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Eine Erfindung von Leuze electronic: das Dual Channel Prinzip – aber was bedeutet das konkret?

Die zunehmende Digitalisierung bringt unter anderem auch eine Veränderung bekannter Prozesse und Abläufe mit sich. Bisher gültige und etablierte Standards werden auf den Prüfstand gestellt, verschwinden ganz oder müssen gegebenenfalls angepasst werden. In vielen Bereichen hat man den Eindruck, dass die Welt zunehmend komplexer wird, und es werden neue Kompetenzen und Strategien benötigt, um auch die künftigen Herausforderungen erfolgreich zu meistern. Leuze electronic entwickelt deshalb smarte Sensoren, die dazu beitragen, die Produktionsprozesse beim Kunden zu optimieren und die Produktivität seiner Maschinen und Anlagen und Maschinen zu steigern.

Eine Erfindung von Leuze electronic: das Dual Channel Prinzip – aber was bedeutet das konkret?
Was bedeuten Digitalisierung und Industrie 4.0 eigentlich?
In erster Linie geht es bei Industrie 4.0 oder IIoT darum, Daten und deren Austausch über alle Systemgrenzen hinweg bis in die Cloud zu standardisieren. Ein Großteil dieser Daten wird mit Hilfe von Sensoren generiert. Deren Aufgabe ist es, Prozessgrößen zu erfassen und in Form von Daten über die Schnittstelle(n) an abnehmende Systeme zu übertragen. Diese Prozessdaten sind im Grunde die originären Daten zur Lösung der eigentlichen Automatisierungsaufgabe. Je nach Sensortyp steht eine unterschiedliche Menge an Daten zur Verfügung. Dabei werden solche Schnittstellen eingesetzt, die der Komplexität der Datenübertragung am besten angepasst sind: einfache binär schaltende Sensoren übertragen den Prozesswert, Status- und Diagnosemeldungen über die IO-Link-Punkt-zu-Punkt-Kommunikations -schnittstelle. Komplexere Sensoren mit einer höheren Funktionalität sind häufig in echtzeitfähige Feldbus-Netzwerke integriert. Sie übertragen auch mehrere Prozess- und Alarmwertesowie Status- und Diagnosemeldungen und können über die Steuerung auch vollständig parametriert werden. Durch Industrie 4.0 rücken andere Themen wie beispielsweise Rezepturwechsel und Formatumstellung sowie Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung stärker in den Fokus. Die dort erforderlichen Daten sind häufig nicht zwingend für die Automatisierungsaufgabe notwendig, helfen dem Anwender aber wohl mit planbaren präventiven Wartungsintervallen, die Verfügbarkeit seiner Anlage zu erhöhen. Die Daten werden hierbei aus unterschiedlichsten Quellen an einer zentralen Stelle, zum Beispiel in einer Cloud, zusammengeführt. Trotz geringeren Aktualisierungsraten können sich durchaus höhere Datenvolumen ergeben, und damit ein anderer Kommunikationscharakter.

Welche Kommunikationslösung bietet Leuze electronic im Rahmen von IIoT und I4.0?
Was bedeutet Dual Channel Prinzip in der Praxis?

Diesen unterschiedlichen Kommunikationscharakter unterstützt Leuze electronic in idealer Weise mit dem Dual Channel Prinzip. Während über den ersten Sensorkanal die Daten zur Prozesssteuerung in Echtzeit übertragen werden, laufen über den zweiten Sensorkanal die Informationen für das Monitoring und die Analyse der Maschine. Das Prinzip ist bei allen Sensoren mit Schnittstelle(n) dasselbe, unabhängig von deren Komplexität.

