Die Produktionsverfahren haben sich im letzten Jahrhundert stark weiterentwickelt. Wichtige Faktoren sind dabei die Notwendigkeit von Produktivitätssteigerungen und Flexibilität sowie verbesserte Sicherheit – all dies zu niedrigeren Kosten. Die Antwort der Industrie? Smart Factories.
Einen Sinn für Smart Factories
Smart Factories haben alle Fertigungsschritte verändert– von der Bestellung der Rohmaterialien bis zur Endproduktion. Die Produktivität wird durch Optimierung, Reduzierung menschlicher Fehler und steigende Effizienz ständig erhöht.
Smart Factories nutzen intelligente Maschinen und Geräte sowie Mess- und Testgeräte zur Überwachung kritischer Parameter des Herstellungsprozesses. Diese Verbesserungen haben die Infrastruktur der Werkhallen verändert und bieten nun eine Umgebung, die eine konsistente, präzise Kommunikation sowie vernetzte Maschinen, Datenspeicher und -zugangspunkte fördert und den Betriebssystemen dennoch maximale Effizienz und Produktivität ermöglicht.
Diese technischen Fortschritte haben auch die Anforderungen an die Maschinen verändert, beispielsweise durch die steigende Nachfrage nach zuverlässigen Sensoren, besonders in Umgebungen mit starken Vibrationen. Sensoren sind für Smart Factories von großer Bedeutung, da sie durch präzise Erfassung von Daten und ihre Implementierung in den Produktionsprozess die Produktqualität verbessern.
Neue Fortschritte in der Sensortechnologie ermöglichen eine ganz neue Dimension von Prozesssteuerung und Datenerfassung. Prozesssteuerungen nutzen die Kommunikation zur Abstimmung der Systemqualität. So kann beispielsweise die Toleranz für verschiedene Produkte ganz einfach über eine Software programmiert und dann durch einen Inter-Integrated Circuit (I2C) oder ein Serial Peripheral Interface (SPI) implementiert werden. Ebenso können Sensordaten die Produktqualität optimieren und die Hersteller dabei unterstützen, die kosteneffektivsten Produktionsmethoden zu definieren.
Vom Temperatur- und Feuchtigkeitsmonitoring bis hin zu hochkomplexer Positions- und Druckkontrolle: Smart Factories erfordern zahlreiche Sensortypen, die die Fertigungsvorgänge durch Produktbewegungen, Steuerung von Automatisierungssystemen und Fräsprozessen und die Abtastung von Umgebungsfaktoren verbessern
TE Connectivity Sensorlösungen für Smart Factories
TE Connectivity (TE) ist weltweit eines der größten Unternehmen für Konnektivität und Sensoren, das innovative Sensorlösungen anbietet, mit denen Kunden Konzepte in intelligente, verknüpfte Produkte verwandeln können. Zum breiten Produktportfolio des Unternehmens gehören hoch integrierte Multisensormodule, die Verfahren in Echtzeit ausführen und Smart Factories immer weiter verbessern. Viele industrielle TE-Sensoren bieten digitale Ergebnisse, die einfacher in die Kommunikationsprozesse der Werke integriert werden können als weniger komplexe Sensoren. TE-Sensoren bieten durch hohe Präzision und Auflösung besonders zuverlässige Daten. Sie können auch in intelligente Maschinen, Mess- und Testgeräte sowie in die statistische Prozesssteuerung integriert werden.
In intelligenten Maschinen überwachen und messen Positionssensoren die Position beweglicher Teile häufig hochpräzise. Temperatur- und Drucksensoren überwachen und messen wichtige Parameter für den korrekten Maschinenbetrieb. Durchflusswächter überwachen den korrekten Fluss wichtiger Flüssigkeiten wie Kühlflüssigkeiten und Schneidöle. Kraftsensoren überwachen die Kraft, die beim Formen, Biegen und bei belastenden Fertigungsverfahren auf Produkte angewendet wird.
Sensoren erhöhen die Genauigkeit von Mess- und Testgeräten durch Temperatur- und Drucksensoren, die den korrekten Betrieb überwachen. Positionssensoren (LVDT, Messköpfe) messen die Produktabmessungen; Messdosen bestimmen das Gewicht und prüfen, ob das Produkt den vordefinierten Abmessungen entspricht.
