Induktivsensoren

Die (noch) verborgenen Talente der Automations-Allrounder

Bei smarten Automatisierungslösungen denken die Wenigsten an Induktivsensoren. Zu Unrecht, wie einige Beispiele intelligenter Anwendungen mit Baumer Sensoren zeigen.

Für die Detektion von metallischen Objekten auf kurze Distanzen sind Induktivsensoren der bewährte Standard. Sie sind kostengünstig, arbeiten dank berührungslosem Funktionsprinzip verschleißfrei, und die Variantenvielfalt ist enorm. In der Fabrikautomation sind sie daher an unzähligen Stellen im Dauereinsatz, meist zur Objekterkennung oder Anwesenheitskontrolle. Induktivsensoren können aber weit mehr als das, sofern sie den Standard in puncto Präzision übertreffen oder mit smarten Funktionen aufwarten. Dieser Fachbericht zeigt die weniger bekannten Anwendungsmöglichkeiten leistungsfähiger Induktivsensoren.

Smarte Anwendung: IO-Link Induktivsensoren wie der Baumer IR12 können auch sehr einfach als Drehzahlwächter genutzt werden

IO-Link, die bessere Analogschnittstelle?

Unübertroffen präzise sind die Induktivsensoren von Baumer mit komplett integrierter Elektronik. Sie können mikrometergenau Abstände zuverlässig messen und eröffnen damit ganz neue Anwendungsgebiete. So können beispielsweise kosteneffizient Kräfte und Dehnungen in Maschinen, Anlagen und Werkzeugen ermittelt werden.

Messungen mit dieser Genauigkeit erfordern eine ebenso akkurate wie stabile Übertragung des Messsignals. Hierfür wird heute oft eine analoge Schnittstelle verwendet (strom- oder spannungsbasiert). Alternativ standen bislang nur serielle Schnittstellen oder Feldbusschnittstellen zur Verfügung, die entweder in der Integration aufwändig sind oder nur in größeren, komplexeren Sensoren zum Einsatz kommen.

Bei den bekannten Analogausgängen ergeben sich besondere Herausforderungen: Wegen der Sensitivität (wenige V/mm bzw. mA/mm) dieser Ausgänge, arbeitet man oft im mV- oder µA-Bereich. Rauschen auf der Leitung aufgrund von umliegenden elektromagnetischen Feldern oder auch der Einfluss des Kabels können das Messsignal signifikant beeinträchtigen. Teure, geschirmte Kabel sind nötig, und die Kabellänge sollte auf ein Minimum begrenzt werden, zusätzlich sind steuerungsseitig hochauflösende analoge Wandler gefragt.

Induktive Sensoren von Baumer sind zusätzlich zu den Varianten mit analoger Schnittstelle auch in verschiedensten Bauformen mit IO-Link verfügbar. Der Einsatz dieser digitalen Schnittstelle ist für Anwendungen, die mikrometergenau Abstände messen, eine interessante Option mit weniger Aufwand und geringeren Kosten, denn die Verwendung von IO-Link bietet eine Reihe von Vorteilen:

Das Baumer Induktivsensor-Portfolio bietet alle gängigen und zusätzlich besonders platzsparende Formate

Einfache Anbindung an Steuerungen über IO-Link Master:

geringere Kosten im Vergleich zu hochauflösenden
AD-Wandlerkarten
Einfache Integration aufgrund der IODDs (IO Device
Description)
Bis 20 Meter ohne geschirmtes Kabel
Rauschfreie, digitale Übertragung ohne zusätzliche Wandlungen

Über IO-Link ist der Sensor zudem einfach parametrierbar. Mit entsprechenden Filtereinstellungen kann so zum Beispiel die optimale Balance zwischen Ansprechzeit und Auflösung gefunden werden. Als intuitives Tool bietet sich hier die kostenfreie Software Baumer Sensor Suite an, die eine einfache Evaluation und Parametrierung von IO-Geräten erlaubt.

Smarte Induktivsensoren

Sollen drehende oder vibrierende Maschinen und Anlagen überwacht und/oder geregelt werden, bieten die IO-Link Induktivsensoren von Baumer neue Möglichkeiten zur einfachen Umsetzung.

So steht über IO-Link nebst der Distanz auch die Frequenz für Geschwindigkeits- oder Vibrationsmessungen bis 1,2 kHz zur Verfügung. Diese liegt als Messwert in Hz vor, woraus beispielsweise eine Drehzahl abgeleitet werden kann. Zusätzlich kann auf Basis der Frequenz auch ein Schaltsignal parametriert werden. Während der Messwert per IO-Link übertragen wird, kann das Schaltsignal auch an den digitalen Ausgang weitergeleitet werden.

Zusätzlich bietet der Sensor im Zusammenhang mit der Frequenzmessung Daten wie die Amplitude (AC) des Signals und den Offset (DC) zur Überwachung der Distanz zum Objekt. Diese so einzigartigen Zusatzdaten bringen Mehrwert für das Condition Monitoring, um etwa die Abnutzung von Zahnrädern zu überwachen.

Ebenso komfortabel kann der Sensor als Zähler von Schaltzyklen konfiguriert werden. So können Losgrößen im Betrieb überprüft oder in Servicefällen die Zyklen des jeweiligen Maschinenmoduls ausgelesen werden.

Typischerweise werden für solche Anwendungen Standard-Induktiv- oder Hallsensoren verwendet, deren Ausgangssignale (Schaltpulse) entsprechend interpretiert und umgerechnet werden müssen.

Das erfordert sowohl einen Integrationsaufwand als auch die zeitlich schnelle Abfrage der Eingänge.

Mit IO-Link-Nutzung erfolgt die Auswertung der Schaltsignale nun komplett in dem smarten Sensor. So kann der Wert in zeitlichen größeren Abständen abgefragt und die Steuerung entlastet werden.

Mit Diagnosedaten Wartung optimieren

IO-Link-Sensoren erleichtern die Maschinenüberwachung und die Wartungsplanung, indem sie wichtige Daten zu dem Zustand von Sensor bzw. Maschine liefern. Speziell induktive Sensoren sind oft sehr nah am Geschehen, z. B. in Elektrospindeln integriert oder in Getrieben eingebaut. Mit diesen Diagnosedaten ist es möglich, früh auf negative Trends (Erwärmung durch Verschleiß/Reibung) zu reagieren, bevor es zum Ausfall kommt. Diese Daten können auch für Regelungsaufgaben verwendet werden, um so die Maschine im optimalen Arbeitsbereich zu betreiben.

Kompakte Performance-Sensoren

Das umfassende Baumer Induktivsensor-Portfolio bietet alle gängigen Formate für unterschiedliche Einsatzbereiche (Indoor, Outdoor, Hygiene). Eine besondere Spezialität sind kompakte, zugleich leistungsstarke Modelle, mit denen Konstrukteure smarte Anwendungen selbst bei begrenztem Bauraum verwirklichen. Jüngstes Produktbeispiel aus der Sensor Solution Toolbox ist der 6 mm dünne IF250.

Die Anwendungsbeispiele zeigen, dass Induktivsensoren mit integrierter Elektronik deutlich mehr können als detektieren oder Anwesenheiten kontrollieren. Leistungsstarke Modelle können kostengünstig zusätzliche Aufgaben erledigen, insbesondere wenn Nutzer das Potenzial der Daten nutzen, die über die IO-Link-Schnittstelle geliefert werden.

Bilder: Baumer