Automatisierung für Einsteiger - Balluff Leitfaden

Die Entwicklung der industriellen Automatisierung ist die Zukunft vieler Unternehmen. Automatisierungslösungen werden in vielen Bereichen von Produktionsanlagen eingesetzt: vom Produktionsprozess über die Qualitätskontrolle bis hin zur Logistik. Bevor diese Lösungen jedoch zum Einsatz kommen, ist es notwendig, die Grundlagen der Automatisierung zu kennen, ohne die es unmöglich wäre, die Funktionsweise der einzelnen Geräte und Systeme zu verstehen.

Industrie 4.0 bringt neue Herausforderungen im Bereich der Automatisierung mit sich und wird in den nächsten Jahren die Entwicklung der gesamten Branche bestimmen. Um hier mithalten zu können, ist ein umfassendes und umfangreiches Wissen über die industrielle Automatisierung erforderlich. Doch damit ist die Entwicklung nicht abgeschlossen.

Dieses Wissen muss ständig erweitert und aktualisiert werden, denn Veränderungen und Innovationen finden fast vor unseren Augen statt. Balluff ist sich bewusst, dass jeder Meister einmal ein Lehrling war. Für Einsteiger haben wir das Handbuch "Automation Basics" erstellt, das die wichtigsten Informationen zu den verschiedenen Bereichen enthält - von der Detektion, Objektidentifikation, Sensorik und RFID bis hin zu IO-Link.

Unsere Studie über die Grundlagen der industriellen Automatisierung richtet sich in erster Linie an junge Ingenieure, die ihre Karriere in Unternehmen beginnen, sowie an Studenten der Ingenieurwissenschaften und Interessierte an industrieller Automatisierung. Im ersten Teil des Artikels stellen wir dem Publikum die Entwicklung der Detektion, der Objektidentifikation und der Messung verschiedener Parameter mit modernen Lösungen vor. Wir sind sicher, dass ihre Vielfalt (Text- und Videoformate) dazu beitragen wird, sich das Wissen anzueignen und die Grundlagen der Automatisierung besser zu verstehen.

Grundlagen der Automatisierung - Lektion 1: Erkennung. Sensoren sehen, hören und kommunizieren in ihrer eigenen Sprache

Um besser zu verstehen, worum es bei der industriellen Automatisierung geht und wie ihre Lösungen funktionieren, muss man sich klarmachen, dass die Funktionsweise der einzelnen Komponenten (Sensoren, Netzwerke, Steuerungen) analog zur Funktionsweise der menschlichen Sinne ist. Unglaublich? Und doch! Wenn wir genauer hinschauen, können wir einige Ähnlichkeiten zwischen Mensch und Maschine erkennen. Dies ist ein etwas futuristischer Ansatz, der aber nicht gefürchtet werden sollte - denn er dient dazu, die Funktionsweise von industriellen Automatisierungslösungen besser zu verstehen.

Der Seh-, Geschmacks-, Geruchs- oder Tastsinn wird beispielsweise durch eine Reihe von Sensoren vermittelt - optoelektronische, Druck-, Sicht- und kapazitive Sensoren. Das Äquivalent eines neuronalen Netzes hingegen sind die Netzwerkverbindungen, über die Daten übertragen werden - von der Steuereinheit zur Ausführungseinheit. Das Gehirn der Maschine ist die SPS-Steuerung, ihre Ohren sind die Ultraschallsensoren und ihre Muskeln sind die verschiedenen Arten von Motoren und Antrieben. Dank dieser Sichtweise auf den Maschinenbau und die Grundlagen der industriellen Automatisierung können auch Anfänger die Prinzipien hinter den verschiedenen Lösungen für Industrie 4.0 verstehen. Auf den ersten Blick mag dies ein trivialer Vergleich sein, aber es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass der menschliche Körper eine perfekte Maschine ist, die tatsächlich ein konkurrenzloses Modell für Verbindungen, Steuerungen und andere Komponenten darstellt. Wenn man diese Analogie verstanden hat, wird der Rest der Automatisierungsthemen für Anfänger viel klarer.

