Funk-Sensoren für die industrielle IoT-Fertigung

Matteo Orlandelli

Matteo Orlandelli, CoreTigo Country Director Italy

| 23 Januar, 2024
Erfahren Sie, wie IO-Link Wireless Sensoren für das industrielle IoT-Fertigungsumfeld ermöglicht
Matteo Orlandelli
Mit IO-Link Wireless können Hersteller Hunderte von drahtlosen Geräten innerhalb einer einzelnen Maschine oder Arbeitszelle unterstützen, was eine umfassende Datensammlung ermöglicht. Diese Art der Konnektivität ist unverzichtbar, und die Integration datengesteuerter Erkenntnisse treibt die Transformation der traditionellen Fertigung zu hoch effizienten, reaktionsfreudigen und agilen Betriebsabläufen voran.

Matteo Orlandelli

Country Director Italy

Im Zeitalter von Industrie 4.0 und dem Industriellen Internet der Dinge (IIoT) ist Innovation die treibende Kraft hinter transformierenden Veränderungen in Fertigungsprozessen. Diese Veränderungen sind der Schubkraft der Branche in die Ära der intelligenten Fabriken, in der Daten in operativer und wettbewerblicher Hinsicht entscheidend sind und Effizienz oberste Priorität hat. Ein Schlüsselakteur bei dieser Transformation ist der Einsatz von drahtlosen Sensoren. Obwohl sie typischerweise klein sind, haben diese vielseitigen Geräte einen großen Einfluss auf die Fertigungsindustrie. Sie bieten Echtzeit-Datenüberwachung und -analyse, die den Betrieb optimieren, die Ausfallzeiten reduzieren und die Gesamtausstattungseffizienz (OEE) verbessern können. In diesem Blogbeitrag werde ich erkunden, was drahtlose Sensoren sind, wie sie funktionieren, die verschiedenen Typen, die für das IIoT in der Fertigung verfügbar sind, und wie sie industrielle Prozesse revolutionieren. Ich werde auch einen genaueren Blick auf die innovative IO-Link Wireless-Technologie und die von CoreTigo entwickelten Geräte werfen, die drahtlose Sensoren für drahtlose Lösungen in der industriellen Automation ermöglichen.

Der Weg zu intelligenten Fabriken

Das Konzept von Industrie 4.0 repräsentiert die natürliche, aber revolutionäre, fortlaufende Evolution der traditionellen Fertigung in die Ära der intelligenten Fabriken. Intelligente Fabriken zeichnen sich durch die Integration verschiedener und entsprechender digitaler Technologien über die gesamte Produktionskette aus. Diese Integration ermöglicht den Echtzeitdatenaustausch von der Fabriketage zu cloudbasierten Systemen und ermöglicht eine Konnektivität und Automatisierung auf einem bislang unvorstellbaren Niveau. Dies wird hauptsächlich durch die IO-Link-Technologie ermöglicht, die den Grundstein für bidirektionale Kommunikation zwischen Steuerungseinheiten und Geräten legte. Später entwickelte sie sich zu IO-Link Wireless, was es ermöglichte, überall in der Produktionsstätte zu erreichen, egal wie kompliziert oder unzugänglich.

Wenn wir auf den Anfang von Industrie 4.0 und dem industriellen Internet der Dinge (IIoT) zurückblicken, war und ist die Konnektivität von der Fabriketage zur Cloud das Rückgrat dieser Transformation. Es ermöglicht den nahtlosen Datenfluss zwischen der Produktionslinie und cloudbasierten Systemen, in denen Datensammlung, Analyse, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz ihre Magie entfalten können. In diesem Zusammenhang werden industrielle drahtlose Sensoren (als Teil der Kategorie industrieller drahtloser Geräte) zu den Ermöglichern für die Echtzeitdatensammlung und -übertragung, die als Augen und Ohren der intelligenten Fabrik dienen und auf Fehler oder Produktivitätsdepressionen achten.

