APPLICATIONR

EPO

RTS

Erfolgsgeschichten aus der Praxis

3

Kusch+Co: Präzise Optos für perfekte Kanten 4 - 5

Hassia Mineralquellen: Permanente Schwingungsdiagnose 6 - 9

Gustav Eirich GmbH & Co KG: Weltweiter Zugriff auf den Sensor 10 - 13

KLN Ultraschall: Ultraschall-Reinigungsanlage mit AS-i 14 - 17

Zwettler Bier: Fit für die Zukunft 18 - 21

Schokoladenmuseum: Exakte Temperaturmessung 22 - 23

Wessel-Werk: RFID meets AS-i 24 - 25

Gritzke – Planierraupensteuerung: Automatik schafft Niveau 26 - 29

Gritzke – Baggertiefenkontrolle: Baggern mit System 30 - 31

NOBA Verbandmittel: Effiziente, neue Netzteile 32 - 33

Romfil: Prozessüberwachung Filtration 34 - 36

Automatisierung in der Landwirtschaft: Schwadverfolgung 38 - 40

Automatisierung in der PraxisMillionen ifm-Sensoren sind täglich welt-weit in unterschiedlichsten Anlagen und Maschinen im Einsatz. Unsere Kommunikations-und Steuerungssysteme bilden die Grundlage für einen reibungslosen Prozessablauf. Diese Broschüre zeigt Ihnen Beispiele aus verschiedenenIndustriebereichen. Erfahren Sie, wie und wo unsere Kunden ifm-Systeme einsetzen und welche „Erfolgs-

geschichten“ sie erzählen. Und vor allem: Lassen Sie sich inspirieren, wie Sie Ihre Anlagen mit unseren Lösungen einfach und zuverlässig automatisieren können. – Viel Spaß beim Lesen!

Andreas BiniaschRedakteur

Kontakt: andreas.biniasch@ifm.com

4

Applikationsbericht Kusch+Co

Bei der Bearbeitung von furnierten Ober-flächen dienen leistungsstarke Lichttasterzur Konturerkennung und sorgen für höch-ste Qualität beim Schleifprozess.

Das mittelständische Unternehmen Kusch+Co aus demsauerländischen Hallenberg ist Hersteller von design-orientierten Sitzmöbeln und Tischen für Objekteinrich-tungen. Weltweit sind die Möbel in zahlreichen interna-tionalen Architekturobjekten zu finden. Im Bereich„Airport Seating“ ist Kusch+Co in der Ausstattung vonWartezonen auf über 200 internationalen Flughäfeneiner der Weltmarktführer.Einer der zahlreichen Bearbeitungsschritte bei der Her-stellung von Möbeln ist das Glätten und Egalisieren vonfurnierten Oberflächen. Für großformatige Möbelplatten,zum Beispiel Tischplatten von Konferenztischen, wirdeine von Kusch+Co optimierte Langbandschleifmaschineder Firma Heesemann eingesetzt.Die Herausforderung beim Schleifprozess: Sowohl an denäußeren Rändern als auch an Aussparungen sollen dieKanten des hochwertigen Furniers nicht abgerundet angeschliffen werden. Deshalb dürfen die Schleifschuh-segmente, unter denen sich gerade kein Furnier be-findet, nicht angepresst werden. Aus diesem Grund

werden Kontur und mögliche Aussparungen des Werk-stücks bei jedem Durchlauf erfasst und an die Steuerungübergeben.

n Sensor ersetzt MechanikDas Problem dieser Langbandschleifmaschine lag in der Vergangenheit an der Abtastung der Tischplatten,denn diese Abtastung erfolgte mit mechanischen Tastern.Über Kipphebel mit Rollen wurde die Tischplatte erfasst

53 absenkbare Schleifschuhsegmente passen sich beim Glättender Oberfläche der Werkstückgeometrie an. Das verhindert unerwünschte abgerundete Schleifkanten.

Präzise Optos für perfekte Kanten

5

und von der alten SPS ausgewertet. Die SPS-Eingänge be-nötigen nur einen kleinen Strom von ca. 1 mA. Dadurchgab es immer wieder Probleme mit den Schaltkontaktender mechanischen Taster, da sie nicht mehr zuverlässigschalteten, wenn die Kontakte im Laufe der Zeit abnutz-ten. Weiterhin war die Abtastung durch die Rollen eingroßes Problem. Der Schleifstaub setzte die Lager der Rollen zu, deshalb kam es immer mehr zum Ausfall derRollen. Die Rollen kratzten dann Riefen in das Furnier undmachten die Tischplatte unbrauchbar.Gesucht wurde daher eine Lösung, die eine berührungs-lose Abtastung ohne mechanische Taster ermöglicht. DieAbteilung „Betriebstechnik“ der Firma Kusch+Co wurdebei Ihrem langjährigen Sensorlieferanten ifm fündig. DieFirma ifm stellte kostenlos ihre Lichttaster der BaureiheO6 zur Verfügung und nach umfangreichen Tests, wie z. B. die Reaktion der Lichttaster auf den Schleifstaub undauf unterschiedliche Farben der Furniere, bewies derLichttaster die Einhaltung der geforderten Kriterien. Indiesem Zuge wurde auch die SPS komplett erneuert unddie Abtastung der Lichttaster auf einem 19" Zoll Bild-schirm visualisiert, um eventuelle Fehlabtastungen imVorfeld zu erkennen.

n Kontur optisch erfassenNun erfassen 51 kompakte ifm-Lichttaster der BaureiheO6 die Kontur und Aussparungen der Möbelplatte vonvorne und weitere 51 Lichttaster von hinten, jeweils beimVor- und Zurückbewegen unter dem Schleifband. In Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie und denindividuellen Aussparungen steuern sie über eine SPS dieeinzelnen Schleifschuhsegmente in ihrem Andruckver-halten. So wird ein zu starker Druck an den Kanten durchbenachbarte Schleifschuhsegmente ausgeschlossen. DasErgebnis sind präzise, rechtwinklige Kanten.Die Anforderungen an die wie eine Scanner-Leiste ange-ordneten optischen Sensoren sind hoch: Unterschied-liche Furniere mit hellen, dunklen, matten oder glänzen-den Oberflächen müssen ohne Nachjustieren der Senso-ren zuverlässig erkannt werden. Zugleich muss der

Hintergrund, also die Auflagefläche, ausgeblendet wer-den. Je nach Stärke der Möbelplatte spielt sich dies imBereich weniger Millimeter ab. Deshalb sind Sensoren mitpräziser Hintergrundausblendung gefragt.

n Kleine Optos mit großer PerformanceDer Essener Sensorikspezialist bietet mit seinen Licht-tastern der Baureihe „O6“ passende Sensoren an. DieLichttaster O6H201 besitzen eine einstellbare Tastweitevon 2 bis 200 mm. Diese maximale Tastweite ist farbun-abhängig. Sie gilt sowohl für weiße Flächen mit 90 %Remission als auch für schwarze Oberflächen mit geradeeinmal 6 % Remission. Ein „Nachjustieren“ bei unter-schiedlich reflektierenden Oberflächen ist bei diesen ifm-Sensoren nicht notwendig.Die Lichttaster besitzen eine präzise Hintergrundaus-blendung. Je nach Abstand und Remissionsgrad der Ob-jektoberfläche lassen sich Abstände von nur wenigenMillimetern zuverlässig unterscheiden. Zudem ist die Hin-tergrundausblendung extrem störsicher: Selbst stark reflektierenden Hintergründen wie Edelstahl oder durchbewegte Maschinenteile verursachte Reflexionen beein-flussen die Erkennung nicht. Ermöglicht wird dies durcheine spezielle Empfangszeile im Sensor.Der klar begrenzte runde Lichtfleck von gerade einmal 8 mm Durchmesser (bei maximaler Tastweite) bietet einehomogene Lichtverteilung im Lichtkegel. Streulicht umden Lichtfleck herum, welches durch Reflexionen andereoptische Sensoren stören könnte, wird vermieden. Dasschafft zusätzliche Sicherheit insbesondere in dieser Applikation, bei der die Sensoren dicht nebeneinandermontiert sind. Die Einstellung der Tastweite erfolgt intui-tiv per Potentiometer. Hell- oder Dunkelschaltung ist perDrehschalter wählbar.

n FazitDie leistungsstarken optischen Sensoren der Baureihe O6gewährleisten optimale Schleifergebnisse – ein Parade-beispiel dafür, wenn zwei Weltmarktführer ihre Kompe-tenzen zusammenführen.

Kompakte, kleine Optos der Baureihe O6 mit bester Per-formance. Intuitiv und einfach ist auch das Einstellen von Tast- bzw. Reichweiten per Potentiometer und Drehschalter(H/D-Umschaltung).

Die Steuerung erhält durch die Sensoren ein „Bild“ des Werkstücks und steuert so das Absenken der einzelnen Schleifsegmente.

6

Applikationsbericht Hassia Mineralquellen

Vorausschauender AnlagenschutzPermanente Schwingungsdiagnose in der Mineralwasserabfüllung

Flaschen mit der Führungsschiene und untereinander,entstehen punktuelle Stoßbelastungen, die sich letzt-endlich über hunderte von Flaschen zu starken, unregel-mäßigen Vibrationen am Antrieb addieren. Die Lager amGetriebe und Motor müssen deshalb überwacht werden,um die Verschleißgrenze rechtzeitig voraussagen undeine Wartung durchführen zu können.

Um Stillstandzeiten durch ungeplante Ma-schinenausfälle zu vermeiden, setzt Hassia-Mineralquellen in der Flaschenabfüllungauf permanente elektronische Schwin-gungsdiagnose. Die Investition hat sichschon in der Pilotphase gerechnet: Ein sichanbahnender Schaden an einem Antriebwurde rechtzeitig erkannt und behoben.Somit wurde ungeplanter Anlagenstill-stand verhindert.Mit einem Jahresabsatz von rund 765 Millionen Litern istHassia-Gruppe einer der größten MineralbrunnenDeutschlands, der mit unterschiedlichen Unternehmens-töchtern und Marken Mineralwässer und alkoholfreie Er-frischungsgetränke in den oberen Preisklassen anbietet.Allein im Stammwerk im hessischen Bad Vilbel laufensechs Abfüllanlagen parallel im Dreischichtbetrieb. Leistungsstarke Antriebe transportieren die Flaschen überhunderte Meter durch die einzelnen Stationen – vom Rinser, Füller, Verschließer über die Etikettierung bis zurAbfertigung. Beim Übergang der Flaschen von einemTransportband auf das nächste sowie beim Anstoßen der

Sensoren erkennen rechtzeitig das Erreichen der Verschleiß-grenze am Motor-Getriebe-Block.

7

n Manuelles AbhörenEine weitverbreitete Methode, das Schwingungsverhal-ten zu überwachen, ist das manuelle akustische Abhö-ren mittels Stethoskop. Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineral-quellen, erzählt: „Früher haben wir manuell überwacht.Eine Person wurde zur Maschine geschickt, um denMotor abzuhören. Das war aber ein rein subjektives Emp-finden. Drei Personen, die mit einem Stethoskop einenAntrieb, Motor oder Getriebe abhören, empfinden je-weils etwas komplett Unterschiedliches. Dies manuelleAbhören hat noch einen entscheidenden Nachteil: Beidreimaligem Abhören hat man nie die gleichen Betriebs-zustände. Ich muss die Maschine im Drehen abhören,aber ich kann es nicht während des Abfüllbetriebs ma-chen, z. B. im Füller-Rinser-Bereich aus mikrobiologischenGesichtspunkten: Man kann in diesen Reinraum währenddes Abfüllens nicht hinein. Also kann man es nur am Wo-chenende machen, wenn nicht abgefüllt wird. Jedochhabe ich dann im Leerlaufbetrieb ein anderes Schwin-gungsverhalten. Und dann gib es noch Bereiche, zumBeispiel am Entetikettierer, wo Kardanwellen laufen, wodie Motoren und Getriebe eng verbaut sind. Dort kommtman im laufenden Betrieb gar nicht hin.“

n Elektronische SchwingungsdiagnoseEine andere Lösung zur Maschinendiagnose musste her.Automatisierungs- und Sensorikspezialist ifm bietet unterder Bezeichnung „efector 800“ solche Schwingungs-diagnosesysteme an. Schnell kam man zusammen. Gerhard Simon: „Wir haben uns dafür entschieden, aneiner unserer PET-Mehrweganlagen die ersten Versuchemit der elektronischen Schwingungsdiagnose zu machen.Einige Maschinen wie die Spiragrip, die Flaschenreini-gungsmaschine, Entetikettiermaschine, Abschrauber sowie der Füller-Rinser-Bereich wurden mit den Sensorenausgestattet.“Das System besteht zum einen aus Schwingungssenso-ren vom Typ VSA001 und zum anderen aus Auswerte-einheiten, Typ VSE100.

Die zylindrischen Sensoren werden mittels Bohrungen direkt in den Motor oder Getriebeblock verschraubt. Sieerfassen kontinuierlich die Vibrationen an nicht-rotieren-den Maschinenoberflächen. Sie arbeiten mit kapazitivemMessprinzip und sind durch ihren speziellen mikrome-chanischen Aufbau (MEMS) frei von Sättigung und triboelektrischen Störeinflüssen. Ein integrierter Selbst-test bietet zusätzliche Sicherheit.

Die Auswerteeinheit Typ VSE überwacht bis zu 32 Schwingungsindikatoren (Objekte) an bis zu 4 unter-schiedlichen Messpunkten an denen ein Schwingungs-aufnehmer vom Typ VSA angebracht ist.

Sensoren erlauben Schwingungsdiagnose auch an Stellen, dieman im laufenden Betrieb aus Sicherheitsgründen nicht erreichenwürde.

Schwingungssensoren an den Antrieben erfassen selbst kleinste Vibrationen.

Die Auswerteeinheit VSE100 wertet die Signale von bis zu vierSchwingungssensoren aus.

8

Applikationsbericht Hassia Mineralquellen

Über Schaltausgänge lassen sich Voralarm und Haupt-alarm ausgeben und wie hier bei Hassia per Leuchtmel-der signalisieren. Per Ethernet TCP/IP kommuniziert dieAuswerteeinheit beispielsweise mit der Maschinensteue-rung oder der Leitebene.Gerhard Simon: „Hier habe ich ein wertefreies System,wo ich meine Grenzwerte definieren kann und sagenkann „ok, das ist mein Level, den will ich nicht über-schreiten, da muss ich einschreiten und mechanisch ir-gendetwas verbessern, beispielsweise durch Schmierungoder den Austausch von Bauelementen“. Das war vorhernicht gegeben.“

n Bewährungsprobe bestandenSchon kurze Zeit nach der Installation hat die Schwin-gungsdiagnose ihre erste Bewährungsprobe bestanden.

„Bereits nach wenigen Wochen hatten wir erste Erfolge,als durch die Schwingungsdiagnose ein sich anbahnenderAnlagenstillstand durch eine mechanische Störgröße er-kannt wurde. Wir konnten rechtzeitig reparieren und soden Anlagenausfall verhindern.