Eine Erfindung von Leuze electronic: das Dual Channel Prinzip – aber was bedeutet das konkret?
Abb. 1: Das Dual Channel Prinzip

Dual Channel beim binär schaltenden Sensor
1. Dual Channel mit Anbindung an SPS

Betrachtet man beispielsweise den Kontrasttaster KRT18B, welcher in einer schnelllaufenden Verpackungsmaschine eingesetzt wird, um eine exakte Schnittmarkenposition zu ermitteln, dann hängt von der Echtzeitfähigkeit des Schaltausgangs die Packqualität der Maschine ab. Aus diesem Grund wird der Schaltausgang eines Kontrasttasters besser nicht über eine Steuerung geschleift, sondern direkt an einen Aktor angeschlossen. Um dennoch die Möglichkeit für das Monitoring und die Analyse der Maschine zu schaffen, verfügt der Kontrasttaster zusätzlich zum schnellen Schaltausgang über eine IO-Link-Kommunikationsschnittstelle. Darüber können der Prozesswert beobachtet, die Funktionsreserve bestimmt und Parametrierungen vorgenommen werden. Sie unterstützt zudem den Kunden beim Rezepturwechsel oder bei der Formatumstellung.

Eine Erfindung von Leuze electronic: das Dual Channel Prinzip – aber was bedeutet das konkret?
Abb. 2: Dual Channel mit Anbindung an die SPS

2. Dual Channel und IIoT / Industrie 4.0
Im Rahmen von IIoT und Industrie 4.0 müssen Daten zum Beispiel für das Monitoring und zur Parametrierung möglichst ortsunabhängig und weltweit anderen Automatisierungsteilnehmern zur Verfügung stehen. In der Regel erfolgt dies über Cloudlösungen. Gelten die identischen Voraus-setzungen wie oben beschrieben, so ist statt der IO-Link-Verbindung zur SPS eine solche Verbindung zu einem IO-Link- Koppelmodul mit Ethernet-Schnittstelle und OPC-UA Kommunikationsprotokoll notwendig. Die Anbindung an die Cloud erfolgt dann beispielsweise über ein IoT Edge Gateway.

Eine Erfindung von Leuze electronic: das Dual Channel Prinzip – aber was bedeutet das konkret?
Abb. 3: Dual Channel und IIoT/ Industrie 4.0 beim binärschaltenden Sensor

Dual Channel bei Sensoren mit Feldbusschnittstelle
1. Dual Channel und IIoT / Industrie 4.0

Bei komplexeren Sensoren mit integrierter Feldbusschnittstelle bietet Leuze electronic ebenfalls eine Dual Channel-Lösung. So besitzt beispielsweise der Barcodescanner BCL 348i u.a. eine PROFINET Feldbusschnittstelle. Über diese können prinzipiell Prozess- und Alarmwerte, ausführliche Status- und Diagnosemeldungen und die vollständige Geräteparametrierung aus der Steuerung heraus vorgenommen werden. Sollen die Daten zum Monitoring jedoch ortsunabhängig und global zur Verfügung stehen, so bietet der Sensor diese über seine Industrial Ethernet Schnittstelle mit dem OPC-UA Kommunikationsprotokoll an. Über einen integrierten Cloud-Connector oder ein IoT Edge Gateway können diese bis in eine Cloudapplikation transportiert werden.

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Abb. 4: Dual Channel und IIoT/ Industrie 4.0 beim Sensor mit Feldbusschnittstelle