Die Kluft überbrücken: OT-IT Konvergenz

Ein grundlegender Aspekt von Industrie 4.0 und intelligenten Fabriken ist die Konvergenz von Operational Technology (OT) und Information Technology (IT). Diese Konvergenz, oft als OT-IT-Konvergenz bezeichnet, repräsentiert das Zusammenführen zweier traditionell getrennter Bereiche innerhalb der Fertigungsumgebung. OT umfasst die Technologien und Systeme, die auf dem Fabrikboden zur Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse verwendet werden. IT hingegen kümmert sich um Infrastruktur und Systeme, die Daten, Kommunikation und Computing auf höheren Ebenen verwalten, wie beispielsweise Management- und Cloud-Anwendungen.

Drahtlose Sensoren spielen eine große Rolle bei der OT-IT-Konvergenz, indem sie nahtlos die Kluft zwischen der physischen Welt des Fabrikbodens und der digitalen Welt der IT-Systeme überbrücken. Sie ermöglichen die Übertragung von Echtzeitdaten von Maschinen und Geräten in die Cloud, wo IT-Systeme diese Informationen analysieren und für eine verbesserte Entscheidungsfindung und Effizienz nutzen können. Mit IO-Link Wireless-Geräten, die bis zum untersten Bereich des Fabrikbodens reichen, und IO-Link Gateways/IO-Link Masters, die die Verbindung zwischen diesen beiden Welten ermöglichen, ist diese einst als imaginär wahrgenommene Aktion heute eine alltägliche Realität für Hersteller auf der ganzen Welt.

Die Entwicklung von IO-Link Wireless

Wie bereits festgestellt, hat sich in dieser transformierenden Landschaft die Einführung der IO-Link Wireless-Technologie als spielverändernd erwiesen. IO-Link Wireless bietet das einst fehlende Bindeglied für drahtlose Kommunikation in der industriellen Automatisierung. Es vereint die Vorteile von IO-Link, dem bahnbrechenden Industriestandard, mit den Vorzügen der drahtlosen Kommunikation. IO-Link Wireless-Sensoren können perfekt in bestehende industrielle Systeme integriert werden, da die Produkte von CoreTigo sowohl für Brownfield- als auch für Greenfield-Integrationen über Komponentennachrüstung oder Einbettung geeignet sind.

Diese Sensoren werden vielseitig einsetzbar, können neue Orte erreichen, neue Aufgaben erfüllen und neue verborgene Daten aufdecken. Sie arbeiten in verschiedenen und oft anspruchsvollen Umgebungen und bieten eine Zuverlässigkeit auf Kabelniveau. Die IO-Link Wireless-Technologie gewährleistet Immunität gegenüber lauten und rauesten industriellen Umgebungen, sodass diese Sensoren nahtlos mit anderen Netzwerken und Kommunikationsprotokollen zusammenarbeiten können.

Mit IO-Link Wireless können Hersteller Hunderte von drahtlosen Geräten in einem einzigen Maschinen- oder Arbeitszellenbereich unterstützen und so eine umfassende Datensammlung ermöglichen. Diese Art der Konnektivität ist unverzichtbar, und die Integration von datengetriebenen Erkenntnissen treibt die Transformation der traditionellen Fertigung in hoch effiziente, reaktionsfähige und agile Betriebsabläufe voran.

What is a Wireless Sensor?

At its core, a wireless sensor is a compact device equipped with the ability to monitor and collect data from its surroundings. These sensors can measure a wide range of parameters, such as temperature, humidity, pressure, motion, vibration, and more. What sets wireless sensors apart from their traditional wired counterparts is their ability to communicate this data wirelessly, thus being able to be mounted in hard-to-reach places, moving parts, and more.

While in domestic or office applications wireless sensors can be connected via traditional communication protocols such as Wi-Fi, nothing can be further from the truth when it comes to manufacturing facilities. Low-reliability wireless communication technologies such as Bluetooth and others might serve their purpose when it comes to streaming media, but a best-effort non-deterministic technology has no place in the production line. When every piece of information is critical and non-stop deterministic communication is a must, industrial professionals can only put their faith in a technology pre-designed for their specific needs, constantly delivering and performing at its max – no buts or maybes.