Die Themen, die wir im ersten Kapitel des "Tutorials" vorstellen und die an die oben zitierte Analogie anknüpfen, sind:

Grundlagen der Automatisierung - Lektion 2: Objekterkennung und -identifikation.

Die Detektion ist ein weiteres sehr wichtiges Thema, das wir in Automation Basics behandeln. Sensoren werden in Produktionsanlagen und Unternehmen in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt: im Produktionsprozess, bei der Qualitätskontrolle oder bei der Produktverpackung.

Die Erkennung basiert in erster Linie auf der Identifikation von Objekten sowie deren Positionierung. Nicht nur Feststoffe (metallisch und nichtmetallisch), sondern auch Flüssigkeiten können mit geeigneten Sensoren erfasst werden. Zur Erkennung von Objekten werden verschiedene Technologien eingesetzt, wie z. B. die Magnetfelddetektion, aber auch Lösungen, die auf den Eigenschaften von Licht und Schall basieren und in Geräten der Industrieautomation, d. h. Sensoren, untergebracht sind.

Die vorgenannten Geräte lassen sich nach einer einfachen Einteilung klassifizieren: Induktive Sensoren (mit deren Hilfe alle metallischen Objekte in einem Abstand von einigen wenigen oder einigen zehn Millimetern erfasst werden), kapazitive Sensoren (die im Nahbereich alles erfassen, was eine bestimmte Kapazität hat), optoelektronische Sensoren (die sich in Reflexionssensoren, optoelektronische Reflexionssensoren unterteilen oder nach dem Prinzip einer unidirektionalen Schranke arbeiten - mit ihrer Hilfe ist eine Objekterfassung in größeren Entfernungen möglich) und Ultraschallsensoren (mit deren Hilfe fast alle Objekte in größeren Entfernungen erfasst werden).

Um den Zuhörern den Einstieg in die Grundlagen der Industrieautomation und in das Thema Sensoren und Objekterkennung zu erleichtern, hat Balluff folgende Aufteilung der Themen vorgeschlagen:

Grundlagen der Automatisierung - Lektion 3: Positions-, Abstands- und Druckmessung

Präzise Messungen von Parametern (Position, Abstand, Druck) wirken sich auf viele Aspekte in einem Unternehmen aus - insbesondere auf die Produktion und die Möglichkeit, diese zu optimieren. Es ist wichtig, dass die Messungen kontinuierlich und mit größtmöglicher Präzision durchgeführt werden.

Dank industrieller Automatisierungslösungen ist es möglich, die Position von Objekten, Abstände, Winkel oder Druck im Detail zu messen - und das mit entsprechend ausgewählten Geräten. Für jeden Parameter - Druck, Abstand, Winkel oder Position - gibt es verschiedene Messmethoden. Bevor man sich also für eine bestimmte Lösung entscheidet, muss man genau definieren, welche Anforderungen sie erfüllen soll.

Für die Messung von Positionen und anderen Parametern werden verschiedene Lösungen verwendet - ein Beispiel ist der lineare Messwertaufnehmer, mit dem mehrere Positionen gleichzeitig gemessen werden können - und das auch unter rauen Betriebsbedingungen.

Der zweite Typ ist die magnetische Kodierungstechnologie (die magnetischen Drehgeber), die sich am besten für präzise Messungen in Echtzeit eignet.

Die dritte und vierte Art (vertreten durch Sensoren) sind die induktive Technik (geeignet für Messungen in geringem Abstand) und die optoelektronische Technik (misst unabhängig von Abstand, Objektbeschaffenheit und Farbe). Welche Aspekte dieses Themas werden im Einzelnen erörtert?

Die Industrieautomatisierung ist ein sehr weites Feld - ihre Grundlagen zu erklären, bereitet uns jedoch viel Freude - vor allem, wenn wir positive Rückmeldungen von unserem Publikum erhalten. Im nächsten Artikel unserer Reihe "Grundlagen der Automatisierung" werden wir uns mit der RFID-Technologie, Netzwerkverbindungen und der IO-Link-Schnittstelle beschäftigen.