Am PC in der Leitwarte lässt sich das Schwingungsverhalten visualisieren, zudem kann der Betreiber Grenzwerte setzen(gelbe und rote Linie für Vor- und Hauptalarm).

Die gelben Leuchtmelder gaben Voralarm. Dann hat mandie Maschine an einem Wochenende genau inspiziertund festgestellt, dass an einem Transferstern, wo die Flaschen vom Rinser zum Füller übergeben werden, eineLagerstelle erhöhtes Spiel aufwies und zudem eine Kardanwelle, die den Rinser und den Verschließerblockantreibt, unrund lief und damit Schwingungen im Ge-samtsystem verursacht hat. Diese Störquellen konntenwir bei einem geplanten Stillstand reparieren und so ver-hindern, dass wir zu einem ungeplanten Stopp mitten inder Produktion kommen, was in einem Dreischichtbetriebnatürlich fatale Folgen gehabt und immense Kosten nachsich gezogen hätte.“, so Gerhard Simon.

n RundumschutzNeben der Vor-Ort-Anzeige des Schwingungszustandsmittels Leuchtmelder lässt sich die Auswerteeinheit perEthernet TCP/IP auch mit dem Leitstand vernetzen.

Hier plant Hassia einen weiteren Ausbau seiner Anlage.Instandhaltungsleiter Simon: „Momentan ist eine einzigeAnlage vernetzt auf den Arbeitsplatz eines Mitarbeiters.Wir werden das aber sukzessiv ausbauen. Die anderendrei Anlagen sind momentan noch durch Bedienperso-nal überwacht, die dann der Instandhaltung Meldung erstatten, wenn ein gelber Voralarm oder ein roter Haupt-alarm auf den Leuchtmeldern angezeigt wird. Dann kön-nen wir rechtzeitig reagieren. Ziel ist, dass wir in derInstandhaltung permanent den Zustand unserer Anlagenonline verfolgen können. Bislang überwachen wir vierMaschinen in unserer Pilotanlage. In Zukunft wollen wirdie gesamte Anlage mittels Schwingungsdiagnose über-wachen und dokumentieren, aus welchem Schadens-ereignis heraus was gewechselt werden musste, um dieAnlage gegebenenfalls weiter zu optimieren. Auch

Gerhard Simon, Instandhaltungsleiter bei Hassia-Mineralquellen in Bad Vilbel.

Visuelle Zustandskontrolle vor Ort: Die Leuchtmelder für „Voralarm“ und „Hauptalarm“.

9

wollen wir die Kosten erfassen, um nachzuweisen, dasssich die Investition in das Diagnosesystem gelohnt hat.Ich habe noch ganz viele weitere Ideen für das System:Wir haben noch unzählige Pumpen in solchen Anlagen,die überwachungswürdig sind und noch ganz viele Ne-benstellen und Nebenantriebe, die man überwachenkönnte, um jederzeit einschreiten zu können, bevor sichein Stillstand anbahnt.“

n Vorreiter gelobtDie Entscheidung, die Prozesssicherheit mittels perma-nenter Schwingungsdiagnose abzusichern, wurde auchbeim jährlich stattfindenden IFS (International FeaturedStandards)-Audit, einer in der Lebensmittelbrache üb-lichen Zertifizierung, besonders gewürdigt.

Gerhard Simon: „Wir sind in der Getränkeindustrie wohlder erste Abfüllbetrieb, der angefangen hat, mit der ifm-Schwingungsdiagnose zu arbeiten. Im Abschlussberichtwurde löblich erwähnt, dass wir in der Instandhaltungmittlerweile anfangen, mit solchen Systemen die Anlagezu überwachen, was sich logischerweise auch auf dieProduktsicherheit auswirkt. Denn wenn sie einen Still-stand in einer Anlage haben, muss diese dann leerge-fahren werden. Dieses Leerfahren wird notwendig, umeine Verkeimung der gereinigten Flaschen, die ja im

Reparaturfall auf den Bändern stehen oder aber eine Verkeimung im Reinraum, sollte in diesem gearbeitetwerden, zu vermeiden. So kann aus einer Reparatur, diean sich nur 30 Minuten dauert, ein ungeplanter Stillstandvon bis zu 2 Stunden entstehen. Das hat unnötige Kosten zur Folge.“

n FazitDer Verschleiß von Maschinenteilen lässt sich nicht ver-hindern. Doch mit der permanenten Schwingungsdia-gnose werden Schäden zuverlässig und rechtzeitigerkannt. Die Instandhaltung wird planbar. Mit ver-gleichsweise geringer Investition lassen sich dann teureAnlagenausfälle verhindern, was sich letztendlich auchpositiv auf die Produktqualität auswirkt.

Verschiedene Maschinen in der Abfüllung werden mittelsSchwingungsdiagnose überwacht.

10

Applikationsbericht Gustav Eirich GmbH & Co. KG

Die Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH &Co KG vernetzt ihre Anlagen auf der Sensor-ebene mit IO-Link. Das ermöglicht eine fein-granulare Prozessüberwachung bis hinunterin jeden einzelnen Sensor und Aktuator. Parametrierung und Diagnose erfolgen vonzentraler Stelle. Sogar der weltweite Zugriffauf jeden einzelnen Sensor ist möglich. Dasbietet dem Anlagenbetreiber maximaleTransparenz in der Prozessüberwachungund Fernwartung.

Die Maschinenfabrik Gustav Eirich, ein familiengeführtesUnternehmen mit 150-jähriger Geschichte und weltwei-ter Präsenz, ist ein Technologieführer auf dem Gebiet derMaterialaufbereitung und stellt unter anderem Misch-systeme für unterschiedliche Branchen her.

Weltweiter Zugriff auf den SensorAnlagensteuerung kommuniziert über IO-Link bis in den Sensor

Aufwendige Prozesstechnik: Im Kondensator oberhalb des eigentlichen Mischsystems über-wachen und regeln unterschiedliche Sensoren und Aktuatorenden Prozess.

11

n KommunikationIO-Link-Sensoren beherrschen drei Arten der Kommuni-kation:• Schaltzustand binär

(Arbeitsweise wie herkömmliche Sensoren).

• Zyklische Prozessdaten (z. B. digitale Übermittlung von Messwerten).

• Übertragung von Geräteparametern und Diagnosedaten(z. B. „Fehler Sensorelektronik“, „Gerätetemperatur zu hoch“ oder „Lichtschranke verschmutzt“).

Die Verbindung des „letzten Meters“ erfolgt über ein ungeschirmtes 3-adriges M12-Standardkabel mit bis zu20 m Länge. Prozessdaten, wie z. B. Messwerte, werden digital übertragen. Das reduziert Digital / Analog- bzw.Analog / Digital-Wandlungsverluste auf ein Minimum.Damit kann beispielsweise die hohe Genauigkeit einerDruckmesszelle verlustfrei von der Steuerung verarbeitetwerden. Im Kommunikationsmodus werden pro Zyklusz. B. 16 Bit Prozessdaten übertragen. Mit einer Baudratevon 38,4 kBaud liegt die Zykluszeit bei 2,3 ms. Pro Zykluskönnen bis zu 32 Byte Prozessdaten in beide Richtungen(Input / Output) übertragen werden.

Ein aktuelles Beispiel ist ein hochkomplexes Mischsystem,das mittels exothermischer Reaktionen unter VakuumBleipastiermasse für Autobatterien produziert. Auf-wendige Prozesstechnik regelt dabei Druckverhältnisse,Temperaturen, Feuchtigkeit und Flüssigkeitszufuhr.Ein maßgebliches Prozessglied ist der Kondensator, derauf einer Plattform über dem eigentlichen Mischer sitzt.Er kühlt die dem Mischer entzogene warme Luft undführt die dabei kondensierte Feuchtigkeit wieder demProzess zu. Im Kühlkreislauf des Kondensators sitzen inder Zuführung und im Rücklauf Durchfluss- und Tem-peratursensoren von ifm, die den Durchfluss präzise über-wachen. Das Besondere dieser ifm-Sensoren: Sie sind mitIO-Link ausgestattet.

n Schnittstelle für den „letzten Meter“.IO-Link ist eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuatorik an einSteuerungssystem. Es ermöglicht in Verbindung mit an-deren Bussystemen und Netzwerkebenen erstmals einedurchgehende vertikale Kommunikation von der Leit-ebene bis hinein in den einzelnen Sensor. Dabei ist IO-Link kein weiteres Bussystem, sondern eineErgänzung für die Verbindung des „letzten Meters“ zumSensor bzw. Aktuator. Im Gegensatz zu klassischen Feld-bussystemen findet keine Busverdrahtung, sondern eineParallelverdrahtung statt.IO-Link eignet sich sowohl für binäre als auch für ana-loge Sensoren. Die Besonderheit von IO-Link-Sensorenist die Erweiterung des Schaltzustandkanals um eineKommunikation. Diese liegt auf dem gleichen Anschlusswie der Schaltausgang bei konventionellen Sensoren (Pin 4 bei einem M12-Stecker). Der Signalpegel liegt beistandardisierten 24 V DC. Somit können alle bisherigenAnschlussleitungen für IO-Link-Geräte weiter verwendetwerden. IO-Link-Sensoren sind 100-prozentig abwärts-kompatibel zu herkömmlichen Sensoren.

Mit IO-Link vernetzt: Der ifm-Durchflusssensor SM9000 sitzt im Kühlkreislauf desKondensators. Prozesswerte, Parameterwerte und Diagnose-informationen werden über IO-Link zwischen Sensor undSteuerung ausgetauscht.

Schnittstelle für den letzten Meter:IO-Link ist eine herstellerübergreifende Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuato-rik auf der Feldebene. Damit können Sensoren über sämtlicheKommunikationsebenen parametriert, Anlagenzustände diagnostiziert und Messwerte verlustfrei übertragen werden.

12

Applikationsbericht Gustav Eirich GmbH & Co. KG

n Einfacher GerätetauschDas Parametrieren von Sensoren und Aktuatoren kann ausder Leitebene „per Knopfdruck“ oder gar automatischerfolgen. Aufwendiges Parametrieren jedes einzelnenSensors vor Ort, wie z. B. bei Rezeptur- oder Werkzeug-wechseln, gehört der Vergangenheit an. Die Datenhal-tung im IO-Link-Master ermöglicht einen einfachen undsicheren Austausch von Geräten. Sobald ein defektesGerät mit einem neuen, identischen ersetzt wird, erkenntder IO-Link-Master dies und schreibt die gespeichertenParameter des Vorgängers in das neue Gerät. Alternativ zur Parametrierung über die Steuerung bietetifm datalink die Software LINERECORDER SENSOR an. Sieermöglicht das Parametrieren von IO-Link-Sensoren vomPC mittels USB-Adapter. Weitere Funktionen sind dasAufnehmen und Verteilen von Parametersätzen (Duplizieren), das Erfassen und Auswerten von Sensor-werten über einen längeren Zeitraum sowie das Zurück-setzen von Sensorparametern auf Werkseinstellung.Durch den Import von Sensorbibliotheken (IODDSs) lassen sich auch IO-Link-Sensoren anderer Hersteller mitLINERECORDER SENSOR verwalten.Eine weitere Möglichkeit der „Datensicherung“ für IO-Link-Sensoren ist der Memory Plug. Dieser kompakte Bausteinerlaubt das komfortable Kopieren und Sichern von Sensorparametern. Sobald ein Datensatz im MemoryPlug enthalten ist, wird dieser bei Anschluss eines typ-gleichen Sensors aus dem Speicher des Memory Plug inden neuen Sensor kopiert. Der Memory Plug kann zum Parametrieren einfach tem-porär auf den Sensor gesteckt werden. Alternativ kann er auch dauerhaft zwischen Anschlusskabel und Sensorverbleiben, ohne die Funktionsweise oder die Ausgangs-signale des Sensors im Betrieb zu beeinflussen.All dies spart Zeit und vermeidet Parametrierungsfehlerbei der Inbetriebnahme oder bei einem Geräteaustausch.

n Warum IO-Link?Mechatronik-Ingenieur Hendrik Blatz, zuständig fürSensorik bei EIRICH, erklärt die Beweggründe, die Misch-systeme komplett mit IO-Link auszustatten: „Unsere Anlagen sind prozesstechnisch sehr komplex undaufwendig, daher haben wir einiges an Prozessmess-technik im Feld verteilt. Die Inbetriebnahme stellt sichdann aufgrund der Parametrierung dieser Instrumenteoft als relativ komplex und aufwendig heraus. Daherhaben wir eine Lösung gesucht, diese Instrumente vonzentraler Stelle aus zu parametrieren und auch zu diagnostizieren.“

Bei EIRICH lassen sich die Sensoren dank IO-Link von derLeitwarte aus fernparametrieren. Das ist besonders vor-teilhaft, da die Sensoren bei großen Anlagen oft weit imFeld verteilt liegen, zum Beispiel oben auf einem Silo oderunten im Keller. Bei kleinen, kompakten Anlagen oderMaschinen dagegen sind Sensoren oft eng verbaut unddaher nur schwer erreichbar. Auch hier trumpft die Fern-parametrierung via IO-Link. Der Austausch von Sensorenist dank IO-Link besonders sicher, da die Parameter vonder Steuerung automatisch auf das Ersatzgerät übertra-

Jedes Detail im Blick: Vom Leitstand aus hat der Bediener Zugriff auf jeden einzelnenSensor und Aktuator in der Anlage. Das erleichtert die Diagnose.

Detaillierte Visualisierung: So zeigt sich der Durchflusssensor im Leitstand: Dank IO-Linkwird nicht nur die aktuelle Durchflussmenge übertragen, son-dern gleichzeitig auch Medientemperatur und Gesamtmenge.

Einfachste Datenhaltung für IO-Link-Sensoren: Der Memory Plug ist ein „Speicherstecker“. In Verbindung mitIO-Link-Sensoren eingesetzt, liest er Daten bzw. Parameter ausund speichert sie.

13

gen werden. Falsche Sensoreinstellungen durch denMonteur sind somit praktisch ausgeschlossen. Zudemüberprüft die Geräteidentifikation, ob das vorgeseheneGerät am Port angeschlossen ist.Neben der Parametrierung spielt die Prozessüberwa-chung eine entscheidende Rolle. Auf der Visualisierungim Leitstand werden die Sensoren mit sämtlichen Para-metern und Messwerten abgebildet und ausgewertet.Dazu Blatz: „Durch den Einsatz von IO-Link können wirin unserem Prozessleitsystem bis runter in die Feldebeneschauen. Wir können die Geräte parametrieren, wir er-halten Diagnoseinformationen zu den Geräten und kön-nen dadurch auch im Zuge des Condition Monitoringseiniges an Profit für unsere Anlagen herausholen.“Denn durch die Verknüpfung und Auswertung von Mess-werten und Diagnosedaten lassen sich kritische Anla-genzustände, wie zum Beispiel Verschleiß oder schädlicheAblagerungen, frühzeitig erkennen und beheben. Ungeplante Maschinenstillstände lassen sich somit wei-testgehend vermeiden.

n Herstellerunabhängiger StandardEin weiteres Argument für EIRICH ist die Herstellerunab-hängigkeit von IO-Link. „Wir liefern unsere Maschinenund Anlagen weltweit in die unterschiedlichsten Bran-chen und müssen aufgrund dessen die nationalen Be-

stimmungen erfüllen. Daher ist für uns wichtig, einensehr offenen Standard einzusetzen.“ so Hendrik Blatz.Über entsprechende Module kann IO-Link über gängigeBussysteme, wie zum Beispiel AS-i oder Profibus, mit derSteuerung kommunizieren.