Wie funktionieren drahtlose Wi-Fi-Sensoren?

Drahtlose Wi-Fi-Sensoren verlassen sich auf die Prinzipien der Wi-Fi-Konnektivität, um Daten zu übertragen. Wie festgestellt, mag dies zu Hause oder im Büro funktionieren, wird aber auf dem Fabrikgrundstück unterdurchschnittlich abschneiden. Ähnlich wie Bluetooth oder ZigBee zeigt Wi-Fi eine PER (Paketfehlerrate) von 1e-3, was in Laienbegriffen bedeutet, dass sie 1 Paket Daten für jede 1.000 Übertragungen verlieren. Und während dies beim Ansehen eines Films oder bei einem Videotelefonat überkompensiert werden kann, wäre es für die Produktion katastrophal..

Wie funktionieren IO-Link Wireless Sensoren?

IO-Link Wireless basiert auf einem deutlich strengeren Standard und kann keinen Datenverlust oder Verzögerungen bei der Übertragung in Kauf nehmen. Im Gegensatz zu veralteten drahtlosen Kommunikationsprotokollen bietet IO-Link Wireless eine Zuverlässigkeitsleistung von 1e-9, was auf einfache Weise bedeutet, dass es eine Million Mal (wörtlich) zuverlässiger ist als diese Protokolle.

Zusätzlich und um eine geringe Latenz zu gewährleisten, integriert IO-Link Wireless einen Wiederholungsprozess. Um mit Störungen und Rauschen umzugehen, die eine erhebliche Bedrohung für die Integrität der Informationen darstellen, verwendet es die Modulation mit Gaußscher Frequenzumtastung (GFSK), um die Robustheit zu bieten, die für seine Aufgaben erforderlich ist.

Arten von drahtlosen Sensoren für die industrielle IoT-Fertigung

Drahtlose Sensoren für die industrielle IoT-Fertigung gibt es in verschiedenen Formen, die jeweils auf spezifische Überwachungsanforderungen zugeschnitten sind. Obwohl das Portfolio und die Arten dieser Sensoren in der industriellen Welt ähnlich sein können, gibt es mehrere Hersteller (z. B. Allen Bradley von Rockwell Automation, ifm, Sick, Turck), und es ist wichtig sicherzustellen, dass die Kommunikationssysteme in der Lage sind, jeden von ihnen zu unterstützen und nicht an einen bestimmten gebunden sind. Die IO-Link Wireless-Geräte von CoreTigo sind herstellerunabhängig und ermöglichen die Verbindung zu jedem IO-Link-, Digital- oder Analogsensor, unabhängig von der Marke.

Während sich die Arten von drahtlosen Sensoren unterscheiden, hier sind einige Schlüsseltypen, die häufig für IIoT- und Zustandsüberwachungszwecke verwendet werden:

