Überwachung von Druckluft in der Automation

Die Sensorlösung wurde konzipiert für vielfältige Anwendungen in pneumatischen Steuerungen und Antrieben, deren Verfügbarkeit für Fertigungsprozesse essenziell ist.

Moderne, wettbewerbsfähige Produktionsprozesse zeichnen sich durch konstant hohe Produktqualität, maximale Verfügbarkeit der Betriebsmittel und minimierten Ausschuss bei optimierten Produktionskosten aus. Der Schlüssel dazu liegt unter anderem im Einsatz von Sensorik, welche die Produktionsanlagen überwacht und damit eine maximale Verfügbarkeit ermöglicht.

Für die Einstellung direkt am Sensor verfügt der PAC50 über drei große und klar voneinander abgesetzte Funktionstasten. Sie dienen zum Scrollen, Auswählen, Eingeben und Bestätigen und ermöglichen die Eingabe der Werte ohne weiteres Werkzeug. Bild: Sick

Eine wichtige Rolle spielen dabei Druckschalter, die zur Überwachung von Pneumatiksteuerungen und -Antrieben in beinahe allen Fertigungsindustrien eingesetzt werden. Der Anwender sieht sich vor die Aufgabe gestellt, aus der Vielzahl im Markt angebotener Druckschalter das für die jeweilige Anwendung geeignete Gerät auszuwählen. Dabei spielen viele Faktoren eine Rolle. Die eigentliche Erfassung und Anzeige der Messgröße ist eine Selbstverständlichkeit. Ausschlaggebend sind aber die Mehrwerte, die für den Endanwender echten Nutzen bringen. Und was könnte in diesem Zusammenhang schwerer wiegen als die Verfügbarkeit der Produktionsanlagen?

Das beginnt bei der Inbetriebnahme: Läuft sie problemlos und fehlerfrei, spart dies Zeit und Geld. In der Produktion sind die Betriebszustände schnell und sicher zu erfassen, durch klare Anzeigen, wie sie das Konzept der Virtual Factory vorsieht, oder durch intelligente Kommunikation der Sensorik mit der Steuerung oder der Leitwarte.

Automatisierte Produktwechsel optimieren die zur Produktion verfügbare Zeit und eliminieren Produktausfälle durch etwaige Fehleinstellungen. Nach einem Sensortausch geht die Anlage durch die automatisierte Parametereinstellung via IO-Link schnellstmöglich wieder in Betrieb. Wie sich diese Mehrwerte in einem Gerät vereinen lassen, das sich dadurch aus der Masse abhebt, zeigt das Beispiel des neuen Druckschalters PAC50.

Für verschiedene Drucksituationen

Der PAC50 ist für schaltende und messende Anwendungen in der industriellen Pneumatik ausgelegt. In typischen Einsatzbeispielen kontrolliert der elektronische Druckschalter die Druckluftversorgung einer Maschine oder Anlage oder misst und überwacht den Systemdruck in einer pneumatischen Steuerung. In der automatisierten Handhabungstechnik überwacht der Druckschalter beispielsweise den Ansaugdruck von Vakuumgreifern in der Pick&Place-Robotik oder die Kräfte von pneumatischen Klemm- und Spannelementen.

Ermittelt werden Relativdrücke unter anderem im Vakuumbereich von minus ein bar bis null bar oder im Überdruckmessbereich von null bar bis zehn bar. Die Schaltausgänge des Produktes sind einstellbar: PNP, NPN oder Push-Pull. Zusätzlich zu seinen beiden Schaltausgängen bietet der Druckschalter die Option der analogen Messwertausgabe – minus vier bis 20 Milliampere oder null Volt bis zehn Volt.

Steuerungsseitig ist die Signalbereitstellung auf folgende Weise gelöst: Der Analogausgang erkennt automatisch, ob die angeschlossene Steuerung ein Spannungs- oder ein Stromsignal erwartet und stellt den Sensor entsprechend darauf ein. Dies spiegelt die Variabilität des Druckschalters wider: Mit wenigen Produktvarianten werden vielfältige Anforderungen abgedeckt, um den Aufwand für Lagerhaltung zu reduzieren.