„Wegen der wechselnden Anforderungen ist es für unsbesonders wichtig, dass der Standard, den wir einsetzen,feldbusunabhängig ist und auch unabhängig vom über-geordneten Steuerungssystem.“Die Spezifikationen des hersteller- und feldbusunabhän-gigen Systems sind durch das IO-Link-Konsortium bei derIEC 61131-9 (NP) verabschiedet und veröffentlicht wor-den. Die ifm als Sensorhersteller ist Mitglied im IO-Link-Konsortium und maßgeblich an der Umsetzungder Spezifikation beigetragen.

n FazitIO-Link-fähige Sensoren sorgen für größtmögliche Trans-parenz in der Anlage. Neben der zentralen Parametrie-rung ist auch die umfassende Diagnose für dieAnlagenwartung und Fehlerdiagnose ein dickes Plus.Dazu resümiert Hendrik Blatz abschließend: „Wir können aus der Ferne über unseren VPN-Tunnel aufdie Anlage zugreifen, zum Beispiel: Wie ist der Sensordort eingestellt? Hat er ein Problem? Kurzum: Weltwei-ter Zugriff bis auf den Sensor. Das ist wirklich klasse“.

Maximale Transparenz: Mit IO-Link lassen sich sämtlicheSensorparameter anzeigen, einstellen, auslesen und in derAnlagensteuerung ablegen.

14

Applikationsbericht KLN Ultraschall

In unzähligen Produktionsbereichen wird die Ultraschall-reinigung eingesetzt. Häufig nach mechanischen Bear-beitungsprozessen, nach denen das Werkstück zurweiteren Verarbeitung oder Veredelung absolut frei vonSchleifpartikeln oder anderen Anhaftungen sein muss.

In 30.000 Schwingungen pro Sekunde ver-setzt, löst Wasser durch ultra-feine Kavi-tationsexplosionen selbst mikroskopischkleine Schmutzpartikel von Oberflächenoder aus feinsten Spalten. Und das auch anStellen, die von außen beispielsweise miteinem Wasserstrahl nicht erreichbar sind.Die Firma KLN Ultraschall aus Heppenheimhat sich auf den Bau solcher Anlagen fürden weltweiten Einsatz spezialisiert. Ebenso sauber wie die gereinigten Gegenständeist die steuerungsseitige Auslegung der An-lage: Denn anstatt aufwendiger Kabel-bäume kommt das schlanke BussystemAS-Interface zum Einsatz.

Sämtliche Sensorik ist über Module an das Bussystem AS-Interface (AS-i) angeschlossen.

Eine saubere SacheUltraschall-Reinigungsanlage komplett mit AS-i verdrahtet

15

Ein Beispiel ist die Entfernung des feinen Schleifstaubs inder Glasbearbeitung, etwa bei der Herstellung optischerLinsen. Auch in der Materialaufbereitung kommt die Ul-traschallreinigung zum Einsatz. Die hier gezeigte Anlagedient zur Reinigung mikroskopisch kleiner Düsen, die beider Herstellung von Kunststofffasern eingesetzt werden.

So weit wie das Einsatzgebiet, so breit ist auch das Spektrum der Anlagen: von kleinen, standardisiertenKompaktgeräten bis hin zu individuellen, garagengroßenAnlagen. Oftmals sind die Reinigungsanlagen fester Bestandteileines Produktionsprozesses. Ein Ausfall stoppt den gesamten Prozess. Deshalb ist maximale Zuverlässigkeitgefragt. Und im Fall einer Störung muss sich der Fehlerschnell lokalisieren lassen. Neben zuverlässiger Sensorikund Aktuatorik ist auch deren Verkabelung maßgeblichfür Zuverlässigkeit und Diagnosefähigkeit.Hier spielt das eingesetzte Feldbussystem AS-Interface(Aktuator-Sensor-Interface, kurz AS-i) seine Vorteile aus.Statt komplexer und nur schwer zu durchschauender Kabelstränge läuft Kommunikation auf Sensorebene überein schlankes, zweiadriges AS-i Buskabel.

Dazu Dieter Bickelhaupt, Bereichsleiter Reinigungs-technik bei KLN: „Baugröße, Flexibilität und der sehrschnelle Aufbau, dezentral an jeder Stelle der Anlage,sind für uns maßgebliche Vorteile von AS-i“. Wie bei denSensoren setzt KLN auch bei der Feldbus-Kommunikationauf Lösungen von ifm. Der Automatisierungsspezialistbietet vom Abgriff über I/O-Module bis hin zum Master-Gateway sämtliche Komponenten für eine umfassendeKommunikationslösung mit AS-Interface an.„Wir waren damals einer der ersten Kunden von ifm, dieAS-i eingesetzt haben, mit durchschlagendem Erfolg, derbis heute noch gut von ifm bekleidet wird. ifm hat einProgramm, das für unsere Anwendungen einfach gesagtoptimal passt“, so Dieter Bickelhaupt.

n Herstellerübergreifender StandardAS-i ist ein herstellerübergreifender Standard für den Anschluss von Sensoren und Aktuatoren auf der erstenFeldebene. Es ist weltweit das einzige international akzeptierte Verdrahtungssystem und genormt nach IEC 62026-2. Mit über 15 Millionen installierter Slaveshat es sich als kostengünstiger und robuster Zubringerbusfür alle industriellen Steuerungen bewährt.

Aufgrund des standardisierten Systems, des geringen Ver-drahtungsaufwands und dank der werkzeuglosenSchnellverbindungstechnik bietet AS-i einfaches „Plug &Play“ bei der Installation und Inbetriebnahme. Ein weite-rer nicht zu unterschätzender Vorteil: Die Reduktion derKlemmstellen führt zu einem deutlich geringeren Doku-mentationsaufwand.Dieter Bickelhaupt: „Früher haben wir konventionellverdrahtet, d. h. mittels Klemmkastensystem und direktüber die Ein- und Ausgänge der SPS. Die Verdrahtungwar umfangreich und nahm viel Platz in der Anlage bzw.im Schaltschrank ein.“Bei AS-i dagegen werden sowohl Daten als auch Energiefür die angeschlossene Sensorik / Aktuatorik gemeinsamüber ein zweiadriges Flachkabel übertragen. Die verpo-lungssichere Durchdringungstechnik hilft dabei, Fehlerbei der Installation zu vermeiden. Der modulare Aufbauund die frei wählbare Netzstruktur folgen konsequent derAnlagenstruktur und bieten dem Anlagenentwickler maximale Flexibilität.

Über diese Auszüge kann der Anwender nach dem Reinigungs-prozess die Werkstücke entnehmen.

Diese sicherheitsgerichteten AS-i Türschalter mit Zuhaltung sorgen dafür, dass die Auszüge nicht während des Reinigungs-prozesses versehentlich geöffnet werden können.

„Safety at Work“: Dieser induktive Sicherheitssensor zur Posi-tionsüberwachung ist per AS-i mit der Steuerung verbunden.

16

Applikationsbericht KLN Ultraschall

n Alles über ein gelbes KabelFür die Prozesssteuerung sind unterschiedlichste Sensorenund Aktuatoren in der Reinigungsanlage verbaut: Hierdienen induktive und optische Sensoren zur Positions-überwachung der Behälterwagen, in denen die zu reini-genden Teile manuell zu- und abgeführt werden.Prozesssensoren überwachen Temperatur und Füllstandder Flüssigkeiten in den Reinigungsbehältern. Sowohl binäre Schaltsignale als auch analoge Prozesswerte wieTemperaturwerte werden über den AS-i Bus an die Steue-rung übertragen. Ein Beispiel für Sensoren mit kombinierter Aktuatorik sinddie sicheren AS-i Türschalter mit Zuhaltung. Wenn sie vonder Steuerung über AS-i ein „Freigabesignal“ erhalten,geben sie die Verriegelung frei und der Auszug kann geöffnet werden. Somit wird verhindert, dass der An-wender versehentlich während des Reinigungsvorgangsoder während des Bestückens den Auszug aus der Anlage ziehen kann.

n AS-i kann auch „sicher“Die Anlage enthält u. a. sicherheitsgerichtete Einrichtun-gen. Neben den Türschaltern mit Verriegelungsaktuatoriksind das vor allem NOT-AUS-Taster und induktive Sicher-heitssensoren zur Positionserfassung. Hier spielt AS-i einen weiteren Trumpf aus: Auch sicher-heitsgerichtete Signale können dank des erweiterten AS-iStandards „Safety at work“ über das gelbe Flachkabelübertragen werden. Eine separate Leitung für sicher-heitsgerichtete Signale ist nicht erforderlich. Spezielle Sicherheitsmodule überwachen die Kommunikation aufdem Bus. Sicherheitskomponenten bis zur höchstenSteuerungskategorie 4 nach EN 954-1, SIL 3 nach IEC 61508 und EN ISO 13849-1 / PL e lassen sich überAS-i anschließen.

n Vom Sensor bis in die Anlagensteuerung Der konkrete Anschluss von Sensoren und Aktuatoren er-folgt über die Ein- / Ausgabemodule, im AS-i Netzwerkauch als “Slave“ bezeichnet. In der Regel werden dieseModule sensornah an dezentraler Stelle montiert. Sie stel-len über standardisierte M12-Anschlüsse die Verbindungzwischen Sensorik / Aktuatorik und dem AS-i Bus her.Letzterer wird in Form eines gelben zweiadrigen Flach-kabels in das Modulunterteil eingelegt.Die Durchdringungstechnik stellt eine zuverlässige Ver-bindung her. Der Vorteil dieser Montage: Die Module lassen sich einfach, auch nachträglich, an beliebiger Stellean das Buskabel anschließen. Auch eine Erweiterungeiner Anlage um zusätzliche Sensoren und Aktuatoren ist dank AS-i sehr einfach, schnell und kostengünstig rea-lisierbar.

ifm bietet verschiedene Module für den Schaltschrank,die Feldmontage oder als Platinenlösung an. Erhältlichsind diese mit unterschiedlichen Konfigurationen an digitalen Ein- / Ausgängen, analogen Ein- / Ausgängenoder speziellen Anschlüssen, etwa für Pt-100-Tempera-tursensoren.

Sichere AS-i-Eingangsmodule können in Schaltschränken oderVor-Ort-Kästen eingesetzt werden, um konventionelle, sichereSensoren wie NOT-AUS- oder Türschalter anzuschließen. AlleStatusanzeigen erfolgen über frontseitige LEDs.

Unterschiedliche AS-i Module für normale (orange) und sicher-heitsgerichtete (gelb) Kommunikation.

Passive Flachkabelabgriffe zum Anschluss intelligenter AS-i Sensoren / Aktuatoren an das gelbe Flachkabel.

17

Darüber hinaus bietet ifm sogenannte „intelligente“ Sen-soren und Aktuatoren mit integrierter AS-i Busanschal-tung an, zum Beispiel Pneumatikventile, induktive AS-iSensoren oder die hier verwendeten NOT-AUS-Taster.Diese benötigen kein spezielles AS-i Modul und könnenals „Slave“ direkt per Flachkabelabgriff an die AS-i Leitung angeschlossen werden.

n Master / GatewayHerzstück eines jeden AS-i Netzes sind sie sogenannten„Master“. Das sind eigenständige Controller, die den„Busverkehr“ managen. Zugleich bieten sie eine leistungsstarke SPS-Funktionalität und sind vom Anwen-der programmierbar, um Sensor- und Aktuatorsignale zuverarbeiten und somit als eigenständige, dezentraleSteuerung zu arbeiten.Zudem besitzen sie oftmals eine Gateway-Funktionalität,um etwa per Profinet oder Profibus mit der übergeord-neten Steuerung oder Leitebene zu kommunizieren. Je nach Ausführung lassen sich an diesen Mastern einoder zwei AS-i Kabel mit jeweils bis zu 248 binären Sensoren und 186 Aktuatoren anschließen.

Herzstück: Doppel AS-i Master für zwei AS-i Stränge mit Profinet-Gateway. Zur Energieversorgung bietet ifm passende AS-i Netzteile an.

n FazitUnter dem Strich zählt das Ergebnis: Verdrahtungsauf-wand, Dokumentationsaufwand und Inbetriebnahme-zeiten werden durch AS-i signifikant reduziert. DieDezentralisierung der AS-i Teilnehmer führt zu kleinerenund preiswerten Schaltschränken. Unübersichtliche Kabeltrassen werden vermieden. Einfache Diagnose undein übersichtlicher Anlagenaufbau führen zu hoher An-lagenverfügbarkeit und reduzieren zugleich die Kostenfür Montage und Diagnose.Dazu abschließend Dieter Bickelhaupt: „Da die Verbin-dungsleitungen zu den Schaltern und Ventilen alle mitvorkonfektionierten Kabeln erfolgen, ist dies eine enormeZeitersparnis, zudem verhindert es Fehlerquellen. Die Kosteneinsparung durch den Einsatz von AS-i lässt sichnicht genau ermitteln. Ich denke jedoch wenn man allesbetrachtet, also auch die Größe des Schaltschranks, Platz-bedarf in der Anlage, dezentrale Anwendung und Flexi-bilität auch durch die Ergänzung des Safety-Systems vonifm, dazu die gute Dokumentenerstellung, so sind das sicher 10-15 %. Dazu Arbeitszeiteinsparung bei der Mon-tage, Dokumentation und Fehlersuche.“

18

Die Privatbrauerei Zwettl investierte rund15 Millionen Euro in den Ausbau und dieModernisierung des Standortes im gleich-namigen Ort in Niederösterreich. Sie istdamit europaweit einzigartig gut aufge-stellt, um höchst flexibel qualitativ hoch-wertige Biere vollautomatisch zu brauen.

Die neuen energiesparenden Anlagen helfen, den Ressourcenbedarf zu senken und damit noch umwelt-schonender zu agieren. Umfangreiche Sensoren sorgendabei für Prozessrückmeldungen und Diagnosedaten derBrauanlagen bis in die Leitebene.Das detaillierte Engineering wurde von der M&L Consultingaus St. Gallen und der Firma Corosys aus Hofheim miteiner individuellen Konstruktion und der vollständigenAutomation realisiert. Als führende Ausrüster für die Brau- und Getränkeindustrievertrauen die Firmen M&L Consulting und Corosys auf dasbreite Produktportfolio mit Sensorik und Steuerungs-systemen von ifm electronic, die höchste Prozesssicherheitund Anlagenverfügbarkeit garantieren.Dies ist wichtig, um die geforderten Normen und Richt-linien zu erfüllen. Speziell in der Lebensmittelindustrie sindeine hohe Temperatur- und Reinigungsbeständigkeit sowieSchutzart IP 68 / 69K gefordert.

n Sensorik im KaltbereichDie Prozesskette der Brauerei ist im Groben in drei Berei-che gegliedert: Sudhaus, Kaltbereich und Abfüllung. AusSicht der Prozesssensorik ist der Kaltbereich der interes-santeste Teil. Unzählige Druck-, Durchfluss- und Tempe-ratursensoren sind an den Tanks und Rohrleitungenmontiert. Sämtliche Ventile sind mit induktiven Sensorenzur Positionsabfrage ausgestattet.

