Anwendung von drahtlosen Sensorlösungen in der Fabrikautomation

Im Zuge von Industrie 4.0 bewegt sich die Fabrikautomation in eine intelligentere und flexiblere Richtung. In Automatisierungsanwendungen für Fabriken können drahtlose Sensortechnologien die Betriebsbedingungen von Anlagen überwachen, Probleme frühzeitig erkennen und vorausschauende Wartung ermöglichen. Dadurch werden Systemausfallzeiten reduziert, Betriebskosten gesenkt und die Effizienz gesteigert.

Drahtlose Sensorsysteme bieten prädiktive Wartung und Zustandsüberwachung

Derzeit können viele drahtlose Sensortechnologien in Überwachungssystemen von Fabriken und Gebäuden angewendet werden, um prädiktive Wartung und Zustandsüberwachung bereitzustellen. Batteriegespeiste drahtlose Sensoren ermöglichen die Fernüberwachung von Umgebungen und Geräten mit minimalem Installationsaufwand. Die gesammelten Sensordaten können für die Zustandsüberwachung, prädiktive Wartung, Produktivitätsoptimierung, Energieeinsparungen und frühzeitige Erkennung potenzieller Defekte in kommerziellen und industriellen Bereichen genutzt werden.    Drahtlose Sensortechnologien helfen dabei zu bestimmen, ob Fertigungsmaschinen normal arbeiten. Diese drahtlosen Sensorknoten sind für Nachrüstungen optimiert, erfordern nahezu keine Verkabelung und können in Echtzeit den Status verschiedener Maschinen/Parameter überwachen.    Drahtlose Sensortechnologien liefern nicht nur Sensordaten, sondern auch umsetzbare Erkenntnisse für prädiktive Wartung, Energieeinsparungen und Produktivitätssteigerungen in Fabriken und Gebäuden. Beispielsweise ermöglichen Muratas drahtlose Sensortechnologien den Übergang von zeitbasierter Überwachung (TBM) zu zustandsbasierter Überwachung (CBM). Durch die Installation drahtloser Sensoren an bestehender Ausrüstung können Sie Maschinenzustände überwachen, feststellen, ob Wartung erforderlich ist, und intuitive Erkenntnisse über Betriebsquoten gewinnen. Sensordaten können auch dazu beitragen, unerwartete Ausfallzeiten zu reduzieren und die Produktionsqualität zu stabilisieren.    In Fertigungsanlagen ist die manuelle Überwachung verschiedener Messgeräte und Anzeigen üblich. Drahtlose Sensortechnologien bieten eine konsistente Verwaltung analoger Daten, automatisieren diese zeitaufwändige Aufgabe und optimieren die Wartungsprozesse basierend auf den gesammelten Sensordaten.

Drahtlose Sensoren zur Unterstützung von zeitbasierter und zustandsbasierter Wartung

