Füllstandsmessung in der automatisierten Industrie 4.0

Fuellstand_Autowaschanlage
Waycon Positionsmesstechnik GmbH ist für die Zukunft bestens gerüstet

Eine automatisierte Füllstandsmessung von Substanzen in Lagerbehältern ist in der Industrie 4.0 unverzichtbar. Für einen sicheren und stabilen Produktionsablauf ist eine kontinuierliche Überwachung der Füllstände Voraussetzung. WayCon Positionsmesstechnik bietet für viele Branchen eine bedarfs-gerechte, automatisierte Füllstandsmessung.

Unterschieden wird dabei in zwei Hauptfelder:

  • Die Überwachung der Füllstande für die Nachspeisung oder Stoppung des Füllprozesses sowie die Abfrage des Lagerstatus
  • Das Auslösen von Sicherheitsmaßnahmen (wie z.B. Abschalten) bei Erreichen eines maximalen oder minimalen Füllstandes

Im ersten Fall spricht man von einer kontinuierlichen Füllstandskontrolle. Der Füllstand der zu überwachenden Substanzen kann zu jedem Zeitpunkt, an jeder Position des Behälters, erfasst werden und gewährleistet eine durchgängige Ablesung. Der Vorteil dabei ist, dass die Kapazitätsplanung bei unregelmäßiger Nutzung jederzeit dem Produktionsprozess angepasst werden kann.

Im zweiten Fall wird von einer „Grenzstandmessung“ gesprochen. Vordefinierte maximale und/ oder minimale Füllstände werden definiert und während des Produktionsablaufs überwacht. Bei Überschreitung oder Unterschreitung der entsprechenden Grenzwerte wird eine Aktion ausgelöst. Diese Überwachung eignet sich besonders bei andauernden Prozessen zur rechtzeitigen Zuführung oder Abführung der benötigten Substanzen. Außerdem dient die Grenzstandmessung als Sicherungsmaßnahme, z.B. zur Vermeidung einer Überfüllung durch Abschaltung des Systems.

Die verschiedenen Verfahren der Füllstandsmessung
Die Füllstandsmessungen erfolgen über berührende oder berührungslose Sensoren, die den Abstand zwischen dem Sensor und dem zu messenden Objekt ermitteln.

Füllstandsmessung mittels Ultraschall
Die klassische Füllstandsmessung erfolgt über Ultraschallsensoren. Die Messung durch Ultraschallsensoren ist eine berührungslose Messung und eignet sich für die kontinuierliche Füllstandskontrolle, wie auch für die Grenzstandmessung. Ultraschallsensoren senden eine hochfrequente Schwingung aus, welche durch das Messobjekt reflektiert wird. Anhand der Laufzeit zwischen „Senden und Empfangen“ werden die Abstände ermittelt. Der Vorteil dieser Messmethode ist, dass sie unabhängig von den verwendeten Substanz, wie z.B. Öl oder Wasser, ist.

Füllstandsmessung mittels magnetostriktivem Prinzip
Magnetostriktive Sensoren arbeiten kontaktlos und verschleissfrei.
Durch einen Wellenleiter wird ein kurzer, konstanter Stromimpuls geschickt. Ein frei beweglicher Positionsmagnet reagiert auf die Stromimpulse mit einer entgegengesetzten Torsionswelle. Eine veränderte Lage des Positionsmagneten ruft eine veränderte Laufzeit des Antwortimpulses hervor. Diese wird schließlich mit Hilfe eines Impulswandlers in ein elektrisches Messsignal umgewandelt. Der Magnet wird in einem Schwimmkörper eingebettet und gewährleistet eine permanente Erfassung des Füllstandes. Die Magnetostriktion arbeitet berührungslos, jedoch muss der Schwimmkörper Kontakt mit dem zu messendem Medium haben.

Füllstandsmessung mittels Seilzug
Seilzugsensoren gehören zu den berührenden Messmethoden. Ein Edelstahlmessseil wird einlagig auf eine Seiltrommel mit einer vorgespannten Triebfeder gewickelt. Das Messseil wird mit dem Messobjekt verbunden und zieht bei Veränderung der Position das Messseil aus der Trommel. Die Achse der Trommel ist fest mit einem elektronischen Element verbunden, das die mechanische Drehbewegung in ein proportionales elektrisches Signal umwandelt. Für die Füllstandsmessung wird das Messseil mit einem Schwimmkörper verbunden, der in Kontakt mit dem zu messendem Medium steht.