Folgende Beispiele zeigen, wie Corosys in der Brauerei Zwettldie Applikationen mit Hilfe von ifm-Sensoren gelöst hat.

Applikationsbericht Zwettl Brauerei

Temperaturen, Drücke oder Füllstände: Unterschiedliche Sensoren überwachen den Prozess.

Zwettler Bier zuverlässig automatisiert

19

n Elektronisches Manometer in der Kieselgurfiltrationsanlage

Nach dem Gär- u. Lagerprozess gelangt das unfiltrierte Bierzur Kieselgurfiltrationsanlage. Hier werden Hefezellen undTrübstoffe herausfiltriert.Mittels Differenzdruckmessung wird der Zustand des Fil-ters überwacht. Dazu wird das vollelektronische Kontakt-manometer PG2894 eingesetzt. Es vereint die Vorteileeines elektronischen Drucksensors mit einer einfach ab-lesbaren Manometeranzeige. Der Druckaufnehmer besitzt ein hygienisches, frontbün-diges Design, wahlweise mit konischem G1-Gewindeoder Aseptoflex-Vario-Prozessanschluss. Dieser Prozess-anschluss erlaubt auch mit den erhältlichen Adapterneinen hygienegerechten frontbündigen Einbau.In Kombination mit der ecolink-Kabeldose der Serie EVTin M12-Ausführung ist mit IP 68 / IP 69K höchste Dichtig-keit im Nassbereich gegeben. Dank der Temperaturbe-ständigkeit ist das vollelektronische Kontaktmanometerauch für CIP (Cleaning-In-Place)- / SIP (Sterilising-In-Place)-Prozesse bestens geeignet.Die große Zeigeranzeige, die integrierte digitale Prozess-wertanzeige sowie der LED-Bargraph zur Schaltpunkt-oder Trendanzeige bieten dem Betreiber höchsten Ablesekomfort. Mit der hohen Gesamtgenauigkeit von0,2 % ist das Gerät auch für sensible Prozesse einsetzbar.

n Temperaturüberwachung bei der Herstellung von Mischgetränken

Neben dem reinen Bier produziert Zwettl auch Mischge-tränke wie das beliebte „Radler“ – Bier mit Zitronenli-monade. An der Mischstation werden dafür Zusatzsstoffeaus verschiedenen Tanks miteinander gemischt. Für einenoptimalen Prozessablauf sind definierte Medientempera-turen erforderlich.An den Tanks leiten Temperaturtransmitter vom Typ TA34den Temperaturwert per Analogsignal (4…20 mA) an dieAnlagensteuerung. Dank hygienischem ProzessanschlussG 1/2 und V4A (1.4404)-Gehäusewerkstoff ist der direkteKontakt mit dem Medium absolut unproblematisch. Die

hochgenauen Pt1000-Messelemente der Genauigkeits-klasse A liefern präzise Messergebnisse.In Rohrleitungen sind Temperaturfühler vom Typ TM4501mit hygienischen Prozessanschluss G 1/2 integriert. DieAuswertung und Weiterleitung des Sensorsignals über-nimmt der separate Temperatur-Plug TP3231. Er ist sehrkompakt und besitzt sowohl für den Anschluss des Sensors als auch für den Ausgang zwei genormte M12-Anschlüsse. Das reduziert den Montageaufwand gegen-über eines üblichen Kopf- / Hutschienentransmitters aufein Minimum.

n Selbstüberwachender Temperatursensor in der Kurzzeiterhitzungsanlage

Zur Abtötung von Mikroorganismen und um das Bier halt-bar zu machen, wird es in der so genannten KZE (Kurzzei-terhitzung) auf eine definierte Temperatur erhitzt. HoheGenauigkeit hat hierbei höchste Priorität.Hierbei wird ein besonderer Sensor eingesetzt: Der ifm-Temperaturtransmitter TAD991 verwendet zwei unter-schiedliche Sensorelemente, die sich im Prozess gegenseitigüberwachen. Diese Selbstüberwachung gewährleistet,dass eine auftretende Drift des Sensors sofort diagnosti-ziert wird.Hat sich die Genauigkeit des Sensors verschlechtert, sospricht man von einer Drift.Drifterscheinungen sind auf thermischen Stress zurückzu-führen. Gerade in der Lebensmittelindustrie erzeugen dieregelmäßigen Reinigungsprozesse (CIP, SIP) extreme Tem-peraturschocks, die den Sensor extrem stressen und so eineDrift zwangsläufig herbeiführen.

2-in-1: Das vollelektronische Kontaktmanometer PG vereintDrucksensor und Manometeranzeige in einem Gerät.

Klein, kompakt, kostengünstig: Der Temperatur-Plug TP wandelt das Sensorsignal in ein genormtes Analogsignal (4…20 mA).

20

Um auftretende Temperaturdrift zu erkennen, muss der Ab-gleich mit der Referenz automatisiert werden. Genau hiersetzt der kalibrierfreie Temperatursensor TAD an. Standard-Temperatursensoren verfügen über ein Wider-standsmesselement, das in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie sehr häufig der Genauigkeitsklasse Agemäß DIN EN 60751 entspricht. Im Temperatursensor TADist ein Widerstandsmesselement (Pt1000) integriert. DiesesWiderstandselement wird vom Hersteller speziell ver-messen und vorselektiert und ist daher etwa um den Fak-tor 4 genauer als die üblicherweise verwendete Klasse A. Um ein Vergleichssignal zu haben, verfügt die Messspitzedes TAD zusätzlich über ein langzeitstabiles NTC-Mess-element, welches im Produktionsprozess des Sensors mitder Kennlinie des Pt-Elements „gematcht“ wird. Unter„Matching“ versteht man das Angleichen zweier Kom-ponenten oder Kennlinien aneinander.Im normalen Betrieb arbeitet der Temperatursensor TADalso mit zwei unterschiedlichen Messelementen. Diesführt dazu, dass bei Ausfall eines Messelements der Pro-zess mit dem zweiten Messelement noch sicher beendetwerden kann (Backup-Funktion). Die Elektronik des Temperatursensors TAD bildet den Mit-telwert der gemessenen Temperaturen und stellt einen tem-peraturproportionalen Analogausgang 4...20 mA zurVerfügung. Während des Betriebes wird die Differenz derbeiden Temperaturen mit zwei einstellbaren Schwellwertenverglichen. Den ersten Schwellwert bezeichnet man alsDrift-Warngrenze, den Zweiten als Drift-Alarmgrenze. Um eine Drahtbruchüberwachung zu gewährleisten, liegtauf dem Diagnoseausgang im normalen Betrieb ein 24 V Signal. Wird die Drift-Warngrenze überschritten, sotaktet der Diagnoseausgang mit einer Frequenz von 2 Hz.Über Timer kann das Signal in jeder Steuerung aus-gewertet werden. Wird auch die Drift-Alarmgrenze über-schritten, so schaltet der Diagnoseausgang und es liegtdauerhaft ein 0-V-Signal an.

Der Vorteil: Verglichen mit üblichen Temperatursensoren,die zyklisch kalibriert werden, steigt beim Einsatz des Tem-peratursensors TAD die Prozesssicherheit. Beim zyklischenKalibrieren wird eine auftretende Drift zwar ebenfalls er-kannt, nur wurde bereits eine ungewisse Zeit mit einemdrift-behafteten Sensor produziert. Da der TAD unmittel-bar beim Überschreiten der eingestellten Driftschwellenein Signal generiert und nicht erst bis zum Ende des Kali-brierintervalls gewartet werden muss, wird hier die Pro-zesssicherheit und damit die Produktqualität in deranspruchsvollen Kurzzeiterhitzung maßgeblich verbessert.

n Füllstandüberwachung an TanksAn vielen Stellen der Brauerei werden Tanks eingesetzt: ZumBeispiel im Drucktankkeller als Puffer zwischen Filtrationund Abfüllung, in der Wasseraufbereitung oder in der zen-tralen CIP-Anlage. Zur Anlagensteuerung wir der exakteFüllstand dieser Tanks benötigt, zudem soll der minimal undmaximal zulässige Füllstand erkannt und gemeldet werden.Für die hydrostatische Füllstandmessung sind Drucksen-soren der Serie PI28 am Tankboden montiert. Aus demgemessenen hydrostatischen Druck lässt sich die exakteFüllhöhe des Tanks ableiten.Das Gehäuse dieser Sensoren besteht komplett aus Edel-stahl (V4A ,1.4404). Zusammen mit der hohen SchutzartIP 68 / IP 69K sowie dem prozessorientierten Design eignet sich diese Baureihe besonders für hygienische Ap-plikationen. Zuverlässige Dichtungsmöglichkeiten bietetder neue aus V4A-Edelstahl (1.4435) bestehende Pro-zessanschluss G 1 Aseptoflex-Vario. Lebenslang war-tungsfrei und somit kostensparend sind sowohl die Metall-auf-Metall- als auch die neue PEEK-Dichtung.Diese zeichnet sich durch hohe Chemikalien- und Tem-peraturbeständigkeit aus. Eine weitere hygienische Dicht-möglichkeit bieten Elastomer-O-Ringe (EPDM / FKM).Diverse Prozessadapter (wie Clamp, DIN11851 Milch-rohrverschraubung, u. a.) sind als Zubehör erhältlich, natürlich ebenfalls aus V4A-Edelstahl (1.4435). Der Druckbereich liegt je nach Sensortyp zwischen 100 mbar und 25 bar. Weitere Eigenschaften sind diehochreine langzeitstabile Keramikmesszelle sowie eineeinfache Bedienbarkeit über die integrierten Tasten unddie LED-Anzeige. Auf der elektrischen Seite lässt sich derSensor im 2-, 3- oder 4-Leiter-Betrieb anschließen. Dasvereinfacht den Geräteaustausch in bestehenden Anla-gen. Des Weiteren zeichnen sich die Sensoren der Bau-reihe PI28 durch eine hohe Gesamtgenauigkeit (0,2 %)und elektronische Temperaturkompensation aus. Auf-grund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit sind sie auchfür CIP- und SIP-Prozesse optimal geeignet.Das zweite Sensorsystem am Tank ist der GrenzstandsensorLMT, der sicher den maximalen und minimalen Füllstandüberwacht. Im Gegensatz zu anderen Lösungen, etwa me-chanische Schwinggabeln, kommt er ohne mechanischeKomponenten aus und arbeitet somit verschleißfrei. DasBesondere: Er ist unempfindlich gegen Schaum und andereAnhaftungen, diese blendet er zuverlässig aus. Neben derwerksseitigen Voreinstellung lässt sich der LMT per IO-Link

Applikationsbericht Zwettl Brauerei

Maximale Prozesssicherheit: der selbstüberwachende Tempera-turtransmitter TAD für besonders sensible Prozesse.

21

auf verschiedene Medien bzw. Anhaftungen einstellen. Dasgewährleistet auch bei schwierigen Medien eine zuverläs-sige Grenzstanderkennung.Vielfältige Adapter erlauben verschiedenste Montage-möglichkeiten. Dabei arbeitet der Sensor unabhängig vonder Einbaulage. Hochwertige Gehäusematerialien wieV4A (1.4404) und eine Sensorspitze aus lebensmittel-geeignetem PEEK erfüllen alle hygienischen Anforderun-gen. Ein gelasertes Typenschild für eine dauerhafte Lesbarkeit sowie die hohe Schutzart IP 68 / IP 69K für Reinigungsprozesse sind selbstverständlich.

n Anwendungen in RohrleitungenDie Grenzstandsensoren der Baureihe LMT werdenzudem auch in Rohrleitungen eingesetzt. Sie erkennen,ob die Rohrleitungen gefüllt oder leer sind und dienensomit als Trockenlaufschutz für Pumpen. Dank seinerkompakten Sensorspitze lässt sich der LMT selbst in kleineRohrleitungen von DN25 einsetzen. Um den Förderdruckin Rohrleitungen zu überwachen, wird der oben be-schriebene Drucksensor PI28 eingesetzt. Dieser leitet denMesswert als Analogsignal an die Steuerung weiter.

n Induktive Sensoren überwachen Ventilknoten

Zur Medienlenkung kommen an verschiedenen Stellenim Brauprozess Ventile in mehr oder weniger große Ven-tilknoten zum Einsatz. Elektromechanische Hubventile

sorgen dabei für eine offene oder geschlossene Rohrlei-tung und gestatten so das gezielte Verteilen der Medien.Zur Endlagenerfassung dienen induktive Sensoren, wel-che anhand der Position der Hubstange erkennen, ob dasVentil tatsächlich offen oder geschlossen ist. Die ver-wendeten Sensoren vom Typ IFT203 besitzen hochwer-tige Gehäusematerialien (V4A, PEEK) und die hoheSchutzart IP 68 / 69 K, sodass sie auch die regelmäßigenHochdruckreinigungsprozesse schadlos überstehen.

n Mannloch- und DeckelüberwachungEine weitere Anwendung für induktive Sensoren ist diePositionsüberwachung von Mannlöchern oder Deckeln anTanks. Die Sensoren der Bauform IIT212 bieten mit 15 mmausreichenden Schaltabstand, um auch bei mechanischenToleranzen den Zustand „Deckel offen“ oder „Deckel ge-schlossen“ an die Steuerung zu melden.

n FazitDank langjährigem Know-how bietet der Sensorikspe-zialist ifm ein umfassendes Produktportfolio, um denBrauprozess zuverlässig zu automatisieren und einegleichbleibend hohe Bierqualität zu gewährleisten. Aufgrund ähnlicher Anforderungen lassen sich die bei-spielhaft gezeigten Applikationslösungen auf viele an-dere Bereiche im Getränke- und Lebensmittelbereichübertragen und damit fit für die Zukunft machen.

Typische Tanküberwachung: Grenzstandsensor LMT und hydro-statisch messender Drucksensor PI im Tankboden.

Perfekter Pumpenschutz: Der Grenzstandsensor LMT (oben) ermittelt, ob das Rohr gefüllt oder leer ist. Der Drucksensor PI(unten) überwacht den Förderdruck.

Positionsrückmeldung: Der induktive Sensor IFT203 überwacht die Hubstange und mel-det der Steuerung, ob das Ventil auch tatsächlich geöffnet ist.

Deckel geschlossen? Ein induktiver Sensor überwacht den Tankdeckel.