  1. Temperatursensoren: Diese Sensoren überwachen Temperaturschwankungen in Geräten, um sicherzustellen, dass Maschinen innerhalb optimaler Temperaturbereiche arbeiten, um Überhitzung oder Komponentenausfälle zu verhindern. In Produktionslinien für Lebensmittel und Getränke überwachen sie auch die Temperatur, bei der die Produkte hergestellt werden, um eine ordnungsgemäße Qualität sicherzustellen.
  2. Luftfeuchtigkeitssensoren: In Umgebungen, in denen die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit entscheidend ist, helfen diese Sensoren, die gewünschten Luftfeuchtigkeitsniveaus aufrechtzuerhalten, was für Produktqualität und Gerätezuverlässigkeit entscheidend ist. Zu hohe oder nicht ausreichende Luftfeuchtigkeit kann den Produktionsprozess beeinträchtigen, daher ist es unerlässlich, die Luftfeuchtigkeitswerte ständig zu überwachen und sicherzustellen, dass der richtige Bereich eingehalten wird.
  3. Drucksensoren: Drucksensoren überwachen Veränderungen in den Druckpegeln, oft in hydraulischen Systemen oder Luftdrucksystemen, um Lecks oder Druckvariationen zu erkennen. Diese empfindlichen Sensoren erfassen selbst die geringsten Druckänderungen und ermöglichen die Erstellung einer geeigneten Warnung, um darauf aufmerksam zu werden und rechtzeitig zu handeln.
  4. Schwingungssensoren: Schwingungssensoren erfassen Vibrationen in Maschinen und ermöglichen die Überwachung und den Vergleich dieser im Laufe der Zeit. Unregelmäßigkeiten können auf Fehlausrichtungen, unausgeglichene Lasten oder abgenutzte Komponenten hinweisen. Die Vibration ist einer der Parameter, die beim Röhm und CoreTigo iJaw – Smart Clamping Jaw gemessen werden, was eine kontinuierliche Überwachung ermöglicht und auf den Abbau von Komponenten hinweist, um diese rechtzeitig ersetzen zu können.
  5. Bewegungssensoren: Diese Sensoren erfassen Bewegungen oder das Fehlen von Bewegungen in bestimmten Bereichen. Sie sind für Fertigungsumgebungen unerlässlich, da sie auf Fehlfunktionen hinweisen können und gleichzeitig als Auslöser für Aktivierungen in der Produktionslinie dienen können.
  6. Näherungssensoren: Näherungssensoren erkennen die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objekts sowie den Abstand davon zum Sensor (innerhalb eines bestimmten Bereichs). Sie werden in Automatisierungs- und Produktionsprozessen eingesetzt, um verschiedene Aktionen zu ermöglichen.

Drahtlose Sensoren verbessern Fertigungsprozesse

Die Einführung von IO-Link Wireless-verbundenen Sensoren in der IIoT-Fertigung hat sich als entscheidend für die Industrie im Allgemeinen und speziell für Produktionslinien erwiesen. Diese Sensoren bieten die erforderliche Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Robustheit für derartige Aufgaben und haben zu zahlreichen Vorteilen geführt:

  1. Echtzeitüberwachung: IO-Link Wireless-verbundene Sensoren liefern Echtzeitdaten auf die zuverlässigste, schnellste und agilste Weise. In vielen Fällen bestimmen sie, ob ein kritischer Fehler oder eine Störung rechtzeitig behandelt wird oder nicht. Sie ermöglichen auch eine schnelle Reaktion auf Veränderungen oder Anomalien in der Fertigungsumgebung.
  2. Predictive Wartung: Durch kontinuierliches und werkübergreifendes Überwachen der Zustände von Geräten erleichtern IO-Link Wireless-Sensoren die vorausschauende Wartung, minimieren ungeplante Ausfallzeiten und verlängern die Lebensdauer der Maschinen. Sie ermöglichen es auch, sich nur um tatsächliche Probleme zu kümmern, die auf Verschleiß oder Funktionsstörungen zurückzuführen sind, anstatt unnötige Wartung an einer gesamten Maschine oder Produktionslinie durchzuführen.
  3. Gesteigerte Effizienz: Die von Sensoren gesammelten Daten bieten die Möglichkeit, Fertigungsprozesse zu optimieren, die Durchsatzleistung zu erhöhen und Abfall zu reduzieren. In Kombination mit den Fähigkeiten von IO-Link Wireless werden diese noch leistungsfähiger, da sie jetzt in bisher nicht möglichen Bereichen dank ihrer flexiblen Fähigkeiten Überwachung durchführen können..
  4. Kosteneinsparungen: Durch genauere Überwachung und vorbeugende Wartung können Hersteller die Betriebskosten für Reparaturen, Stillstandzeiten und Energieverbrauch reduzieren. Diese Einsparungen führen zu insgesamt niedrigeren Kosten, ermöglichen höhere Gewinne oder die Umverteilung der eingesparten Mittel zur Erweiterung des Betriebs.
  5. Verbesserte Sicherheit: Mit IO-Link Wireless verbundene Sensoren können zur Überwachung von Umweltbedingungen eingesetzt werden, um sichere Arbeitsbedingungen zu gewährleisten und das Risiko von Unfällen zu reduzieren. Diese ergänzen die mit IO-Link Wireless verbundenen Aktuatoren, die es ermöglichen, diese anstelle von menschlichen Bedienern an gefährlichen Orten zu platzieren – und erhöhen so die Sicherheit noch weiter.