Vorteile des Dual Channel Prinzips von Leuze electronic

Themen wie Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) oder vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), welche im Rahmen von IIoT und Industrie 4.0 intensiv diskutiert werden, erfordern Sensoren, die in der Lage sind, Daten weltweit und in einem standardisierten Format zur Verfügung zu stellen. Dabei muss generell unterschieden werden, welche Anforderungen hinsichtlich Echtzeitfähigkeit bestehen. Mit dem Dual Channel Prinzip ist es erstmals möglich, Daten getrennt und je nach Kundenforderungen verfügbar zu machen. Über Kanal 1 werden Daten mit Echtzeitanforderung, über Kanal 2 Daten zur Prozessbeobachtung und zur Parametrierung übertragen.
Die klassische IO-Link Schnittstelle beim binärschaltenden Sensor, welche im SIO Mode (Standard IO Mode) entweder das Schaltsignal oder auf Anforderung die Punkt-zu-Punkt Kommunikation mit dem Sensor erlaubt, kann das nicht leisten. Für die Prozesssteuerung sind nämlich beide Information parallel erforderlich. Für den Kunden muss es möglich sein, zum Beispiel in einem Kontrasttaster Prozesswert, Schaltreserven zu den Schwellwerten oder Verschmutzungszustand kontinuierlich und online im Packprozess einer Verpackungsmaschine auswerten zu können um Abweichung vom Sollzustand frühzeitig zu erkennen. Genau dabei hilft das Dual Channel Prinzip.
Bei Sensoren mit Feldbussen sind Echtzeitfähigkeit und Daten zum Monitoring und zur Parametrierung zumindest bei Echtzeit-Ethernet Schnittstellen verfügbar. Allerdings nur lokal und nicht ortsunabhängig und weltweit zugänglich. Und meist werden die Informationen, welche ein Sensor für die Zustandsüberwachung oder vorausschauende Wartung liefert, nicht ausgewertet. Auch hier bietet also das Leuze Dual Channel Prinzip die passende Lösung.

Kontdaktdaten Autor

Eine Erfindung von Leuze electronic: das Dual Channel Prinzip – aber was bedeutet das konkret?
Stefan Ambos
Head of Product Marketing Management
Leuze electronic GmbH + Co. KG
In der Braike 1
73277 Owen

Tel: +49 7021 573-1588
Fax: +49 7021 573-199
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SCHMACHTL GmbH. Das 1936 gegründete Familienunternehmen ist führender Anbieter von Produkt- und Systemlösungen für die Industrie sowie Kooperationspartner namhafter Hersteller und Technologieführer. Mit mehr als 130 Mitarbeitern in Österreich und Schwesterunternehmen in Tschechien und in der Slowakei bietet SCHMACHTL neben der Beratung, Planung und Lieferung hochqualitativer Komponenten auch die Montage und Inbetriebnahme von Systemen an. Darüber hinaus umfasst das Angebot Schulungen und professionellen Service über den gesamten Lebenzyklus von Maschinen und Anlagen. SCHMACHTL ist Vertriebspartner von Leuze electronic in Österreich, Tschechien und der Slowakei.

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Web: www.leuze.com

Über 50 Jahre Erfahrung haben Leuze electronic zum Experten für innovative und effiziente Sensorlösungen in der industriellen Automation gemacht. Seine Schwerpunkte liegen auf der Intralogistik und Verpackungsindustrie, auf dem Bereich Werkzeugmaschinen, der Automobilindustrie sowie der Labor Automation. Zum Portfolio gehören schaltende und messende Sensoren, Identifikationssysteme, Lösungen für die Bildverarbeitung und Datenübertragung sowie Komponenten und Systeme für die Arbeitssicherheit. Gegründet wurde Leuze electronic 1963 am heutigen Stammsitz des Optosensorikherstellers in Owen/Teck, Süddeutschland. Durch sein ausgeprägtes internationales Vertriebs- und Servicenetz, seine kompetente Beratung und seinen zuverlässigen Kundenservice ist Leuze electronic weltweit für seine Kunden da. Über 1200 sensor people an 22 Standorten sind in Entwicklung, Produktion, Vertrieb und Service tätig, unterstützt von mehr als 40 Vertriebspartnern weltweit. Alle leben gemeinsam tagtäglich das Versprechen, ihren Kunden gegenüber, ihnen ein Smart Sensor Business zu bieten: Einfach zu denken, Erfahrung zu teilen, Nähe zu bieten und Zukunft zu gestalten: www.smart-sensor-business.com

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Tel. +43 (0)732 7646-729
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