Sensoren werden in die statistische Prozesssteuerung implementiert, um präzise, konsistente Messungen der verschiedenen Prozessparameter durchzuführen. Das TE-Sensor-Portfolio umfasst widerstandsfähige Gehäuse und bietet eine langfristige Beständigkeit, die die Wartungsanforderungen reduziert und einen reibungslosen Betrieb unter erschwerten Bedingungen gewährleistet. Diese Sensoren können im Falle eines Defekts schnell gewechselt werden, was die Ausfallzeiten in der Produktion minimiert.
Die TE-Sensoren bieten Lösungen für eine produktive, sichere und angenehme Arbeitsumgebung: von Druck- und Füllstandsensoren zur Überwachung von Wasser-/Luftleitungen und Füllständen in Prozessspeichertanks bis hin zu Temperatursensoren mit und ohne Kontakt, die die Umgebungs- und Arbeitsplatztemperaturen und die Arbeitsbereichbelegung messen.
Fortschritte in der Sensortechnik für Smart Factories
Die Produktionskapazitäten entwickeln sich ständig weiter, wenn Hersteller neue Geräte und/oder Systemupgrades einsetzen. Mit diesen Upgrades entwickelt sich auch die Sensortechnik weiter und neue Produkte werden entwickelt. So erfordern beispielsweise entscheidende Faktoren wie die Abschaltung bei einer bestimmten Temperatur grundlegende analoge Signale. Bei Überschreitung eines Temperaturgrenzwerts stoppt der Produktionsprozess. Die einfachsten solcher Geräte sind Thermistoren, [15] Module, die Widerstandswerte ändern, sowie spezielle Messgeräte (MEAS) wie der HS1101LF Sensor für relative Luftfeuchtigkeit von TE [2], deren Ausgabekapazität auf der Feuchtigkeit beruht. Diese einfachen Bauteile bieten intelligente Prozesse, die den Wert normalerweise passiver Geräte verändern. Obwohl passive Komponenten zusätzliche Schaltungen erfordern, um in den Endprozess implementiert zu werden, wird das entscheidungsfähige Signal in intelligentere, multifunktionale Bauteile integriert, die verschiedene Arten von Analogsignalen bereitstellen. Komplexere Sensoren umfassen eine Hysterese, die Triggerfehler vermeiden bzw. die Implementierung eines Temperaturbereichs ermöglichen.
Komplexere Geräte als einfache Analogtrigger verbessern die Sensorleistung durch Sensordaten, die eine Reihe von Spannungswerten erzeugen. Da Halbleiterverfahren auch weiterhin niedrige Spannungswerte verwenden, werden komplexe Methoden benötigt, die eine höhere Detailgenauigkeit bieten. In diesen Anwendungen ersetzen digitale Signale die eingeschränkten analogen Spannungswerte. In manchen Märkten sind jedoch die teuren, komplexen Kommunikationsprotokolle aufgrund zusätzlicher entscheidungsfähiger Mikroprozessoren nicht erforderlich. Für diese Anwendungen werden Pulsbreitenmodulation und Sigmadeltamodulation als digitale Signale verwendet und die Ergebnisse in einer analogen Ausgabe gemittelt. Der digitale Temperatursensor TSYS02S von TE [1] ist ein Beispiel für ein solches Produkt mit diesen beiden Ausgabearten und einer zusätzlichen I2C-Option. Sein Vorteil besteht in einem Analogsignal, das für eine drei-Volt-Logik mit einem höheren Auflösungsbereich als dem eines normalen drei-Volt Operationsverstärkers erzeugt wird. Die zahlreichen Optionen bieten den Kunden eine Temperatursensorlösung, die genau auf ihr Budget und das Komplexitätsniveau ihrer entscheidungsfähigen Kreisläufe abgestimmt ist.
Reference [1] Der digitale Temperatursensor TSYS02S von TE bietet drei Arten analoger Ausgänge: PWM, SDM und I2. Die Implementierung dieser Generation von Analogsignalen erfordert eine Mittelung, die zu einer noch höheren Detailgenauigkeit führt und durch den Einsatz von Kommunikationsprotokollen erzielt wird. Bei diesen Sensorprodukten sind A/D-Kommunikation und Datenausgabe in einem Paket enthalten. Die Detailgenauigkeit steigt mit der Bitgröße des Datenflusses. Die Adressierung ist ein entscheidender Bestandteil der Bitreihe. Sie ermöglicht die Steuerung zahlreicher Sensor-Slave-Lasten durch Master, wodurch noch größere Datenmengen erfasst werden, was die Kontrolle verbessert. Zusätzliche Funktionen wie Taktgebung und Datensynchronisierung stellen angesichts der verbesserten Genauigkeit und Signalintegrität analoger Lösungen minimale Nebenerscheinungen dar.