In Köln, in Sichtweite des Doms auf einer kleinen Inselam Ufer des Rheins gelegen, demonstriert hautnah undanschaulich das bekannte Schokoladenmuseum diesenErschaffungsweg. Höhepunkt ist dabei die vollständig automatische Produktion in einer Mini-Fertigungsstraßevon der Kakaobohne bis zur genussbereiten Tafel. 80.000Täfelchen täglich werden so hier 6 Tage die Woche, beigleichzeitig neugieriger Begutachtung durch die Besu-cherströme, erzeugt. Eine Störung dieses automatisier-ten Ablaufs hätte fatale Folgen. Seit Juli 2006 unterstütztifm electronic aus Essen mit modernster Sensorik diesesaußergewöhnliche Museum. Neben Temperatur- unter-stützen noch Schwingungs-, Zylinder- und Drucksenso-ren der ifm diesen äußerst empfindlichen Vorgang.

n Auf die genaue Temperatur kommt es an!Nach der Vorverarbeitung, wie Rösten und Mahlen, wirddie braune Schokoladenmasse in einem 3-wandigen Vor-ratstank zwischengelagert. Über eine doppelwandige,mit einer Begleitheizung ausgestattete Rohrleitung wirddie flüssige Schokoladenmasse zur Weiterverarbeitung

gepumpt. Die Temperatur im Heizwasserkreislauf der Be-gleitheizung, die die optimale Fließfähigkeit garantiert,muss konstant bei 50-51 °C liegen. Falls die Temperie-rung nicht genauestens stimmt, kristallisiert die Schoko-ladenmasse und verstopft die Rohre.Daraufhin muss die gesamte Produktion gestoppt undder betroffene Teil des Systems komplett gereinigt werden. Es entstehen nicht unerhebliche Kosten, denn dieser Vorgang ist äußerst aufwendig und zeitintensiv.Hier leisten die Temperatursensoren der Baureihe TN vonifm wertvolle Dienste. Sie überwachen präzise die Tem-peratur des Heizkreislaufs.

22

Jeder kennt sie, jeder mag sie – die Schokolade. Schon beim Erwähnen dieses Wortes läuftbereits vielen das Wasser im Munde zusammen. Aber die wenigsten wissen etwas überden sensiblen Prozess der Herstellung von der Kakaobohne bis zu den fertigen, in ge-schmackkonservierende Alufolie gehüllten und meist bunt verpackten Tafeln.

Applikationsbericht Schokoladenmuseum

Exakte Temperaturmessung für perfekten Schokoladengenuss

23

n Zuverlässige TemperatursensorenDie Temperatursensoren von ifm basieren auf einem Pt-100- oder Pt-1000-Widerstandselement. Dieses wan-delt die Messgröße Temperatur durch Widerstandsände-rung in ein elektrisches Analogsignal um. Ein Mikro-prozessor steuert die Auswertung des elektrischen Signals. Die aktuelle Systemtemperatur wird mittels LED-Display direkt an der Auswerteelektronik angezeigt. Sowohl Mikroprozessor als auch Anzeige erleichtern wesentlich die Handhabung. Mit Hilfe der Programmier-tasten kann der Anwender die Werte für die Schalt-punkte, Hysterese und Messfenster auch ohneanliegende Systemtemperatur einstellen. Das vereinfachtInstallation und Inbetriebnahme.

n Die TemperiermaschineVon den Vorratstanks wird die Schokoladenmasse zurTemperiermaschine gepumpt. Eine Temperiermaschinebesteht aus mehreren Wärmekammern. Durch dieseKammern wird die Schokolade von unten nach oben gepumpt. Sie durchlaufen dabei eine genau festgelegteTemperaturkurve. Die Temperaturen sind rezepturabhän-gig und werden von der Temperiermaschine auf ein zehn-tel Grad genau gesteuert. Durch das Temperieren wirdsichergestellt, dass die Schokolade nach der Endverar-beitung einen seidigen Glanz und einen knackigen Bruchhat. Diese genaue Temperatur wird von einem ifm TN2531 überwacht und schlägt Alarm, wenn sie um0,5 Grad abweicht.

n Erst warm, dann kalt – gießen und verpacken

Als nächster Produktionsschritt erfolgt das Gießen derflüssigen aromatisch duftenden Schokolade in die ent-sprechenden Tafelformen. Hier wird die in den Formenbefindliche Masse mit Kühlwasser auf 6-9 °C gekühlt.

Diese Temperatur ist erforderlich, damit die gegossenenTafeln aus ihren Formen durch rhythmisches Rütteln ge-löst werden können. Der hier eingesetzte Temperatur-sensor TN2531 besitzt eine Einbaulänge von 45 mm beieinem Durchmesser von 8,2 mm. Er ist äußerst robustund zeichnet sich durch die sehr hohe Druckfestigkeit von

bis zu 300 bar aus. Der Messbereich beträgt -40…150 °C.Unterhalb der Vor-Ort-Anzeige befinden sich versenkteEinstelltasten. So ist ein fatales versehentliches Verstellenso gut wie ausgeschlossen. Anschließend erfolgt die Ver-packung. Auch hier müssen bestimmte Temperatureneingehalten werden, denn es existiert nur ein enges Zeit-fenster. Dieses wird ständig kürzer, je höher die Außen-temperatur steigt. Die kritische Lufttemperatur beträgt22-23 °C. Steigt die Umgebungstemperatur im durch Plexiglasscheiben abgeschirmten Produktionsbereich überdiesen Grenzwert – z. B. durch die Besucherströme, dennjeder Mensch strahlt Wärme ab – wird Alarm ausgelöstund eine Hupe ertönt. Ein Temperatursensor der Bauart TNvon ifm leistet auch an dieser Stelle zuverlässige Dienste.

Alle erfassten Temperaturen werden nicht nur vor Ortsondern auch zentral in einem Schaltschrank zur Kon-trolle angezeigt, um bei diesem empfindlichen Produk-tionsprozess sofort zu reagieren.

n FazitDas A und O bei der Erzeugung einer Qualitätsschoko-lade ist die permanent präzise Temperaturüberwachung,sowohl im Warm- als auch im Kaltbereich. Die kompletteFabrikation ist dabei höchst sensibel zu handhaben,damit die empfindlichen menschlichen Geschmacksner-ven sich an einer wohlschmeckenden und aromatischenSchokolade erfreuen können.

Im Bild der Temperatursensor TN2531 von ifm beim Überwachen der Kühltemperatur

Exakte Temperaturüberwachung beim Verpackungsprozess.

Gelagert werden die fertigen Schokoladentafeln konstant um 18 °C.

24

Applikationsbericht Wessel-Werk

Die stetige Steigerung des Automatisierungsgrades in modernen Fertigungsanlagen wirdzunehmend durch Identifikationssysteme unterstützt. Ihre Aufgaben sind meist die Kon-trolle oder Freigabe von Produktionsschritten oder die Zuordnung produktbegleitenderInformationen. Besonders einfach gestaltet sich die Umsetzung, wenn die RFID-Kompo-nenten über den Feldbus AS-Interface kommunizieren.

RFID meets AS-iTransparente Montageüberwachung

Montageautomat zur Produktion von Staubsaugerdüsen.

Wessel-Werk, Weltmarktführer in der Entwicklung undProduktion von Staubsaugerdüsen, setzt bei der Montage-technik auf Lösungen von ifm, Global Player in SachenAutomatisierungstechnik und weltweit erster Anbietervon AS-i basierten RFID-Systemen. Das Ergebnis ist eineschlanke und transparente Montageüberwachung beider Herstellung der Staubsaugerdüsen.

n Die Düse machtsEine hochwertige Staubsaugerdüse besteht aus guteinem Dutzend verschiedener Einzelteile. Um innovativeTechnologien zeitnah und flexibel umzusetzen, entwickeltund baut der Weltmarktführer die Montagemaschinenselbst. Darin durchlaufen Werkstückträger mehrere Mon-tagestationen.

RFID meets AS-iTransparente Montageüberwachung

25

Auf ihnen werden aus Chassis, Bürstenleisten, Rollen undanderen Teilen verschiedene Staubsaugerdüsen zusam-mengesetzt.Bei Wessel-Werk werden verschiedene Varianten bei fle-xiblen Losgrößen im Mischbetrieb produziert. Förderertransportieren die Werkstückträger zu unterschiedlichenBearbeitungsstationen. Je nach Düsentyp werden unter-schiedliche Bearbeitungsschritte ausgeführt und Förder-wege benutzt. Jeder Werkstückträger ist über einenspeziellen RFID-Code eindeutig identifizierbar. An jeder Bearbeitungsstation wird der Code ausgelesen, per AS-Interface an die Steuerung übertragen. Je nach Variantewird dann der entsprechende Bearbeitungsschritt ausge-führt beziehungsweise die Weichen auf dem Förderweggestellt. Durch die eindeutige Identifizierung werden Bear-beitungsfehler im Mischbetrieb zuverlässig ausgeschlossen.

n RFID mit AS-iFür einen reibungslosen Prozessablauf kommt das indu-strietaugliche RFID-System DTS125 von ifm zum Einsatz.Es bietet eine kompakte und einfache Alternative für Ap-plikationen, in denen eine optische Identifikation aufgrundvon Umweltbedingungen nicht einsetzbar ist. Es ist zudem das weltweit erste RF-Identifikationssystemfür AS-Interface. Es eröffnet die Möglichkeit, Codeträger(ID-TAGs) auszulesen oder zu beschreiben und dabei dieVorteile des AS-Interface zu nutzen. Es lässt sich problem-los in bestehende AS-i Netzwerke integrieren und ist sofortbetriebsbereit. Die Besonderheit der AS-i Lösung ist die ein-fache Verdrahtung. An 100 Meter AS-i Kabel können biszu 31 Schreib- / Leseköpfe angeschlossen werden. DasKabel kann beliebig verzweigt werden und dem Layout der Fertigungslinie folgen. Es eignet sich sehr gut für modu-lare Aufbauten, da sowohl Daten als auch Energie übernur ein Kabel laufen. Das RF-Identifikationssystem nutzt beim Lesen das gängigeAS-i Analogprotokoll 7.4 zum Datentransfer. Spezielle Soft-warebausteine sind somit nicht erforderlich. Der Schreib- /Lesekopf speichert Übertragungsfehler, die zur gezieltenFehleranalyse abrufbar sind. Antenne, Elektronik und AS-iSchnittstelle sind im kompakten Gehäuse integriert. DieSpannungsversorgung erfolgt aus dem AS-i Netz über einedrehbare M12-Steckverbindung. Es ist keine zusätzlicheBetriebsspannung erforderlich, das vereinfacht die Mon-tage und minimiert die Verdrahtung. Das ID-TAG (Trans-

ponder) ist in unterschiedlichen Ausführungen erhältlichund bietet flexible Montagemöglichkeiten für Werkstück-träger, Behälter etc.

Mit einfacher Durchdringungstechnik ist das AS-i Modulam gelben AS-i Flachkabel anschließbar. Das Kabel kanndabei quer oder längs durch das Modul geführt werden.Die Montage des AS-i Moduls erfolgt ohne Werkzeug –zur Demontage wird lediglich ein Schraubendreher benö-tigt.Nicht nur RFID-Schreib- / Leseköpfe, auch andere Senso-ren, etwa Lichtschranken oder induktive Sensoren, lassensich über AS-i Module mit der Steuerung verbinden. Dasspart auch hier aufwendige Verkabelungen.Der AS-i Master sammelt als Kopfstation alle Daten für allegängigen, übergeordneten Feldbusse ein. Durch die inter-gierte SPS-Funktionalität kann er die Daten vorverarbeitenund die übergeordnete Anlagensteuerung entlasten.

n FazitGerhard Feyerabend, Steuerungstechniker bei Wessel-Werk über die Einfachheit des AS-i RFID-Systems: „Die In-betriebnahme des Systems ist viel einfacher als erwartet,da die Leseköpfe nach ihrer Installation und Adressierungdie Daten sofort an die SPS schicken. Eine weitere Kon-figuration ist gar nicht mehr notwendig!“Mit RFID in Kombination mit AS-i bietet ifm eine idealeKombination für einfach zu realisierende Identifizie-rungsaufgaben in der Montagetechnik.

An mehreren Montagestationen wird aus Einzelteilen vollauto-matisch eine Staubsaugerdüse zusammengesetzt.

Unten im Werkstückträger ist der Transponder-Chip eingelassen.Bis zu 224 Bit kann dieser Chip speichern.

An beliebiger Stelle des AS-i Kabels lassen sich Sensoren perFlachkabelabgriff anschließen.

In keiner anderen Branche ist der Wettbe-werbsdruck so hoch wie in der Bauwirt-schaft. Wer hier seine Position am Markthalten und ausbauen will, muss seine Wirt-schaftlichkeit verbessern. Mit anderen Wor-ten: mehr Effizienz durch eine Erhöhungder Arbeitsgeschwindigkeit bei gleichzeiti-ger Verbesserung der Qualität.

Mit der einzigartigen Gritzke-Nivellierautomatik GRi-P1für Planiermaschinen wird die Einsatzflexibilität der Maschinen und die Produktivität erheblich gesteigert. Dasträgt dazu bei, Materialkosten bei der Erdbewegung undFeinplanie einzusparen. Das System lässt sich mit mehreren Sensoren ausstatten,kombiniert einfache Bedienung und überzeugt mit einerselbsterklärenden Benutzeroberfläche. Jeder Millimeter zählt, wenn beim Planieren im Straßen-bau kilometerlange Streckenabschnitte auf ein gleich-mäßiges Niveau gebracht werden müssen. Denn selbstnur ein Millimeter in der Höhe entscheidet dabei leichtüber einige LKW-Ladungen an Material.

n Per Laser auf NiveauEin millimetergenaues Niveau über weite Strecken ist nurmit Hilfe moderner Technik effizient umsetzbar. Dabeihaben sich lasergestützte Systeme als besonders präzise,preiswert und zuverlässig erwiesen. Das Funktionsprin-zip: Ein auf einem Stativ angebrachter Laser rotiert umdie eigene Achse und erzeugt so eine Laserebene. Diesewird parallel zu der gewünschten Oberfläche ausgerich-tet. Eine am Raupenschild montierte senkrechte opto-elektronische Empfangszeile erfasst den Laserstrahl. Eine intelligente Steuerung führt den Laserempfängerund damit das Raupenschild so nach, dass diese immer inexakt gleicher Höhe zur Laser-Projektionsebene stehen.Somit kann sich der Raupenfahrer auf das horizontaleVerfahren seiner Raupe konzentrieren, während das Raupenschild vollautomatisch und millimetergenau aufReferenzhöhe gehalten wird.Um schräge Flächen zu ebnen, wird der Laser einfachparallel zur gewünschten Neigung ausgerichtet. Je nach-dem, ob die Planierraupe längs, quer oder schräg zur Nei-gung fährt, ist eine unterschiedliche Querneigung desPlanierschildes erforderlich. Auch diese ist bei laserge-