Die traditionelle präventive Wartung umfasst die regelmäßige Wartung jeder Maschine, um die Wahrscheinlichkeit potenzieller Defekte zu reduzieren. Diese Methode ist auch als zeitbasierte Wartung (Time-Based Maintenance, TBM) bekannt. Allerdings können bei TBM manchmal unnötige Kosten entstehen, da Teile möglicherweise ausgetauscht werden, obwohl die Maschine noch funktioniert, oder die Maschine zwischen den Wartungsintervallen ausfallen könnte.    Die zustandsbasierte Wartung (Condition-Based Maintenance, CBM) ist ein anderer Ansatz, der Sensordaten nutzt, um vorherzusagen, wann eine Maschine voraussichtlich ausfallen wird und wann eine Wartung erforderlich ist. CBM ist in der Fertigung beliebter als TBM, da es die Notwendigkeit einer regelmäßigen Wartung eliminiert und die Wartungskosten erheblich reduziert.    Beispielsweise ermöglicht die Installation von Muratas drahtlosen Sensorknoten an Pumpen mit hohen Ausfallraten die Vorhersage ihrer Ausfallzeiten und die Durchführung von Wartungen nach Bedarf, wodurch unnötige Kosten für Ersatzteile und Arbeitszeit eingespart werden. Diese drahtlosen Sensoren sind einfach zu installieren – befestigen Sie die Knoten einfach an den Maschinen, die Sie überwachen möchten, und das System ist einsatzbereit. Das System verwendet robuste Sub-1-GHz-Funktechnik und Repeater, wodurch es sich für raue Umgebungen wie Stahlwerke eignet. Muratas drahtlose Sensoren und Gateways sind als einmalige Anschaffung erhältlich und beinhalten eine kostenlose Windows-Anwendung zur einfachen Visualisierung und Datenprotokollierung, ohne monatliche Gebühren oder eine Internetverbindung zu benötigen.    Verschiedene drahtlose Sensoren von Murata können mit dem Gateway verbunden und in einem einzigen System verwendet werden, wodurch Sie die für Ihre Bedürfnisse passenden Sensoren auswählen können. Zusätzliche Sensoren können bei Bedarf auch in das bestehende System integriert werden. Darüber hinaus können APIs verwendet werden, um eigene Visualisierungs- oder Wartungslösungen zu entwickeln.    Zusätzlich zu kompletten drahtlosen Sensorlösungen unterstützt Murata Kunden bei der Bewertung und Umsetzung von Systeminstallationsprozessen. Zunächst arbeitet Murata daran, die Probleme und Herausforderungen zu verstehen, die der Kunde mit dem drahtlosen Sensorsystem angehen möchte. Anschließend bietet Murata geeignete Sensoren und Systemkonfigurationen an, erstellt Angebote für Evaluierungskits und stellt diese Kits zur Verfügung, damit Kunden die Funktionalität der Sensoren und die Kommunikationsreichweite vor der Masseninstallation testen können. Murata unterstützt zudem bei der Installation, Erweiterung und im After-Sales-Support.

Drahtlose Sensorsysteme zur Erfassung von Vibrationsgeschwindigkeit sowie Temperatur-/Luftfeuchtigkeit 