Betriebszustände auf einen Blick

Farbe bekennen in der Visual Factory: Die hintergrundbeleuchtete LCD-Anzeige des schaltet farblich um, wenn eingestellte Schaltpunkte nicht erreicht oder überschritten und wenn definierte Überwachungsfenster verlassen werden. Bild: Sick

Mit seinem Visualisierungsansatz unterstützt der PAC50 das Konzept der Visual Factory. Nicht mehr nur in Leitwarten, sondern auch im Feld und in der Fabrikhalle ist gefordert, wichtige Informationen und Betriebszustände mit einem Blick auch über große Entfernungen zu erfassen. Unter anderem ist das Ziel der Visual Factory, Zeichen, Diagramme und andere visuelle Informationen so darzustellen, dass sie – schneller als mündlich oder schriftlich kommuniziert – erfasst und bewertet werden können.

Farbe bekennen heißt es daher für den Druckschalter: Die hintergrundbeleuchtete LCD-Anzeige ist für die kompakten Sensorabmessungen nicht nur außergewöhnlich groß, sondern schaltet auch farblich um, wenn eingestellte Schaltpunkte erreicht oder überschritten und wenn definierte Überwachungsfenster verlassen werden. Auf diese Weise ist der aktuelle Schaltzustand mit einem Blick auch aus größerer Entfernung ablesbar, was für die Prozessverfügbarkeit wie auch die Betriebssicherheit einen Vorteil darstellt.

In insgesamt sechs Displaybereichen können vielfältige Parameter- und Prozesswerte dargestellt werden. Dabei dominiert im Betriebsmodus die große Anzeige des anliegenden Drucks. Ebenfalls angezeigt werden die eingestellten Schaltschwellen sowie die Zustände der beiden Schaltausgänge – das Display liefert also auf einen Blick alle relevanten Informationen.

Einfaches Handling

Die Vielseitigkeit der LCD-Anzeige soll eine einfache und schnelle Bedienung des Systems gewährleisten. Der Programmiermodus visualisiert den jeweils ausgewählten Parameter und dessen Wert, meldet Zusatz- und Bedieninformationen und zeigt den Zustand der Schaltausgänge an. Für die Einstellung direkt am Sensor verfügt das Produkt über drei große und klar voneinander abgesetzte Funktionstasten zum Scrollen, Auswählen, Eingeben und Bestätigen. Sie ermöglichen ohne weiteres Werkzeug eine fehlerfreie und schnelle Eingabe. Die Zeiten für Inbetriebnahme und Parameterwechsel im Betrieb werden somit deutlich verkürzt.

Soll der PAC50 als Smart Sensor Solution in ein intelligentes Pneumatik-Umfeld integriert werden, bietet er mit IO-Link 1.1 die erforderliche Integrationsoption für den schnellen und fehlerfreien Datenaustausch mit der angeschlossenen Steuerung. Die Möglichkeit, den Sensor über das Automatisierungssystem flexibel einzustellen, ist vor allem für Maschinen von Vorteil, an denen ein häufiger Wechsel von Formaten oder Produktvarianten stattfindet. Hinzu kommt, dass im Falle eines Sensoraustauschs der Parameter-Download direkt aus einer Steuerung Zeit spart und Fehler vermeidet. Damit wird die Anlagenverfügbarkeit maximiert und gleichzeitig das Risiko für Produktionsausfälle vergrößert.

Ob beim Anschluss an das Druckluftsystem, bei der Montage oder beim elektrischen Anschluss, der elektronische Druckschalter eröffnet vielerorts Möglichkeiten. So verfügt er sowohl an der Unter- als auch an der Hinterseite des Gehäuses über einen Druckanschluss mit G 1/4-Gewinde. An der Geräteunterseite besteht zudem die Option eines Steckanschlusses für vier-Millimeter-Pneumatikschläuche. Der elektrische Anschluss erfolgt mittels Rundsteckverbinder M12x1, der eine robuste Alternative zu den einfachen Kabelanschlüssen darstellt, die bei anderen Druckschaltern häufig verwendet werden. Auch verfügt das Produkt über eine robuste und wasserfeste Ausführung in den Schutzarten IP 65 und IP 67. Damit lässt es sich in die unterschiedlichsten Einbausituationen integrieren. bf

Autor: Dr. Thorsten Theilig, Sick

Hintergrundinfo

Sensorpartner für Fluidtechnik

Der elektronische Druckschalter PAC50 ist die neueste Produktfamilie im Portfolio von Drucksensoren für Flüssigkeiten und Gase. Mit ihm erweitert Sick sein Sensorangebot für Pneumatik­anwendungen. Hierzu gehören auch magnetische Zylinderschalter unterschiedlichster Ausführungen, wie sie an pneumatischen Zylindern zur sicheren Erfassung von Kolbenpositionen eingesetzt werden. Dabei lassen sich einzelne Schaltpunkte detektieren, aber auch die Umsetzung einer kontinuierlichen Wegmessung mit Analogwertausgabe ist möglich.