26

Applikationsbericht Gritzke – Planierraupensteuerung

Automatik schafft NiveauNivellierautomatik für Planiermaschinen

27

stützten Systemen automatisch steuerbar. Dazu wird aufdem Planierschild seitlich ein zweiter Laserempfängermontiert. Alternativ kommt ein Querneigungssensor und /oder ein Ultraschallsensor auf dem Planierschild zum Ein-satz.Die Gritzke Lasertechnik OHG mit Sitz im ostwestfäli-schen Lemgo ist spezialisiert auf die Entwicklung, Pro-duktion und Vertrieb von Positionierungssystemen fürBaumaschinen. Die Kunden profitieren von der hohenQualität, Zuverlässigkeit der Systeme und vom Service-anspruch des Unternehmens.Ein zentrales Credo: die Umgehung des Produkt-bindungszwangs der Marktführer, das heißt: die Gritzke-Systeme können auf jede Maschine montiert werden, un-abhängig davon, ob diese bereits mit Kabelvorrüstungenausgestattet ist.Um sich von marktüblichen Systemen abzuheben, hatGritzke die Vor- und Nachteile sämtlicher Systeme be-rücksichtigt und zusätzlich die eigenen Ideen umgesetzt.

n Ein neues flexibles System musste herZur Steuerung der Nivelliersysteme setzte Gritzke in derVergangenheit programmierte Controller verschiedenerHersteller ein. Der Nachteil: Kunden- und maschinenspe-zifische Anpassungen oder Softwareänderungen konnteGritzke als Systemintegrator nicht selber vornehmen. DieSoftwarehoheit lag bei den Hardwareherstellern. Indivi-duelle Anpassungen bzw. Änderungen waren zeit- undkostenintensiv oder wurden abgelehnt.Dipl.-Ing. Rolf Oschatz, Geschäftsführer bei Gritzke:„Vor etwa 2 Jahren wurde von mir entschieden, ein ei-genes lasergestütztes Nivelliersystem für Baumaschinenzu entwickeln. Ziel war es, unseren Kunden eine Kombi-nation aus besonderer Anwenderfreundlichkeit, präziserGenauigkeit und bestem Wettbewerbspreis zu bieten.Mit unserer Entwicklung erfinden wir grundsätzlich dasRad nicht noch einmal, aber sie vereint sämtliche Vorteileder Konkurrenzsysteme mit unseren Ideen und Anforde-rungen.“

n ifm als PartnerApplikations-Know-how ist eine Sache, doch bei demHerzstück des Systems, der Steuerung und deren Soft-ware, ist Gritzke mehr oder weniger zufällig auf den heu-tigen Partner, die ifm-Unternehmensgruppe, gestoßen. Dipl.-Ing. Rolf Oschatz: „Die Entwicklung mit früherenHardwareanbietern kam nur langsam voran. Die anfangszugesagte Unterstützung lief nur schleppend und wareher von Planzahlen als von technischer Unterstützunggeprägt. Bei einem Informationsgespräch im April 2013wurde ich dann auf der BAUMA (weltweit größte Bau-maschinenmesse, Anmerkung der Redaktion) am Standvon ifm gefragt, ob man weiterhelfen könne. Schnell entstand gegenseitiges Interesse. Was mich besondersbeeindruckt hat: Man hat nicht nach möglichen Stück-zahlen gefragt, sondern umfassende Unterstützung desProjektes zugesagt.“Das war der Start der engen Partnerschaft zwischenGritzke und ifm.

Arbeitsoberfläche mit den Einstellmöglichkeiten: „Masteinrich-tung“, „Laser suchen“ oder „Mast parken“, Automatikmodusfür rechten oder linken Mast „ein / aus“, „Mastverstellungbeidseitig“ sowie die aktuelle Höhenanzeige in 1/10 mm.

Gritzke hat das Systementwickelt und in Kooperation mit ifm verkaufsfähig gebaut.

28

Applikationsbericht Gritzke – Planierraupensteuerung

In Kooperation mit dem Automatisierungsspezialisten ifm (Hardware) hat die Gritzke Lasertechnik die erstedeutsche CANbus-basierte Nivellierautomatik für Planiermaschinen „GRi-P1“ entwickelt, gebaut und verkauft.

n Die UmsetzungDie nachfolgenden Monate waren von intensiver Zu-sammenarbeit geprägt. Dipl.-Ing. Dennis Blume, Fachvertrieb Steuerungstechnikbei ifm, hat das Projekt maßgeblich unterstützt. Dies er-folgte in enger Zusammenarbeit mit Gritzke, denn Prio-rität der Entwicklung war, das Software-Know-how imHause Gritzke zu haben. Als Herzstück der Anlage dientder mobiltaugliche und CAN-fähige ifm-ControllerCR0033. Als Bedieneinheit kommt das grafikfähige ifm-Display CR1084 zum Einsatz.Dipl.-Ing. Rolf Oschatz: „Die Zusammenarbeit mit ifmwar leidenschaftlich und erfolgreich. Oft testeten wir dieSoftware und Hardware bis spät in die Nacht draußenauf den Maschinen. Ein Dank gilt diesbezüglich der FirmaStork Tongruben und Transportunternehmen in Hidden-hausen, welche uns eine Raupe (Cat D6T) und die Ört-lichkeit, eine Tongrube, zum ausgiebigen Testen desSystems zur Verfügung stellte. Und es hat sich gelohnt:Nach 18 Monaten konnten wir das System bis zur Markt-reife umsetzen. Ohne den außergewöhnlichen Einsatzvon Herrn Blume hätten wir das niemals in so kurzer Zeitgeschafft“.

n Flexibel in der AnwendungDas Nivelliersystem ist das erste seiner Art, dass in einerHand entwickelt, programmiert und gebaut wird. Für denKunden hat es den Vorteil, dass Anpassungen, spezielleKundenwünsche oder Verbesserungen schnell umgesetztwerden können.

Durch sein Baukastenprinzip ist das Gritzke-System „GRi-P1“ für sämtliche Arten lasergestützter Höhenkon-trolle und -steuerung bei unterschiedlichen Anwendun-gen sowie Baumaschinen nutzbar.So ist es auch an Baggern zur Tiefenkontrolle, an Höhen-und Schwenkwinkelbegrenzungen, an Radladerplanier-einrichtungen, an Ramm- und Bohrgeräten, an landwirt-schaftlichen Maschinen oder an Container-Staplerneinsetzbar. Der Vorteil: Der Kunde spart sich teure Soft-ware-Updates, da die verschiedenen Einsatzgebiete be-reits in der einen Software hinterlegt und anwählbar sind.Die Steuerung kann also bei Bedarf auf unterschiedlichenMaschinen eingesetzt werden. Der Kunde spart den Kaufdoppelter Komponenten, wie Bedieneinheit, Zentralein-heit oder Sensoren. Durch Integration wählbarer Applikationsprogramme ineinem modularen Gerät konnte der Entwicklungs- undHardwareaufwand minimiert werden. Die Folge: DasGritzke-System kostet rund 1/3 weniger als die markt-üblichen Systeme.

n Schnell – dank CAN-BusAls erstes System nutzt es ausschließlich die CANbus-Schnittstellen zur Datenübertragung. Bis zu 5-mal schnel-ler lassen sich so die Daten vom Laserempfänger odervom Querneigungssensor / Ultraschallsensor in die Steue-rung übertragen. Diese schnelle Datenübertragung undVerarbeitung im Controller ist notwendig, um eine mög-lichst verzögerungsfreie Signalkette von den Laseremp-fängern über die Steuerung bis hin zur Ventilansteuerungdes Raupenschildes, zu gewährleisten. Nur so wird auchbei hohen Geschwindigkeiten, ein millimetergenaues Arbeiten gewährleistet und erreicht.Ebenfalls über CAN-Bus werden auch die Joysticks, Schalter und Taster der Baumaschine abgefragt und andie Prozessteuerung übergeben.

Dipl.-Ing. Dennis Blumevon ifm vor Ort: „Immer wieder wurdedie Steuerung vor Ortauf der Maschine gete-stet und die Program-mierung angepasst.Denn nur was 100-prozentig funktioniert,geht an die Kunden.“

29

An der grafischen Bedieneinheit kann der Anwender denautomatischen Nullabgleich bei Bedarf manuell an-passen. Die Umschaltung – z. B. auf den Querneigungs-sensor oder auf den Ultraschallsensor (zum Planierennach einer Boden-Referenz wie der Bordsteinkante) –erfolgen einfach an der Bedieneinheit.

n Herzstück: Der ControllerDas „Gehirn“ der Steuerung ist ein leistungsstarker 32-Bit-Controller von ifm.Er verfügt über bis zu 16 multifunktionale Eingänge undAusgänge sowie 4 CAN-Schnittstellen. Herzstück derSteuerung ist ein moderner und schneller 32-Bit-Prozessor,der in ein kompaktes Metallgehäuse mit IP 67 integriertwurde. Seine Überwachungs- und Schutzfunktionen er-möglichen einen sicheren Betrieb, auch unter extremenEinsatzbedingungen. Die hohe Anzahl multifunktionalerEin- und Ausgänge lassen sich mittels Applikationssoft-ware (IEC 61131-3 mit CODESYS) einfach und präziseauf die jeweiligen Einsatzfälle anpassen. Je nach Typ kön-nen die Eingänge als Digital-, Frequenz- oder Analogein-gang mit Diagnosefunktion oder als Eingang für dieWiderstandsmessung konfiguriert werden.Die 4 CAN-Schnittstellen nach ISO 11898 unterstützenalle wichtigen Bus-Protokolle und unterschiedliche Über-tragungsraten wie auch den transparenten oder vorver-arbeitenden Datenaustausch. Die neuen Controllerwurden speziell für den robusten Einsatz im Fahrzeugund für die mobile Automation entwickelt und könnendabei zuverlässig komplexe und proportionale Funktio-nen ausführen.

n Grafische BedieneinheitDas Dialoggerät PDM360 NG lässt sich dank geschlos-senem Aluminiumdruckgussgehäuse mit Schutzart IP 67 sowohl im Außen- als auch im Kabinenbereich ein-setzen – wahlweise per Aufbau- oder Einbaumontage.Brilliante grafische Darstellungen verspricht das kratz-feste 7"-TFT-Farbdisplay mit einer Auflösung von 800 x480 Pixeln und einer Farbtiefe von 18 Bit. Zur Bedienungverfügt das PDM360 NG über 9 hinterleuchtete Funk-tionstasten mit taktiler Rückmeldung. Darüber hinaussteht modellabhängig ein Drehgeber mit Druckfunktionoder eine Kreuzwippe zur Verfügung.Der leistungsstarke 32-Bit-Controller ist gemäß IEC 61131-3 mit CODESYS frei programmierbar. Neben 1 GB internem Speicher kann der Anwender externe Medien am integrierten USB 2.0 Port anschließen. 4 CAN-Schnittstellen nach ISO 11898 unterstützen jeweils das CANopen-, SAE J1939- oder ein freies Proto-koll. Zusammen mit einer 100-Mbit-Ethernet-Schnittstellesowie mit dem Linux-Betriebssystem wird eine universellePlattform für die weitere Vernetzung und Kommunika-tion mit anderen Fahrzeugkomponenten gebildet. Die Verbindung erfolgt über robuste und sichere M12-Steckanschlüsse.

n FazitJahrelanges Applikations-Know-how, leistungsstarkeHardware, vor allem aber der Wille, gemeinsam etwasSpezielles zu schaffen, prägt die Entwicklung dieses Projekts. Wieder einmal setzt „Made in Germany“ mitUnterstützung von ifm im wahrsten Sinne des Wortesneue Maßstäbe.

Dialogmonitor CR1084 von ifm zur Visualisierung und Dateneingabe.

Herzstück der Anlage ist ein mobiltauglicher 32-Bit-Controllervon ifm.

30

Applikationsbericht Gritzke – Baggertiefenkontrolle

Die Firma Gritzke Lasertechnik aus Lemgo ist spezialisiertauf Baggertiefenkontrollsysteme. Zusammen mit der ifm-Unternehmensgruppe, einer der führenden Hersteller fürmobiltaugliche Sensorik und Automatisierungslösungen,entstand eine innovative Lösung zur exakten relativenHöhenbestimmung der Löffelschneide beim Baggern. Präzise Neigungssensoren, ein kompakter BasicControllersowie ein programmierbares Dialogdisplay bilden zu-sammen mit der eigens dafür entwickelten Software eineffizientes System und geben dem Baggerfahrer die ab-solute Kontrolle über seine Arbeitsaufgaben.Zuerst wird die Referenzhöhe mit dem Rotationslaser unddem Laserempfänger am Verstellausleger des Baggers nivelliert. Dann können die geplanten Höhen an jederStelle der Erdarbeiten bestimmt werden.

Baggern mit System Einfach nachrüstbares Tiefenkontrollsystem für Hydraulikbagger

Die Höhe der Baggerschaufelkante zentimetergenau im Blick – das ermöglicht das neueBaggertiefenkontrollsystem der Fa. Gritzke. Der Clou: Es kann problemlos an jeden Hydraulikbagger nachgerüstet werden, ohne in dessen Steuerung eingreifen zu müssen.Hochpräzise Neigungssensoren an den einzelnen Baggerarmen und der Schaufel machen´smöglich.

Der BasicController hilft bei der Berechnung der Referenzhöhe.

31

n Exakte NeigungswinkelSechs ifm-Neigungssensoren vom Typ JN – verteilt überden Baggerausleger, im Oberwagen und am Schwenk-löffel – messen präzise die Neigungswinkel in x- und y-Richtung.

Aus den Messergebnissen aller sechs Neigungssensorenund den bekannten Baggerarmlängen errechnet die intelligente Software über Dreiecksberechnungen zenti-metergenau die Höhenposition der Löffelschneide.Relevant ist besonders die Raumgerade zwischen linkerund rechter Schaufelkante, die – mit dem Neigungssen-sor an der Schaufel – sowohl exakt ebene Flächen alsauch beliebige Böschungswinkelungen bei Erdarbeitenmöglich macht.

Die Signalverarbeitung und die komplexen Berechnun-gen erfolgen im Dialoggerät, welches Display, Bedien-tasten und einen leistungsfähigen Controller beinhaltet.Das Display zeigt dem Baggerfahrer grafisch die Stellungder Baggerschaufel sowie die aktuelle Höhe der Schneide-kante an.Zudem signalisiert eine gut sichtbare Ampel im Blickfelddes Baggerführers, ob die gewünschte Tiefe erreicht ist.

Das setzen von Höhenmarken, Böschungslehren sowieeine direkte Sichtverbindung sind nicht mehr erforder-lich. Auch Arbeiten bei Nacht oder bei Verdeckung sinddadurch möglich.Rolf Oschatz, Geschäftsführer bei Gritzke Lasertechnik„Das besondere an unserer Lösung ist, dass es durch ein-fache Parameteränderung problemlos an unterschied-liche Bagger verschiedener Hersteller adaptierbar ist.“

n Für den robusten EinsatzWeitere Vorteile des Systems: Die Sensoren im Außenbe-reich sind für ein breites Temperaturspektrum (-40 bis 85 °C) ausgelegt. Eine aktive Temperaturkompensationsorgt für exakte Messwerte des JN – unabhängig von derUmgebungstemperatur. Sie besitzen über den gesamtenMessbereich von 0...360 Grad eine hohe Genauigkeit von0,1 Grad, ohne lästiges Sprungverhalten. Der Anschlusserfolgt über vibrationssichere, abgedichtete M12-Steck-verbindungen.Das Dialoggerät mit Bedientasten und grafischem Displaybietet dem Baggerführer jederzeit Übersicht über diewichtigsten Einstellungen. Per Tasten, Touch-Display undDrehregler kann er die relevanten Einstellungen, etwa diegewünschte relative Tiefe, komfortabel und eindeutigeinstellen. Auch die Umstellung auf das zugrunde lie-gende Koordinatensystem (Lot- / Euler- / Kardanwinkel)ist per Tastendruck möglich.

n FazitLangjährige Erfahrung mit Baumaschinensteuerungenund Automatisierungs-Know-how aus erster Hand: DieKunden profitieren von der hohen Qualität und Zuver-lässigkeit der einzigartigen Baggertiefenkontrolle.Kurzum: Wenn sich Kompetenzen ergänzen, kann„Erde“ auch richtig bewegt werden!