Muratas Fabriküberwachungssystem mit drahtlosen Sensoren umfasst eine Vielzahl von Produkten, wie die Schwingungsgeschwindigkeitssensoren LBAC0ZZ1TF und LBAC0ZZ1LZ. Diese Sensoren können in rotierenden Maschinen wie Motoren und Pumpen zur vorausschauenden Wartung eingesetzt werden, wodurch die Effizienz der Wartung von Geräten verbessert wird. Die LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZ messen nur 38 mm x 24 mm x 38 mm und wiegen lediglich 50 Gramm (einschließlich Batterie). Die Kommunikationsschnittstelle verwendet ein proprietäres ISM Sub-1GHz-Radio, das für den Einsatz in verschiedenen Regionen/Ländern zertifiziert ist. Es kann die Spitzenbeschleunigung (die beiden höchsten Werte für LBAC0ZZ1TF, die fünf höchsten Werte für LBAC0ZZ1LZ), die Frequenz der Spitzenbeschleunigung (die beiden höchsten für LBAC0ZZ1TF, die fünf höchsten für LBAC0ZZ1LZ), die Spitzen-Velocity (die drei höchsten Werte für LBAC0ZZ1TF), die Frequenz der Spitzen-Velocity (die drei höchsten für LBAC0ZZ1TF), Beschleunigungs-RMS (LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZ), Velocity-RMS (LBAC0ZZ1TF), Kurtosis (LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZ) und Temperatur (LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZ) messen. Der maximale absolute Messbereich liegt bei ±30G mit einer Auflösung von 28mG, und er unterstützt eine Schutzart nach IP65. Der LBAC0ZZ1TF verwendet eine Lithium-Thionylchlorid-Batterie mit einer Lebensdauer von bis zu 1,5 Jahren (Berichtintervall: 1 Stunde, Temperatur: 25°C), während der LBAC0ZZ1LZ unter denselben Bedingungen bis zu 5 Jahre halten kann.    Murata bietet außerdem einen Schwingungssensor - PKGM-200D-R, der in Verbraucher- und Industrieanlagen zur vorausschauenden Wartung durch Schwingungsüberwachung eingesetzt werden kann. Die Treiberschaltung ist in einem kompakten SMD-Gehäuse eingebaut, sodass sie direkt in Maschinen integriert werden kann. Dies macht ihn ideal zur Installation an mechanischen Komponenten. Der Sensor kann hochfrequente Schwingungen bis zu 11 kHz erkennen, wodurch Abweichungen entdeckt werden können, bevor ungewöhnliche Geräusche oder Hitze entstehen. Dies unterstützt die vorausschauende Wartung von Lagern und anderen Bauteilen. Der PKGM-200D-R kann ein breites Frequenzband in der Z-Achsenrichtung erkennen, mit einem minimalen G-Wert-Erfassungsbereich von ±10,2g und einer typischen Empfindlichkeit von 118mV/G. Er verfügt über eine integrierte Treiberschaltung, unterstützt Differenz-Ausgänge zur Rauschminimierung und enthält einen Temperatursensor für den Betrieb in Umgebungen von -20°C bis 85°C. Murata stellt außerdem Testmuster für Kunden zur Verfügung, mit zwei Arten von Testplatinen: Schraubbefestigung und Klebebandtyp.    Ein weiteres Produkt ist die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoreinheit - LBAC0ZZ1AN-345, die zur Temperaturüberwachung in Fabriken und Gebäuden eingesetzt werden kann. Sie trägt zur Energieeinsparung, Umweltkonformität und Produktivitätssteigerung bei. Die LBAC0ZZ1AN-345 misst 90 mm x 45 mm x 27 mm und wiegt nur 47,5 Gramm (ohne Batterie). Die Kommunikationsschnittstelle unterstützt ein proprietäres ISM Sub-1GHz-Radio, das für die Nutzung in verschiedenen Regionen/Ländern zertifiziert ist. Das Gerät kann Temperatur (-10°C bis 60°C) und relative Luftfeuchtigkeit (10%RH bis 90%RH) messen. Der Stromversorgung dienen zwei AAA-Lithium-Ionen-Batterien, die eine Batterielaufzeit von bis zu 10 Jahren bieten (Berichtintervall: 10 Minuten, Temperatur: 25°C). Es kann auch über einen Netzadapter oder USB-Kabel betrieben werden.

Drahtlose Sensortechnologien zur Erfassung von Vibrationsgeschwindigkeit sowie Temperatur-/Feuchtigkeitserkennung 