Insgesamt bietet das Angebot Industrial Instrumentation des Unternehmens eine stetig wachsende Zahl Lösungsmöglichkeiten in der Fluidtechnik. Neben Drucksensoren umfasst es Füllstandsensoren für die kontinuierliche Niveaumessung sowie zur Grenzstanderfassung von Flüssigkeiten und Schüttgütern, Durchflusssensoren für Flüssigkeiten, Laserscanner für die Messung des Volumenstroms auf Förderbändern sowie Temperatursensoren für den universellen Einsatz im Umfeld der Fabrikautomation.

Die genaue Überwachung relevanter Betriebsparameter mit Fluidsensorik gewährleistet Effizienz und Verfügbarkeit. Das zukunftsorientierte Konzept des Druckschalters zeigt, was heute und in Zukunft in diesem Bereich erwartet wird.

„Die Maschine ist sofort wieder einsatzbereit“

KURZINTERVIEW: Dr. Thorsten Theilig, Produktmanager Industrial Instrumentation, Sick

fluid: Welche Vorteile haben elektronische gegenüber mechanischen Druckschaltern für die Verfügbarkeit der Produktionsanlagen?

Wir sehen hier einige Vorteile: Im Gegensatz zu mechanischen Druckschaltern haben elektronische Druckschalter keine bewegten Teile und stehen daher für eine höhere Zuverlässigkeit. Hinzu kommt die höhere Schalt- und Messgenauigkeit von elektronischen Druckschaltern, die eine bessere Überwachung und damit auch eine höhere Prozesssicherheit bietet. Sollte es zu Fehlerzuständen beim anliegenden Druck kommen, lassen sich diese mit Hilfe eines Displays vor Ort wesentlich besser und schneller identifizieren.

Wir sehen darüber hinaus noch zwei weitere Vorteile, die explizit über IO-Link geboten werden: Die Parameter lassen sich mit einer Steuerung via IO-Link auf dem Druckschalter einstellen, das heißt der Anwender hat eine schnellstmögliche Einstellungsmöglichkeit für Produkt- und Formatwechsel. Sollte der Sensor ausgetauscht werden, dann minimiert die Parametersicherung, die Automated Data Storage, die Downtime, weil die Parameter aus der Steuerung auf den Druckschalter heruntergespielt werden. Die manuelle Einstellung des Ersatzgeräts entfällt. Das heißt, die Maschine ist nach einer kurzen Downtime sofort wieder einsatzbereit.

fluid: Welche Ziele standen für Sick vor der Entwicklung des PAC50 auf der Agenda?

Sick hat bereits für Pneumatikanwendungen Zylindersensoren im Portfolio. Mit dem PAC50 wollen wir dieses Portfolio erweitern und mit einem hochwertigen Produkt echte Mehrwerte bieten. Dazu zählen in erster Linie eine bestmögliche Bedienbarkeit, die variablen Signalausgänge und die IO-Link-Schnittstelle.

fluid: Visual Factory Design, umfassende Parametrierung und IO-Link-Anschluss – erste Zutaten für einen künftigen Industrie-4.0-Sensor?

Der PAC50 bedient ein sehr weites Spektrum. Einerseits ist er ideal in wenig automatisierten Umgebungen, da er durch sein großes und zweifarbiges Display unmittelbaren Aufschluss über die Betriebszustände der Anlage liefert. Auf der anderen Seite sehen wir die IO-Link-Schnittstelle als Basis für Steuerungsumgebungen, die den Zugriff bis zur Sensorebene herunter ermöglichen und insofern auch als Baustein für ein zukunftsfähiges Industrial-Internet-Konzept.

Das Gespräch führte Florian Blum, Redaktion