Das ifm-Dialoggerät CR1082 dient zur Anzeige und Daten-eingabe, außerdem führt die integrierte SPS die Höhenberech-nung durch.

Eine Ampel im Blickfeld des Baggerführers zeigt, ob sich dieSchaufel zu hoch oder zu niedrig befindet.

Je Baggerarm ermittelt ein Neigungssensor den exakten Winkel.

Auch die Querneigung der Baggerschaufel wird in der Berech-nung berücksichtigt.

32

Applikationsbericht NOBA Verbandmittel

Die Firma NOBA Verbandmittel aus Wetteran der Ruhr produziert weltweit unter-schiedlichste Verbandmittel für Kranken-häuser, Arztpraxen und Apotheken.Maximale Hygiene ist oberstes Gebot,wenn im Reinraum Verbandmittel für medizinische Anwendungen produziert,verpackt und sterilisiert werden.

Um Bakterien und Pilzen das Leben unmöglich zu ma-chen, werden u.a. Umweltparameter wie Partikelanzahlin der Luft , Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeitin engen Grenzen geregelt. Für die Umgebungstempera-tur im Reinraum beträgt der optimale Wert 21° C. Ist dieTemperatur zu hoch wird diese mit Kältetechnik herun-tergekühlt.Damit die Energiekosten für die Klimatisierung niedrigbleiben, plant und baut das Unternehmen seine Produk-tionsanlagen so, dass die eingesetzten Komponentenmöglichst wenig Wärme in den Reinraum abgeben. DazuMichael Rohe, Technischer Leiter bei NOBA: „Es ist be-sonders wichtig, im Reinraum verlustarme Geräte einzu-

setzen, da wir Verlustwärme, die wir im Reinraum erzeu-gen, sehr kostspielig wieder mit Kältemaschinen herun-ter kühlen müssen, um die Temperatur konstant zuhalten. Des Weiteren ist es so, wenn wir im Schaltschrankverlustarme Geräte haben, dass wir größtenteils aufSchaltschrankkühlungen durch Ventilatoren verzichtenkönnen und somit keine Verwirbelungen mehr im Rein-raum durch Schaltschranklüfter oder ähnliches haben.“

n Hitze im Schaltschrank ist teuer!Im Schaltschrank der Anlagen sind die Netzteile die maß-geblichen Wärmeproduzenten. Herkömmliche elektroni-sche Schaltnetzteile arbeiten gegenüber den frühereingesetzten Trafonetzteilen schon sehr effizient. Docherreichen sie nie den idealen Wirkungsgrad von 100 Pro-zent. Die Differenz vom tatsächlichen Wirkungsgrad zuden optimalen 100 Prozent wird in Wärmeenergie um-gesetzt, die den Schaltschrank aufheizt.In vielen Bereichen industrieller Anlagen mag die Wärmeim Schaltschrank eine eher untergeordnete Rolle spielen.Bei definierten Reinraumbedingungen wie bei NOBA da-gegen kostet die Verlustwärme gleich doppelt: Zum einen

Kühl, schlank und zuverlässigEffiziente, neue Netzteile im Schaltschrank

33

fallen hierfür Energiekosten an, zum anderen muss diesemit energieintensiven Klimageräten wieder teuer kom-pensiert werden.

n Niedrige Temperatur = hohe LebensdauerDeshalb setzt NOBA auf die neuen Netzteile von ifm. Diese zeichnen sich durch einen extrem hohen Wir-kungsgrad von bis zu 94 Prozent aus. Damit liegt dieserein bis zwei Prozent über dem vergleichbarer modernerSchaltnetzteile anderer Hersteller. Das erscheint auf den ersten Blick nicht sonderlich viel.Doch Rechnungen zeigen, dass sich diese ein bis zweiProzent übers Jahr gesehen zu merklichen Energiekostenaddieren. Erst recht in dieser Applikation, wenn sich dazunoch die Kosten für die kompensierende Klimatisierungaddieren.Diese Verlustleistung kann in der Praxis durchaus eine zu-sätzliche Temperaturerhöhung von 10 Grad im Schalt-schrank bewirken. Eine Temperaturdifferenz von 10 Gradbedeutet aber für einige elektronische Bauelemente, wieElektrolytkondensatoren, eine Halbierung der Lebens-dauer. Oftmals ist die Maschinensteuerung direkt nebenden Netzteilen montiert. Da wirkt sich der bessere Wir-kungsgrad ganz besonders auf die Lebensdauer der imSchaltschrank verbauten SPS aus. Kurzum: Je niedriger dieTemperatur im Schaltschrank, desto höher ist die Lebens-dauer der Anlagensteuerung.

n Die neuen ifm-NetzteileIm Jahr 2013 hat die ifm ihre Netzteilfamilie komplett er-neuert. Die neue Generation umfasst sowohl 24-V-DC-Schaltnetzteile mit Ausgangsströmen von 3,3 bis 20 A alsauch AS-i Netzteile von 2,8 bis 8 A. All diesen Gerätengemeinsam sind die auf maximale Effizienz, Langlebig-keit und Leistungsstärke ausgelegten Bauteile und Schaltungen. Kernpunkt ist ein hocheffizientes Schal-tungsdesign, dass sich zusätzlich durch seine Kompakt-heit auszeichnet. So sind die ifm-Netzteile deutlichschmaler und benötigen weniger Platz im Schaltschrankals leistungsgleiche Geräte anderer Hersteller. Damit lei-stet ifm einen wichtigen Beitrag im Maschinenbau, derimmer kleinere Schaltschränke verlangt.

Man könnte meinen, diese Kompaktheit ginge auf Ko-sten der Bauteildimensionierung und einen reduziertenFunktionsumfang. Doch den Entwicklern ist das Gegen-teil gelungen: Die Bauteile sind so dimensioniert, dass dieNetzteile dauerhaft in den Grenzbereichen der Spezifika-tionen betrieben werden können. Sie liefern über nahezuden gesamten Temperaturbereich die angegebene Nenn-leistung. Eine sonst übliche „Überdimensionierung“ derNetzteile mit Reserve für mehr Langlebigkeit ist bei ifm-Netzteilen deshalb nicht erforderlich. Das spart Platzund Kosten. Belegt wird dies durch einen herausragen-den MTBF-Wert von 0,89 bis 1,4 Millionen Stunden (jenach Variante), was einer „Lebensdauer“ von 100 bis160 Jahren gleichkommt. Erst ab einer Umgebungstem-peratur von 60 °C ist ein geringes Derating (reduzierteLeistungsabgabe) zu beachten.

n Starke ExtrasDurch jahrelanges Applikations-Know-how weiß ifmexakt, welche Anforderungen die Automatisierungs-technik an die Energieversorgung stellt. Deshalb wurdenzahlreiche Extras integriert, die eine zuverlässige Funk-tion in allen Betriebsphasen gewährleisten.Anstelle einer Einschaltstrombegrenzung mit einem einfachen NTC-Widerstand werden bei den neuen Schalt-netzteilen der ifm die Kondensatoren mikroprozessor-gesteuert geladen. Dieser „sanfte“ Anlauf der Span-nungsversorgung sorgt dafür, dass die dem Netzeil vorgeschalteten Sicherungen nicht extra für einen erhöh-ten Anlaufstrom höher dimensioniert werden müssen. Dasschafft zusätzliche Sicherheit auf der Primärseite desNetzteils.Zusätzliche Leistungsreserven auf der Sekundärseite sorgendafür, dass das Netzteil noch genügend Strom abgibt, umim Falle eines Kurzschlusses die nachgeschalteten Lei-stungsschutzschalter zuverlässig auszulösen. Für nach-trägliche Erweiterungen der Anlage bieten die ifm-Netzteilenoch eine zusätzliche Leistungsreserve von 20 Prozent.Kurzzeitige Spannungseinbrüche, zum Beispiel verursachtdurch Schaltvorgänge im Versorgungsnetz, überbrückendie Netzteile für mehrere Millisekunden.

n FazitWas im Datenblatt oftmals kaum beachtet wird, hat be-deutende Auswirkungen auf Lebensdauer und Zuverläs-sigkeit der Anlage. NOBA hat die Vorteile der neuenifm-Netzteile erkannt, spart somit Betriebskosten undschafft ein optimales Klima, um die hohen Produktan-forderungen sicher zu erfüllen.

Echt cool: Dank hohem Wirkungsgrad heizt die neue Generationvon Netzteilen der ifm den Schaltschrank nicht auf.

Ein kleines, aber prak-tisches Detail: Alle 24-V-Schaltnetz-teile sind mit Doppel-klemmen ausgestattet. Das erleichtert die Verkabelung undschafft mehr Übersichtim Schaltschrank.

34

Applikationsbericht Romfil

Die Reinigung von Wasser wird zunehmendzu einem wichtigen Produktionsfaktor. Moderne Fluid-Sensorik sorgt dabei für effiziente und energiesparende Prozesse.

Bis zu 300 Kubikmeter Wasser – das entspricht ungefährdem Volumen einer 100 qm Wohnung – filtriert die Cross-flow-Filteranlage Aquacross W675 der Romfil GmbH proStunde. Aus vorgeklärtem, aber immer noch verunrei-nigten Wasser produziert sie Trinkwasser. Das Prinzip der Cross-Filtration ist besonders effizient:Schmutzwasser wird in einem Kreislauf durch dünne, po-röse Kapillarröhrchen gepresst. Nur reines Wasser kanndiese Membran durchdringen. Das mit Schmutzpartikelndurchsetzte Wasser dagegen zirkuliert weiter, bis es nachund nach ebenfalls gereinigt ist. Hunderte solcher Kapillare sind in einem etwa 1,5 mhohen Filtermodul zusammengefasst. Das ergibt eine Fil-

trationsfläche von 75 Quadratmetern. Je nach ge-wünschtem Durchsatz arbeiten mehrere Module parallel.Bei der gezeigten Anlage sind es zwei Reihen á 9 Mo-dule, was einer Filterfläche von 1.350 Quadratmeternentspricht. Damit lassen sich 300.000 Liter Schmutzwas-ser pro Stunde reinigen. Moderne Sensorik hilft dabei, verschiedene Prozesse derAnlage zu überwachen und sie in einem optimalen Bereich zu fahren. Nur so wird mit minimalem Energie-aufwand maximale Filterleistung erzielt. Romfil setzt beider Anlage komplett auf Sensorik von ifm, die sich alsbesonders zuverlässig erwiesen hat.

n Anströmung überwachenDamit die Filterkapillare ihren optimalen Wirkungsgraderreichen sind exakte Druckwerte erforderlich, mit denendas Schmutzwasser durch die Filter zirkuliert. In der Anströmleitung zu den Filterelementen ist deshalb

Sensoren für sauberes,klares WasserProzessüberwachung bei der Wasserfiltration

35

ein ifm-Drucksensor vom Typ PF2654 eingebaut. Derfrontbündige Sensor ist für einen Messbereich von -0,5bis 10 bar ausgelegt und bietet eine sehr hohe Genauig-keit von 0,6 Prozent. Die überlastfeste und driftfreie Keramikmesszelle sorgt zusammen mit dem O-Ring-freien Dichtungskonzept für einen wartungsfreien Lang-zeitbetrieb. Der Drucksensor besitzt zwei Schaltausgänge,wobei der zweite Ausgang auch als Analogausgang(4…20 mA oder 0…10 V) parametriert werden kann. Dasalphanumerische LED-Display hilft bei der Parametrierungund dient zudem als Messwertanzeige vor Ort.Neben Druck wird auch die Systemtemperatur in der An-strömleitung überwacht. Der TA3437 ist ein universeller Temperaturtransmitter miteinem analogen Stromausgang von 4 bis 20 mA. Durchdie Verwendung eines Pt-Sensorelements der Genauig-keitsklasse A und der werksinternen Kalibrierung wirdeine hohe Genauigkeit erreicht. Die bewährte ifm-Film-technologie führt zudem zu einer exzellenten Ansprech-zeit von T05 = 1 s und T09 = 3 s. Das rundumgeschlossene und geschweißte Gehäuse aus Edelstahl gewährleistet neben der Schutzart IP 69K eine hohe mechanische Stabilität. Das Gehäusedesign vermindertSchmutzablagerungen und ist rundherum zu reinigen.

n Füllstand im FilterAm Fuß des ersten Filtermoduls ist ein ifm-Grenzstand-sensor LMT100 montiert. Er überwacht, ob sich auch tat-sächlich zu filtrierendes Wasser in den Filtern befindet.Das Besondere der Baureihe LMT ist die Unempfindlich-

keit gegenüber Anhaftungen. Die PEEK-Spitze des Sen-sors weist eine extrem glatte Oberflächenbeschaffenheitvon Ra < 0,8 μ auf. Schmutz und Medienrückstände bekommen kaum Möglichkeiten sich festzusetzen. Selbstbei Schaum oder viskosen Medien wird der Füllstand sicher erkannt. Die Inbetriebnahme ist einfach. Ein Me-dienabgleich kann entfallen, da der Sensor bereits werks-seitig voreingestellt ist. Die Füllstanderkennung erfolgtlageunabhängig. Dank seiner kompakten Sensorspitzelässt sich der LMT selbst in kleinen Rohrleitungen vonDN25 integrieren.Aufgrund der hochwertigen Gehäusematerialien wieV4A Edelstahl (1.4404) und PEEK erfüllt der Sensor alleAnforderungen für den Hygienebereich. Dazu zählenauch ein gelasertes Typenschild sowie die hohe SchutzartIP 68 / IP 69K.

Zufluss überwachen: Temperaturtransmitter und Drucksensor in der Anströmleitung.

Füllstandkontrolle im Filtermodul: Selbst bei Anhaftungen oderSchaum überwacht der LMT100 zuverlässig den Grenzstand.