Murata bietet auch CT-Stromsensoreinheiten an – LBAC0ZZ1MT-247/LBAC0ZZ1NT-248, die zur Überwachung des Betriebsstatus von Geräten, zur Energieeinsparung und zur Verbesserung der Produktionseffizienz verwendet werden können. Die Einheiten messen 90 mm x 45 mm x 27 mm, mit Anschlusskabellängen von 150 mm, 1500 mm oder 3000 mm, und wiegen 50 g (ohne Batterie und Kabel). Die Kommunikationsschnittstelle unterstützt ein proprietäres ISM-Sub-1GHz-Funksystem, mit zertifizierten Betriebsfrequenzen für verschiedene Regionen/Länder. Sie können Strom (AC 50/60Hz) in einem Bereich von 0,1–80A, 0,1–200A oder 1–500A messen. Die Stromversorgung erfolgt durch zwei AAA-Lithium-Ionen-Batterien, die eine Batterielebensdauer von bis zu 9 Jahren bieten (Berichtsintervall: 10 Minuten, 25°C), oder sie können über ein AC-Netzteil oder ein USB-Kabel betrieben werden.    Murata bietet außerdem eine 4-20mA- und Pulssignaleinheit – LBAC0ZZ1MU-270, die drahtlos Daten von bestehenden 4-20mA-Sensoren sammelt und den Übergang von manueller und zufälliger Datenerfassung zu automatischer und konsistenter Datensammlung ermöglicht, wodurch die Produktionsqualität verbessert wird. Die LBAC0ZZ1MU-270 misst 90 mm x 45 mm x 27 mm, hat ein Anschlusskabel von bis zu 2 m Länge und wiegt 50 g (ohne Batterie und Kabel). Die Kommunikationsschnittstelle unterstützt ein proprietäres ISM-Sub-1GHz-Funksystem, mit zertifizierten Betriebsfrequenzen für verschiedene Regionen/Länder. Sie kann 4-20mA- und Pulssignale (NPN, PNP) messen, mit einem Pulszählbereich von 0–65535 Zählungen. Die Stromversorgung erfolgt über zwei AAA-Lithium-Ionen-Batterien, die eine Batterielebensdauer von bis zu 10 Jahren bieten (Berichtsintervall: 10 Minuten, Temperatur: 25°C), oder sie kann mit einem AC-Netzteil oder USB-Kabel betrieben werden. Zusätzlich bietet Murata eine weitere Einheit an – LBAC0ZZ1RU-271, die 0-5V- und Pulssignale unterstützt und ähnliche Spezifikationen wie die LBAC0ZZ1MU-270 aufweist.    Der Repeater von Murata – LBAC0ZZ1AR-842, dient als Reichweitenverlängerer für die drahtlose Kommunikation bei großflächigen Installationen. Er misst 90 mm x 45 mm x 27 mm und wiegt 50 g (ohne Batterie). Die Kommunikationsschnittstelle unterstützt ein proprietäres ISM-Sub-1GHz-Funksystem, das für die Verwendung in verschiedenen Regionen/Ländern zertifiziert ist. Die Batterielebensdauer beträgt bis zu 9 Jahre (Berichtsintervall: 10 Minuten, Temperatur: 25°C), oder er kann mit einem AC-Netzteil oder USB-Kabel betrieben werden.    Murata bietet außerdem ein Gateway – LBAC0ZZ1SU-848, das 170 mm x 109 mm x 27 mm misst (ohne Antenne und Antennenanschluss) und 250 g wiegt (ohne Antenne). Es verfügt über eine Sensorschnittstelle, die ein proprietäres ISM-Sub-1GHz-Funksystem unterstützt, mit zertifizierten Betriebsfrequenzen für verschiedene Regionen/Länder. Die Host-Kommunikationsschnittstelle unterstützt WLAN (IEEE 802.11 b/g/n) und Ethernet (IEEE 802.3 10/100 Base-T). Die Stromversorgung erfolgt über ein AC-Netzteil.

Fazit

Wireless-Sensing-Lösungen werden im Bereich der Fabrikautomation zunehmend unverzichtbar. Mit Vorteilen wie flexibler Einsatzmöglichkeit, Echtzeit-Datenübertragung und niedrigen Wartungskosten ermöglichen diese Lösungen Unternehmen, die Produktionseffizienz zu steigern, betriebliche Risiken zu reduzieren und den Übergang zur intelligenten Fertigung zu beschleunigen. Da die drahtlose Kommunikationstechnologie weiterhin Fortschritte macht, werden diese Lösungen noch stabiler und effizienter und bringen mehr Innovation in die Fertigung, wodurch höhere Niveaus der digitalen Transformation und des automatisierten Managements ermöglicht werden. Murata bietet ein umfassendes Spektrum an Wireless-Sensing-Lösungen und -Diensten an, um Kunden bei der Beschleunigung ihrer Fabrikautomationsprozesse zu unterstützen.