Verweis [14} Der Aufbau einer SPI-Schnittstelle mit ihren vier Datenleitungen bietet im Vergleich zu I2C . eine schnellere Datenerfassung.
Verweis [14] Der Aufbau einer I2C-Schnittstelle mit ihrer seriellen Datenleitung ist weniger komplex als eine SPI.
Sensorprodukte mit serieller Kommunikation werden zur Temperatur- [1] und Feuchtigkeitsmessung [3] sowie einer Kombination aus beiden verwendet [3]. Zahlreiche Drucksensoren [9-11] kontrollieren luftdruckabhängige Prozesse sowie Druckluftwerte.
Positionssensoren detektieren die Magnetfeldstärke, um Ausrichtung [8], lineare Position [5] oder Drehwinkelposition [5, 6, 7] zu bestimmen. Diese magnetoresistiven (MR) [14] Produkte nutzen integrierte Wheatstone-Brücken. Die Ausgabe erfolgt in Form zweier phasenverschobener Sinuswellen, die auf dem Winkel basieren, der durch die Wheatstone-Brücke bestimmt wurde.
Verweis [5] Beim Sensor KMT32B von TE handelt es sich um einen magnetischen Drehwinkelsensor, der die Position eines Roboterarms bestimmen kann. Die Ausgabesignale sind sinusförmig und weisen eine Phasenverschiebung auf, die dem Winkel entspricht.
Diese Produkte bieten nicht nur Informationen über Produktfunktionen und -werten, sondern durch verschiedene Ausführungen auch zahlreiche Montagemöglichkeiten, von der Oberflächenmontage bis zur erhöhten Anbringung durch Durchsteckmontage. Bei Komponenten, die durch Temperaturen beeinträchtigt werden können (beispielsweise den Sensor HTU20D(F) von TE) informieren wertvolle Montageinformationen den Benutzer darüber, wie Schlitze in der Platte zur Reduzierung der Wärmeübertragung von anderen Komponenten genutzt werden können. Dadurch wird die Feuchtigkeitsmessung präziser, die auf der Umgebungstemperatur beruht und nicht auf der höheren Temperatur, die durch die Unterstützungsschaltung erzeugt wird.
Verweis [3] Das Datenblatt des Luftfeuchtigkeitssensors HTU20D(F) von TE informiert darüber, dass die Montage entscheidend für die Produktleistung ist, die auf der tatsächlichen Umgebungstemperatur beruht.
Zusammenfassung
Smart Factories haben die Fertigungsbranche verändert – von der Bestellung der Rohmaterialien bis zur Endproduktion. Die Produktivität wird durch Reduzierung menschlicher Fehler und steigende Effizienz ständig erhöht. Diese Vorteile in den Werkhallen haben die Anforderungen verändert, die an Maschinen gestellt werden und die Nachfrage nach zuverlässigen Sensoren erhöht, insbesondere in Umgebungen mit starken Vibrationen. Je nach Komplexität und erforderlicher Signalisierungsmethode
ist stets ein Sensorprodukt verfügbar, das eine zuverlässige Lösung bietet. Da Smart Factories immer mehr Funktionen bieten, setzt sich TE dafür ein, die Sensortechnologie immer weiter zu verbessern, um den steigenden Systemanforderungen gerecht zu werden.
[3] Die optionalen Funktionen des TE-Modells HTU2XY(F) umfassen einen PTFE-Filter/Membran, die vor Staub und Wasserlagerung schützt.
Verweise
1. „TSYS02S Digitaler Temperatursensor“, besondere Messgeräte
2. „HS1101LF – Sensor für relative Luftfeuchtigkeit“, HS1101LF.pdf
3. „HTU20D(F) RH/T Sensor IC, digitaler Sensor für relative Luftfeuchtigkeit, mit Temperaturausgabe“, HTU20D.pdf
4. „HTU20P(F) RH/T Sensor IC – Minisensor für relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur” HTU20P.pdf
5. „KMA36 Kontaktloser Drehwinkel- und Lineargeber“, KMA36.pdf
6. „KMT32B Magnetischer Winkelsensor“, KMT32B.pdf
7. „KMT37 Drehwinkelsensor“, KMT37_Angular_Sensor.pdf
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