36

Applikationsbericht Romfil

n LeerdrückenGelegentlich muss die gesamte Anlage entleert werden,z. B. vor oder nach Reinigungsgängen. Ein Drucktrans-mitter überwacht das sogenannte „Leerdrücken“ mittelsDruckluft.Der PP7554 zeichnet sich durch eine hohe Gesamtge-nauigkeit von 0,5 %, ein kompakteres Edelstahlgehäuseund eine Schaltpunktgenauigkeit von 0,5 % aus. DieDruckaufnahme mittels keramisch-kapazitiver Messzellesorgt für zuverlässige und langzeitstabile Messwerte.Dem Anwender stehen zwei Schaltausgänge oder je einSchalt- und Diagnoseausgang zur Verfügung. Zudem istder Sensor IO-Link-fähig. Das ermöglicht sowohl eine di-gitale Prozessdatenübertragung als auch eine Parame-trierung oder Diagnose von der Steuerung oder voneinem PC aus.

n Strömungsüberwachung der Anlagen-reinigungsmittel

Für eine lange Standzeit der Filtermembran muss dieseregelmäßig gereinigt werden. Das geschieht mit Hilfe ver-schiedener Reinigungsmittel, die exakt dosiert zugeführtwerden. Während des automatischen Reinigungsvor-gangs überwacht ein ifm-Strömungssensor den Durch-fluss. Der SI5000 arbeitet nach dem kalorimetrischen Prinzipund kommt somit ohne mechanisch bewegte Teile aus.Das garantiert eine zuverlässige Überwachung auch beischwierigen Medien über eine lange Zeit. Die Mikropro-zessortechnologie bietet dem Anwender einfache Bedie-nung. Strömungsabgleich und Schaltpunkteinstellungerfolgen einfach per Tastendruck. Ein mehrfarbiger LED-Bargraph zeigt Messwerte und Schaltpunkte an. Ver-schiedene, als Zubehör erhältliche Adapter sorgen füreine schnelle und sichere Prozessanbindung.

n Pneumatik überwachenSämtliche Ventile der Anlage sind pneumatisch betrie-ben. Der notwendige Systemdruck für die Ventilsteue-rung von 6 bar wird mit einem im Schaltschrankmontierten ifm-Drucksensor PQ3834 überwacht.Die piezo-resistive Siliziummesszelle misst zwischen -1 und 10 bar. Sie ist unempfindlich gegen Flüssigkeiten(z. B. Kondenswasser) und Ablagerungen, welche sich imSystem befinden können. Weiterhin garantiert sie einesehr hohe Genauigkeit. Die Anzeige kann frei wählbar in rot oder grün erfolgen.Ein Beispiel: Im Gut-Bereich wird der Messwert grün dar-gestellt, bei Über- oder Unterschreitung eines wählbarenSchaltpunkts dagegen rot. Das bietet eine optimale Über-sicht. Zwei programmierbare Schaltausgänge oder einSchalt- und Diagnoseausgang bieten flexible Anpas-sungsmöglichkeiten.

n FazitEine ganze Reihe von Prozessparametern sind bei derWasserfiltration zu beachten. Hierfür bietet ifm das kom-plette Spektrum an Sensoren. Die präzisen wartungs-freien und langzeitstabilen Messwertaufnehmer erlaubeneinen effizienten und zuverlässigen Betrieb der Anlage.Deshalb setzt man beim Romfil seit Langem auf Sensorikvon ifm.

Ein Drucktransmitter überwacht das „Leerdrücken“ der Anlagemittels Druckluft

Ein Strömungssensor kontrolliert hinter den Pumpen den Zufluss der Reinigungsflüssigkeiten.

Automatisierungstechnik spielt auch inlandwirtschaftlichen Maschinen eine immergrößere Rolle. Passende Sensoren undSteuerungen automatisieren dabei vieleFunktionen, die Maschinenführer werdenentlastet, Produktivität und Effizienz steigen. Ein typisches Beispiel ist dieSchwadverfolgung für Schlepper bei derGetreide- oder Heuernte. Zum Einsatzkommt hier das 3D-Sensorsystem von ifm.

Industrie und Landwirtschaft sind zusammen mit demDienstleistungssektor die tragenden Säulen einer moder-nen Volkswirtschaft. Seit der industriellen Revolution, beider Maschinen die ursprünglich handwerklich geprägteFertigung immer weiter rationalisierten, ist die industrielleProduktion durch weiteren technischen Fortschritt stetseffizienter geworden. Heute ist das Thema „Industrie4.0“ in aller Munde. Die Verwendung von Elektronik, Informationstechnologie und Kommunikation soll in der Produktion zu einer vierten industriellen Revolutionführen.

Die Entwicklung in der Landwirtschaft scheint Medienund Öffentlichkeit allgemein weniger zu interessieren.Aber auch hier gibt es bemerkenswerte Möglichkeitendurch den Einsatz von Elektronik und IT. Die Ziele unter-scheiden sich dabei nicht grundsätzlich von denen in der Industrie: Produktivität, Effizienz und Qualität sollensteigen.

n Automatisierung in der LandwirtschaftIn der Landwirtschaft besteht ein steter Kostendruck, derdie Landwirte dazu zwingt, immer kostengünstiger zuproduzieren. Auf der anderen Seite steigen die Quali-tätsanforderungen – und der Umweltschutz spielt eineimmer größere Rolle. Die Vorgehensweise ist ähnlich wie in der industriellenFertigung: Maschinen sollen immer mehr Aufgaben über-nehmen, möglichst ohne dass ein Bediener eingreifenmuss. Die Produktivität erhöht sich, und die Personal-

38

Applikationsbericht Automatisierung in der Landwirtschaft – Schwadverfolgung

3D-Sensor am Schlepper Auf dem Weg zu Landwirtschaft 4.0

Wie ein Autobahn-Spurhalteassistent in modernen Autos sorgt die Automatisierungstechnik dafür,

dass der Schlepper die Ballenpresse in der Spur hält – also exakt dem Schwad folgt.

39

kosten sinken. Auch die Qualität der Landwirtschaft kannso steigen. Beispielsweise können intelligente Systemeden Düngemitteleinsatz optimieren, so dass in Abhän-gigkeit von der Bodenbeschaffenheit nur so viel Düngerverwendet wird, wie tatsächlich notwendig ist. Solche Anwendungen werden unter dem Begriff Precision Farming zusammengefasst. Die eingesetzten Systeme und Komponenten gleichen denen aus den industriellen Anwendungen. Sensoren spielen in diesemZusammenhang eine wichtige Rolle: Sie erfassen Mess-werte, die eine Steuerung weiterverarbeitet und in Befehle für die Aktoren umsetzt. Besonders wichtig hierbei ist, dass alle Komponenten undSysteme möglichst nahtlos miteinander kommunizieren.Diese Anforderung ist aus der industriellen Anwendunghinlänglich bekannt. Wichtige Unterschiede zu in-dustriellen Anwendungen gibt es aber auch. So müssendie eingesetzten Komponenten den rauen Umgebungs-bedingungen in landwirtschaftlichen Maschinen stand-halten.

n Spur halten bei der ErnteEine typische Anwendung findet sich bei der Ernte vonGras oder Getreide. Das gemähte Gras bzw. das Stroh,das bei der Getreideernte übrig bleibt, wird auf dem Feldzu einem Schwad in Reihen zusammengerecht. Auf dieseWeise lässt sich das Material anschließend mit einer Ballenpresse weiterverarbeiten. Dazu muss die Ballen-presse mit dem Schlepper möglichst exakt und gleich-mäßig über den Schwad bewegt werden. DieLinienführung ist eine typische Aufgabe, die sich auto-matisieren lässt. Wie ein Autobahn-Spurhalteassistent in modernen Autos sorgt die Automatisierungstechnikdafür, dass der Schlepper die Ballenpresse in der Spur hält – also exakt dem Schwad folgt. Entscheidend ist in dieser Anwendung die Sensortechnik.Zum Einsatz kommt hierfür ein 3D-Sensorsystem von ifm.Dieses erzeugt mit der PMD-Technologie ein dreidimen-sionales Bild der Umgebung.

n Time-of-Flight PMD-Technologie Herzstück des 3D-Sensorsystems von ifm ist ein Photo-nenmischdetektor (PMD), dessen Funktionsprinzip aufdem Lichtlaufzeitverfahren (Time-of-Flight) beruht. Einemodulierte Lichtquelle beleuchtet den Erfassungsbereichmit unsichtbaren Infrarotlicht. Der PMD-Sensor, der mitder Modulationsquelle gekoppelt ist, empfängt das reflektierte Licht und misst die Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal. Damitlässt sich die Laufzeit des Lichts und damit die Entfernungzum Objekt genau bestimmen. Der PMD-Sensor besitzteine integrierte aktive Fremdlichtunterdrückung und arbeitet selbst bei voller Sonneneinstrahlung äußerst zu-verlässig.Mit einer Auflösung von 64 x 16 Pixel lassen sich die Ab-stände exakt bestimmen. Mit diesem 3D-Sensorsystemergeben sich für Landmaschinen vollkommen neue Mög-lichkeiten zur Umfeld- und Objekterkennung. Im oben

genannten Beispiel lässt sich eine sehr gute Schwad-verfolgung realisieren, bei der die Ballenpresse immerexakt über den Schwad gezogen wird. Gleichzeitig kanndie Geschwindigkeit des Schleppers optimiert werden.Ballenpressen haben einen optimalen Arbeitsbereich fürden Mengenstrom. Ist dieser bei geringer Geschwindig-keit zu klein, wird also zu wenig Material zugeführt, leidet die Produktivität im Termingeschäft. Bei zu hoherGeschwindigkeit wird die Ballenpresse überlastet und eskommt zu Verzögerungen bis hin zum Maschinen-stillstand. Um den Mengenstrom zu messen bestimmtdas 3D-Sensorsystem die Größe des Schwads. Diese Information kann dann für eine Optimierung der Geschwindigkeit verwendet werden.

Die kompakten und robusten Sensorsysteme lassen sich einfach am Schlepper montieren.

Das 3D-Sensorsystem von ifm erfasst Objekte im Sichtfeld zuverlässig und schnell.

n Bildverarbeitung direkt im SensorDurch die große Anzahl von Pixeln und die hohe Messfrequenz von bis zu 50 Hz entsteht eine große Datenmenge. Um Anwendungen möglichst einfach im-plementieren zu können, verarbeitet das Sensorsystemdie 3D-Daten bereits intern. Dazu sind zwei leistungs-fähige 32-Bit-Prozessoren direkt im Sensor integriert, diebereits einige leistungsfähige Funktionen zur Verfügungstellen. Dabei kommen hochentwickelte Algorithmen ausdem Automotive-Bereich zum Einsatz, die eine zuverläs-sige Objekterkennung von bis zu 20 Objekten gleich-zeitig ermöglicht. Auch einfache Aufgaben, wie die Distanzmessung oder Bereichsüberwachung sind bereitsim Sensor implementiert. Dabei stehen typische Funktio-nen, wie minimaler, maximaler und durchschnittlicherAbstand, zur Verfügung. Die Kommunikation dieser vor-verarbeiteten Daten an eine übergeordnete Steuerungerfolgt über CANopen oder SAE J1939. Alternativ kanndas Sensorsystem auch die kompletten 3D-Daten über-tragen. Dazu steht eine zusätzliche Schnittstelle für FastEthernet UDP zur Verfügung, die komplette Abstands-informationen für sämtliche Pixel bis zu 50 mal pro Sekunde überträgt. Die Steuerung kann diese Datendann beliebig auswerten. Um das Sensorsystem zu para-metrieren, stellt ifm eine komfortable Software zu Verfü-gung. Über den sogenannten ifm Vision Assistant istauch ein Live-Monitoring der 3D-Daten möglich.

n Optimiert für mobile MaschinenAnwendungen in mobilen Maschinen stellen hohe Anforderungen an die verwendeten Komponenten. Siemüssen Umgebungseinflüssen, wie Vibrationen, Schocks,Staub und Temperaturschwankungen, widerstehen.

Da das 3D-Sensorsystem keine beweglichen Teile hat, istder Sensor gegenüber Schocks und Vibrationen beson-ders widerstandsfähig und praktisch verschleißfrei. Durchdie hohe Schutzart IP67 und IP69K und den Umge-bungstemperaturbereich von -40 °C bis 85 °C ist das Sy-stem für den Einsatz an mobilen Arbeitsmaschinenbesonders gut geeignet. Außerdem hat das System diefür Fahrzeuge wichtige E1-Zulassung. Sowohl das Sen-sorsystem als auch die zugehörige Infrarotbeleuchtungsind sehr kompakt und lassen sich dadurch an fast jedelandwirtschaftliche Maschine montieren.

n FazitIn der Landwirtschaft und in anderen Bereichen, in denenmobile Maschinen verwendet werden, können mit dem3D-Sensorsystem von ifm automatisierte Lösungen reali-siert werden. Neben der oben beschriebenen Schwad-verfolgung sind auch viele weitere Funktionen möglich.Statt dem subjektiven Gefühl des Maschinenführers sorgen zuverlässige Daten für eine optimale Steuerungder Maschine. Produktivität und Effizienz hängen damitweniger stark von der Routine und dem Know-how desPersonals ab. Das in der modernen Landwirtschaft geforderte Precision Farming wird dadurch deutlich einfacher.

40

Applikationsbericht Automatisierung in der Landwirtschaft – Schwadverfolgung

Ein Schlepper zieht die Ballenpresse über den Schwad. Mit dem 3D-Sensorsystem kann die Spurverfolgung

automatisiert und die Geschwindigkeit optimiert werden.

Tech

nisc

he Ä

nder

unge

n be

halte

n w

ir un

s oh

ne v

orhe

rige

Ank

ündi

gung

vor

. · G

edru

ckt

in D

euts

chla

nd a

uf c

hlor

frei

geb

leic

htem

Pap

ier.

03

/16

Positionssensoren

Sensoren fürMotion Control

IndustrielleBildverarbeitung

Sicherheitstechnik

Prozesssensoren

Systeme zurZustandsüberwachungvon Maschinen

IndustrielleKommunikation

Identifikationssysteme

Systeme für mobileArbeitsmaschinen

Verbindungstechnik

Übersicht ifm-Produktprogramm:

Zubehör

Über 70 Standorte weltweit –auf einen Blick unter

Deutschland

ifm electronic gmbhVertrieb DeutschlandNiederlassung Nord31135 HildesheimTel. 0 51 21 / 76 67-0Fax 0 51 21 / 76 67 12

ifm electronic gmbhVertrieb DeutschlandNiederlassung Baden-Württ.73230 KirchheimTel. 0 70 21 / 80 86-0Fax 0 70 21 / 80 86 21

ifm electronic gmbhVertrieb DeutschlandNiederlassung West45128 EssenTel. 02 01 / 3 64 75-0Fax 02 01 / 34 13 25

ifm electronic gmbhVertrieb DeutschlandNiederlassung Bayern82178 PuchheimTel. 0 89 / 8 00 91-0Fax 0 89 / 8 00 91 11

ifm electronic gmbhVertrieb DeutschlandNiederlassung Mitte-West58511 LüdenscheidTel. 0 23 51 / 43 01-0Fax 0 23 51 / 43 01 39

ifm electronic gmbhVertrieb DeutschlandNiederlassung Ost07639 TautenhainTel. 03 66 01 / 7 71-0Fax 03 66 01 / 7 71 14

ifm electronic gmbhVertrieb DeutschlandNiederlassung Süd-West64646 HeppenheimTel. 0 62 52 / 79 05-0Fax 0 62 52 / 7 77 57

E-Mail info@ifm.com

www.ifm.com

Cert no. IMO-COC-027827

www.ifm.com

ifm-Service-Telefon 0800 16 16 16 4Kostenfrei direkt zu Ihrem ifm-Service-Center