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Funksensoren Autarke Funksensoren für die Fabrikautomation

| Autor / Redakteur: Markus Bregulla / Jan Vollmuth

Mit batteriebetriebenen Funksensoren überträgt Turck als erster Anbieter den Wireless-Trend von der Prozess- auf die Fabrikautomation.

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Ein typisches Einsatzszenario der neuen Funksensoren von Turck: Die Opto-Sensoren könnten die korrekte Lage von Automobilkarosserien überwachen und einfach auf dem Förderband mitfahren.
Ein typisches Einsatzszenario der neuen Funksensoren von Turck: Die Opto-Sensoren könnten die korrekte Lage von Automobilkarosserien überwachen und einfach auf dem Förderband mitfahren.
(Bild: Turck)

In der Prozessautomation ist ein Trend zur drahtlosen Signalübertragung zu beobachten. Das hat zwei Gründe: Zum einen sind die übermittelten Signale selten zeitkritisch und damit überhaupt erst für eine drahtlose Übertragung geeignet. Zum anderen sind die Übertragungswege oft lang, wodurch die drahtlose Übermittlung schnell günstiger als die kabelbasierte Variante wird. Gerade bei der Nachrüstung von zusätzlichen Messpunkten wählen Anlagenplaner daher immer öfter Wireless-Produkte.

Neben den Wireless-Lösungen mit externer Spannungsversorgung, die dann eben doch noch ein Kabel benötigen, bieten die Hersteller zunehmend komplett autarke Lösungen mit Batterieversorgung an. Sensoren können direkt an die Funkteilnehmer angeschlossen und über die Batterie mitbetrieben werden.

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Eine logische Konsequenz dieses Trends zu unabhängigen Lösungen ohne externe Spannungsversorgung war für Turcks Wireless-Partner Banner Engineering die Entwicklung von autarken Funksensoren. Also Sensoren, die in einem Q45-Gehäuse Optik, Sensor- und Funk-Elektronik sowie die Batterieversorgung vereinen. Der Wireless-Trend aus der Prozessautomation soll mit diesen Sensoren auf die Fabrikautomation übertragen werden.

Die Entwicklung der Funksensoren war getrieben von der Überzeugung, dass viele Applikationen durch sie vereinfacht oder sogar erst ermöglicht werden. Mit ihrer Reichweite bis zu einem Kilometer lassen sich auch schwer überbrückbare Hindernisse wie Wasserbereiche oder Verkehrswege überqueren – für den Einsatz im Außenbereich sind die Sensoren in Schutzart IP67 ausgelegt.

Zu einer Standard-Applikation der Funksensoren könnte die Kontrolle von Notausgängen und Türen werden. Auch für andere Monitoring-Aufgaben kommen die Geräte in Frage. In jedem Fall sind es nicht zeitkritische Anwendungen, für die sich die Funksensoren eignen. Ihre Reaktionszeit von 250 ms ist zwar für eine Wireless-Lösung beachtlich, von harter Echtzeit ist sie jedoch weit entfernt.

Ersatz für Schleifringe und Kabelschleppsysteme

Als weiteres zentrales Einsatzfeld identifizieren Banner und Turck bewegte Applikationen. Diese sind in der Fabrikautomation weitaus häufiger als in der Prozesswelt. Signalkontakte an bewegten Maschinenteilen müssen heute mit Schleifringen angebunden werden. Kabelschleppsysteme führen dabei die Leitungen.

Beide Produktgruppen sind zwar bewährt und technisch erprobt, aber trotzdem mit Nachteilen behaftet: Schleppfähige Kabel wie auch Schleifringe sind teuer. Insbesondere, wenn es um die Übertragung von analogen Signalen geht, steigen die Preise bei Schleifringen an. Dann bedeutet jeder Verschleiß an der Kontaktfläche eine Änderung des Oberflächenwiderstandes und damit die Verfälschung des übertragenen Signals. Schleifringkontakte für analoge Signale bestehen daher häufig aus Goldlegierungen. In jedem Fall sind Schleifringe verschleißbehaftet, was ihre Kostenbilanz abermals trübt.

Ein Einsatzszenario, für das sich Funksensoren besonders anbieten, ist die Positionsüberwachung direkt an Werkstückträgern auf Förderbändern. So könnten die Opto-Sensoren die korrekte Lage von Automobilkarosserien im Skid kabellos überwachen und einfach auf dem Förderband mitfahren.

Kanalzuweisung erfolgt einfach über Drucktaster

Ihre Signale funken die Sensoren an DX80-Wireless-Gateways aus dem Turck-Programm. Die Funk-Sensoren sind als eigenständige Teilnehmer der DX80-Drahtlosnetzwerke ausgelegt. Sie werden über einfache Drucktaster am Sensor und am Gateway einem Kanal zugeordnet.

Ein Feature des DX80-Systems ist das Mapping von DX80-Ausgängen auf Eingänge von Knoten, an denen Aktoren hängen. So leistet das Netzwerk einfache Steuerungsaufgaben auch ohne Steuerung. Zur Überwachung können die Signale entweder als gespiegeltes Signal oder über den Busausgang zur Steuerung gesendet werden. Das erleichtert manche Applikation und macht bei sehr einfachen Aufgaben die Steuerung sogar überflüssig.

Eine von Anwendern häufig gestellte Frage ist die nach der Lebensdauer der Batterien. Banner hat es geschafft, mit speziellen AA-Lithium-Ionen-Batterien die Betriebsdauer des Sensors auf bis zu fünf Jahre zu erhöhen. Das liegt nicht nur an der Batterie, sondern auch an der stromsparenden Konstruktion der Funksensoren. Der Anwender kann Intervalle programmieren, in denen die Sensoren aufwachen und wieder in den Ruhemodus gehen. Damit erreicht der Funksensor eine außergewöhnliche Batterielebensdauer.

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