Selbst wenn in vielen Bereichen noch nicht klar, wo die Reise in die industrielle Digitalisierung schließlich hingehen wird, ist doch klar, dass immer mehr Anlagen und Prozesse vollautomatisch gesteuert und überwacht werden müssen. Smarte Sensoren können so zu Türöffnern der Industrie 4.0 werden.

Vor allen Dingen bei den Themen „horizontale und vertikale Integration“ bieten sich interessante Ansatzpunkte. Es geht primär darum, die Kommunikation auf der Feldbusebene zu verbessern. Sensoren müssen „smart“ werden und viel mehr können, als Messwerte zuverlässig erfassen und weitergeben. In den Sensor integrierte Elektroniken vereinfachen nicht nur die Inbetriebnahme und Kali­brierung vor Ort, sie ermöglichen es auch, den kompletten Lebenszyklus des Sensors zu erfassen und auszuwerten.

Keine Industrie 4.0 ohne smarte Sensoren
Doch was zeichnet einen solchen smarten Sensor aus? Betrachtet man physikalische Sensoren muss man sich immer bewusst sein: das eigentliche Sensorelement, in dem die physikalische oder chemische Messgröße aufgenommen wird, ist und bleibt ein analoges, den physikalischen Eigenschaften seines Messprinzips folgendes Stück Technik. Erst durch die Weiterverarbeitung und Verstärkung des analogen Signals in einer Elektronik entstehen aus den physikalischen Effekten verwertbare Messwerte. Schließt man solche Sensoren an separate Messverstärker an, kann man bereits jetzt zusätzliche Funktionen realisieren: mehrere Sensoren verarbeiten, Berechnungen durchführen, Plausibilitäten überwachen, Fehlermeldungen generieren, Meldungen absetzen bis hin zur Datenübermittlung ins Internet oder eine Cloud.
Bei „smarten Sensoren“ der neuen Generation wird diese Zusatzarbeit des Messverstärkers näher an das analoge Sensorelement herangerückt und in den mechanischen Körper des Sensors integriert. Der Vorteil ist augenscheinlich – Verdrahtung wird eingespart, eventuelle Messfehler minimiert, auf spezielle Messverstärker je Messgröße kann verzichtet werden. Statt analoger Messwertübertragung können nun auch direkt digitale Schnittstellen bereits am Sensor die Kommunikation übernehmen.
Solch ein „smarter“ Sensor wird zu einem selbstständigen Teil einer Anlage. Bei entsprechender Auslegung seiner Firmware, der Sensorsoftware, speichert er seine individuellen Kali­brierdaten, seine Stressdaten, also Minimal- und Maximal-Werte, Grenzwertüberschreitungen, führt Berechnungen und Linearisierungen durch und meldet vielleicht sogar vorausschauend mögliche Fehler. In Bussystemen kann sich ein solcher Sensor sogar selbstständig in der Anlage anmelden und somit einen erleichterten Austausch erlauben. Dieses selbstständige und vorausschauende Handeln des Sensors kann man durchaus als „smart“ bezeichnen.

Digitale Netzwerke für die Flüssigkeitsanalyse
Jumo setzt beim Thema „smarte Sensoren“ aktuell auf zwei „Pferde“. So wird zum einem im Bereich der Flüssigkeitsanalyse das digiLine-System als Eigenentwicklung angeboten. Dabei handelt es sich um ein busfähiges Anschlusssystem für digitale Sensoren, das den Aufbau intelligenter Sensornetzwerke ermöglicht. Lediglich eine einzige digitale Signalleitung geht dann noch zu einer Auswerteeinheit oder Steuerung. Dies erlaubt eine effizientere und schnellere Verkabelung von Anlagen, in denen mehrere Parameter gleichzeitig an verschiedensten Stellen gemessen werden müssen. Alle wichtigen Messparameter der Flüssigkeitsanalyse können so mit nur einem System gemessen werden.
Das Besondere: Jumo digiLine pH- und Redoxsensoren werden als Einheit, bestehend aus Sensor mit wiederverwendbarer Elektronik, geliefert. Erst bei endgültigem Verschleiß der pH- oder Redox-Komponente wird die Verbindung getrennt und die Elektronik kann mit einem neuen Sensor weiter genutzt werden. Das ist ökonomisch und ökologisch sinnvoll.

Mit IO-Link in die Zukunft
Für die Messgrößen Temperatur und Druck bietet Jumo seit kurzem zwei Sensoren mit einer IO-Link-Schnittstelle an. IO-Link ist ein zukunftsweisendes Kommunikationssystem zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren an Automatisierungssysteme. Die Standardisierung umfasst sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit einem Automatisierungssystem in Datenaustausch treten.
Die Vorteile des Systems liegen auf der Hand: Über einen 3-Leiter Anschluss mit einer M12-Steckverbindung ist die einfache Integration in etablierte Feldbussysteme und damit die Kommunikation in die unterste Feldebene möglich. Sensoren können wesentlich einfacher ausgetauscht, Maschinen und Anlagen schneller in Betrieb genommen werden. Darüber hinaus reduziert sich der Verkabelungsaufwand erheblich.
Die Jumo-Sensoren dTRANS p35 (Druck) und dTRANS T1000 (Temperatur) mit IO-Schnittstelle können mit einer identischen Software konfiguriert werden und verfügen über eine große Auswahl an Prozessanschlüssen.

Fazit
Selbst wenn in vielen Bereichen noch nicht entschieden ist, wo die Reise in die industrielle Digitalisierung schließlich hingehen wird – Stichworte sind hier fehlende Standards oder Datensicherheit – so ist doch klar, dass immer mehr Anlagen und Prozesse vollautomatisch gesteuert und überwacht werden müssen. Smarte Sensoren können so zu Türöffnern der Industrie 4.0 werden.