab. Die Sensoren stehen wahlweise mit Schaltausgang (pnp/npn) und/oder Analogausgang (0-10V/4-20mA) zur Verfügung. Zusätzlich ist in der Sensorversion mit Schaltausgang IO-Link in der Version 1.1 integriert. Das Display zeigt den Abstandswert in mm/cm oder Prozent direkt am Sensor an. Die Anzeige unterstützt die einfache Einstellung des Sensors: Schaltpunkte für minimale oder maximale Füllstände bzw. Abstände können mit Hilfe der beiden Taster numerisch voreingestellt werden. So ist es möglich, den Sensor an schwer zugänglichen Einsatzorten im Vorfeld zu parametrieren und ihn anschließend einsatzfähig zu montieren. Die Sensoren kombinieren eine kompakte Edelstahlhülse mit einer mittels PEEK-Folie geschützten Wandlermembran. Diese Sensorausstattung erlaubt die berührungslose Füllstandsmessung auf aggressive Medien sowie Dünge- und Pflanzenschutzmittel in flüssiger wie auch fester Form. Bei Befüllvorgängen in Tanksystemen können Spritzer auf die Sensormembran gelangen. Diese Spitzer beeinflussen die Messung in der Regel nicht. Selbst bei dünnen Schmutz- oder Staubablagerungen auf dem Ultraschallwandler ist aufgrund der großen Funktionsreserve eine Füllstandsmessung in den meisten Fällen noch möglich. Sollte eine Reinigung des Schallwandlers dennoch erforderlich werden, ist diese einfach und leicht durchzuführen. Dies wird durch die Antihaft-Eigenschaften der PEEK-Schutzfolie auf der Sensoroberfläche unterstützt. Die Sensoren können bei einer Betriebstemperatur zwischen -25 bis +75°C eingesetzt werden. Über die IO-Link-Schnittstelle kann jeder einzelne Sensor mit dem IO-Link-Master in einer digitalen Punkt-zu-Punkt Verbindung unterhalb der Feldebene kommunizieren. Prozesswerte wie auch Identifikations-, Status- und Diagnosewerte können lückenlos zwischen Systemsteuerung und Sensor ausgetauscht werden. Grenzstände oder Schaltpunkte lassen sich einfach mit IO-Link einstellen. Darüber hinaus sind Anpassung des Erfassungsbereichs auf die jeweilige Tankgeometrien möglich. IO-Link vereinfacht Inbetriebnahme und Wartung einer Maschine oder Anlage. So können sie produktiver betrieben werden. Mit IO-Link wird volle Transparenz von der Steuerung bis in den Sensor ermöglicht.

Füllstandsmessung in staubiger Umgebung

Die kompakten Ultraschallsensoren können in zahlreichen Füllstandsanwendungen in rauen Umgebungen eingesetzt werden. Die Schutzklasse IP67 gewährleistet den Schutz vor Feuchtigkeit auch beim Einsatz im Außenbereich. Füllstände in Kies- oder Getreidesilos werden so trotz hoher Staubentwicklung sicher erfasst. Eine kontinuierliche Überwachung der Lagerbestände ist ein wichtiger Baustein zur intelligenten Vorratsplanung und Logistik. Bei der Füllstandskontrolle in Tanksystemen von Flüssigkeiten kann es bei regelmäßigen Befüll- und Entleerungsvorgängen zu turbulenten Oberflächen kommen. Die Messwertfilter in den Sensoren erlauben Wellenbewegungen auszublenden. Mithilfe der internen Einstellungen können Messwertschwankungen so geglättet werden. Zugleich werden Störfaktoren wie Rührwerke durch die Filter ausgeblendet. Die Filtereinstellungen können sowohl über IO-Link als auch am Sensor direkt vorgenommen werden.

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