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Sensorik Die Sensorik auf dem Weg zu Industrie 4.0

| Redakteur: Jan Vollmuth

An Sensoren für Industrie-4.0-Anwendungen werden spezielle Anforderungen gestellt. Pepperl und Fuchs sieht daher die Notwendigkeit für eine Sensorik 4.0. Mehrere evolutionäre Ansätze wurden bereits umgesetzt.

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(Bild: Pepperl+Fuchs)

Industrie 4.0 umfasst die umfassende Anwendung von Vernetzungstechnologien aus der IT nicht nur im täglichen Leben, im Automobil und in Haus und Heim sondern vor allem auch in der Automatisierung bzw. der industriellen Produktion. Neue Kommunikationswege sollen geschaffen oder bestehende verbessert werden, so dass flexible Netzwerk-Strukturen starre Hierarchien ablösen können.

Dezentral organisierte Automatisierungsstrukturen handeln autonom und kommunizieren geeignet miteinander, Maschinen oder auch Produkte müssen selbständig Informationen über sich selbst liefern können. Eine entscheidende Rolle spielen zusätzliche horizontale aber auch vertikale Kommunikationswege, über welche die beteiligten Komponenten miteinander kommunizieren ohne dass eine fest verdrahtete und unveränderliche Struktur zugrunde liegt.

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Effizientere und flexiblere Produktionsmethoden

Ob dadurch wirklich eine vierte industrielle Revolution stattfindet wird man erst rückblickend beurteilen können. Bereits bestehende Technologien ermöglichen jedoch evolutionäre Schritte in Richtung effizienterer und flexiblerer Produktionsmethoden. Auf jeden Fall verändern wird sich die vertraute Automatisierungspyramide, in welcher Feldebene, Steuerung, HMI, MES, ERP aufeinander aufsetzen und im Wesentlichen nur vertikal benachbarte Schichten direkt miteinander kommunizieren.

Industrie 4.0-Kommunikation basiert im Grunde auf dem Internetprotokoll (IP). Alle I4.0-Komponenten müssen daher entweder selbst IP-fähig werden oder an IP-fähige Einheiten angebunden werden.

In den oberen Ebenen der Automatisierungspyramide ist diese IP-Fähigkeit in den allermeisten Fällen heute schon vorhanden und wird auch genutzt. Auf der Feldebene sieht es erheblich schwieriger aus. Zusätzliche Kosten für das Gerät selbst sowie dessen Verkabelung und zusätzlich beanspruchter Bauraum für die teuren Steckverbinder sprechen gegen eine Ausrüstung jeder Komponente mit einer IP-fähigen Schnittstelle.

Sensorik ist die Quelle aller Informationen

Der Sensorik kommt in Industrie 4.0-Szenarien eine besondere Bedeutung zu, denn diese ist die Quelle aller Informationen, die zur Steigerung der Flexibilität sowie der Leistungsfähigkeit von Cyber-Physischen Systemen beitragen.

Vielfach liefern intelligente Sensoren und Aktoren bereits weitergehende Daten, es fehlen aber Übertragungs-Standards dafür. Leistungsfähige Sensortechnologien stehen zur Verfügung, deren Integration in Automatisierungssysteme jedoch häufig noch hohen Engineering-Aufwand erfordert. Verschiedene Hard- oder Software-Schnittstellen müssen aufeinander angepasst, Protokolle umgesetzt oder andere Kommunikations-Mechanismen erstellt werden. Oft entstehen dabei noch so genannte „Insel-Lösungen“, die zwar für sich gesehen gut funktionieren, eine universelle Verwendung mangels geeigneter Standards aber nicht sinnvoll erscheint.

Standards erforderlich

Industrie 4.0 ist ohne solche Standards nicht möglich. Sensorinformationen werden in Cyber-Physischen Systemen u.U. an mehreren Stellen mit unterschiedlicher Taktung bzw. Zeitauflösung benötigt. Beispielsweise hat die Steuerungsebene harte Echtzeitanforderungen im Millisekunden-Bereich und benötigt Sensorwerte in maximaler Auflösung, während auf der Bedienebene das Aktualisieren von Sensordaten im Sekundentakt meist vollkommen ausreichend ist. Geeignete Schnittstellen sind daher eine wesentliche Anforderung an die Sensorik für Industrie 4.0-Anwendungen.

Gleichzeitig wird zunehmend Intelligenz in Sensoren oder Aktoren verlagert, sodass dort komplexere Funktionalitäten abgebildet und qualitativ höherwertige Signale geliefert werden können. Damit steigt aber auch beinahe zwangsläufig die Anzahl der einzustellenden Parameter und es sind geeignete Bedien- und Anzeigekonzepte für diese Parametriervorgänge erforderlich.

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