CoreTigo Wireless Sensoren

Viele fragen uns, wo sie CoreTigos IO-Link Wireless-Sensoren für ihre Maschinen kaufen können. Die Antwort lautet – nirgendwo und überall. Da CoreTigo die drahtlose Sensoren nicht selbst herstellt, sondern die IO-Link Wireless-Konnektivität für bestehende Sensoren ermöglicht, kann jeder seine eigene Wahl treffen.

CoreTigos Produkte wie TigoBridge und TigoHub können sich mit IO-Link, Digital- oder Analoggeräten (letztere über den TigoConverter) verbinden und ermöglichen so die Umrüstung von Legacy-Industriesensoren nahezu jedes Herstellers in IO-Link Wireless-Geräte. Diese verbinden sich dann mit einem der IO-Link Wireless Masters von CoreTigo, um die Kommunikation mit dem PLC, der Software, Cloud-Anwendungen usw. fortzusetzen.

Da die Mission von CoreTigo darin besteht, Maschinen und Produktionslinien durch Aufhebung der Grenzen der Maschinenkonnektivität mehr zu leisten, musste sichergestellt werden, dass keine weiteren Einschränkungen bestehen, um eine reibungslose und einfache Übertragung in die Nutzung von IO-Link Wireless zu ermöglichen und von dessen Vorteilen zu profitieren.

Die Zukunft der drahtlosen Sensoren

Drahtlose Sensoren im Allgemeinen, insbesondere IO-Link Wireless-Sensoren, haben sich als treibende Kraft im Zeitalter der IIoT-Fertigung herausgestellt. Sie liefern wertvolle Echtzeitdaten, die zu signifikanten Erkenntnissen führen und es ermöglichen, Prozesse zu optimieren und Ausfallzeiten zu reduzieren. Diese kleinen, aber wirkungsvollen Geräte definieren die Art und Weise neu, wie Hersteller ihre Operationen überwachen, die Zuverlässigkeit ihres Betriebs sicherstellen und insgesamt ihre gesamte Anlageneffektivität (OEE) steigern.

In einer Welt, in der Daten König sind, ermöglicht die Fähigkeit, sie durch drahtlose Sensoren zu nutzen, Herstellern, wettbewerbsfähig zu bleiben, agil zu bleiben und sich an die sich ständig ändernden Anforderungen der modernen Industrie anzupassen.

Die sich ständig weiterentwickelnde Landschaft der IIoT-Fertigung bestimmt, dass drahtlose Sensoren heute ein unverzichtbares Werkzeug sind. Ihre Fähigkeit, Echtzeitdaten bereitzustellen, die präventive Wartung zu unterstützen und die Effizienz zu steigern, hat neu definiert, wie Fertigungseinrichtungen arbeiten. Mit Unternehmen wie CoreTigo an vorderster Front hält die Zukunft der industriellen drahtlosen Sensoren große Versprechen bereit.

Matteo Orlandelli verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in den Bereichen industrielle Automation und Kommunikationstechnologien. Mit einem fundierten technischen Hintergrund und Erfahrung als Technischer Direktor bei Pfannenberg in Italien hatte er die Gelegenheit, Innovationen im Bereich Steuerungssysteme für Werkzeugmaschinen zu entwickeln. Im Laufe der Jahre wechselte er in den Vertrieb und konzentrierte sich auf den Aufbau und die Verwaltung von Vertriebsnetzwerken für High-Tech-Unternehmen. Dabei unterstützte er Kunden bei der Entwicklung und Einführung der innovativsten Technologien für verschiedene Anwendungen.
Als Commercial Director von Exor International für 8 Jahre und mit Managementerfahrung bei globalen Unternehmen wie Rittal hat er ein solides Austauschnetzwerk mit den Hauptlieferanten und Kunden des weltweiten Marktes für industrielle Automation aufgebaut und wurde zu einem vertrauenswürdigen Berater.