Füllstandsmessung mittels kapazitivem Prinzip
Kapazitive Sensoren messen die Veränderung der Kapazität. Dabei bilden der Sensor und das zu messende Objekt jeweils eine Platte wie bei einem Plattenkondensator. Das elektrische Feld dazwischen wird erfasst und ändert sich entsprechend des Abstandes. Diese Messmethode ist berührungslos und eignet sich sowohl für die kontinuierliche Messung wie auch für die Grenzstandmessung.

WayCon bietet für jede Anwendung die passende Messtechnik
Mit intelligenten Sensorlösungen von WayCon gestaltet sich die automatisierte Füllstandsmessung einfach und effizient. Das breite Produktspektrum des Unternehmens mit Sitz in Taufkirchen ermöglicht den Einsatz in praktisch jeder Anwendung und Branche. Mit WayCon Sensoren in der Füllstandsmessung sind Unternehmen schon heute für Industrie 4.0 bestens gerüstet.

Mehr Informationen finden Sie unter hier bzw.
Produktportfolio: hier

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Die neue Produktbroschüre von WayCon Positionsmesstechnik GmbH

WaCon ProduktbroschüreNeue Produktbroschüre von WayCon, dem Spezialisten für professionelle Sensorik

WayCon Positionsmesstechnik GmbH, bekannt für präzise Sensorlösungen, präsentiert sein Produktangebot in einer neuen Broschüre. Diese bietet einen Einblick in das gesamte Sensorportfolio für Seilzug-, Laser- und Ultraschallsensoren sowie Linearpotentiometer, Magnetostriktive Geber und Kapazitive Wegsensoren. Alle relevanten technischen Daten werden detailliert erläutert.Preiswerte Seilzugsensoren mit hoher Zuverlässigkeit sowie präziser Genauigkeit zählen zu der Produktvielfalt von WayCon. Ausgerüstet mit einem robusten aluminium-eloxierten Gehäuse, sowie optionaler Hartcoat® Beschichtung mit einem V4-Messseil zwecks Korrosionsschutzes, garantiert WayCon Langlebigkeit selbst unter schwersten Bedingungen. Für besonders schnelle und präzise Messarbeiten stellt WayCon außerdem seine bewährten Lasersensoren vor. In unterschiedlichen Ausführungen gewährleisten diese Sensoren Messungen im Micrometerbereich bei schneller Messfrequenz. Dabei dringen die Punkt- und Linienlaser sogar durch transparente Scheiben.

 

Direkter Download der Produktbroschüre finden Sie hier: Produktbroschüre 2015

Ultraschallsensor UPR-A für die ATEX Zonen 2 und 22.

Ultraschall UPR_´-AWayCon Positionsmesstechnik GmbH erweitert seine Produktgruppe der Ultraschallsensoren um den UPR-A. Der UPR-A Ultraschallsensor wurde speziell für die ATEX Zone 2 und 22 entwickelt.

Sensoren für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen müssen die Richtlinie 94/9/EG erfüllen. Anlagenbetreiber müssen bei der Verwendung von explosionsgefährdeten Stoffen eine Sicherheitsanalyse und die daraus resultierende Zoneneinteilung vornehmen.
Zonen 2 und 22: Bereiche, in denen bei Normalbetrieb eine explosionsfähige Atmosphäre normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig auftritt. Das sind zum Beispiel Bereiche in der Umgebung von Staub enthaltenden Anlagen, wenn Staub aus Undichtheiten austreten kann und sich Staubablagerungen in Gefahr drohender Menge bilden können.
In der Zone 2 (Gas) müssen Geräte eingesetzt werden, welche der Gerätegruppe II, Gehäuseschutzniveau Gc entsprechen. In Zone 22 (Staub) solche der Gerätegruppe III, Gehäuseschutzniveau Dc. Die Schutzmassnahmen basieren auf der Dichtheit und Stossfestigkeit des Sensorgehäuses, der maximal erreichbaren Gehäusetemperatur und der Vermeidung von Funkenschlag.

Die Kennzeichnung des UPR-A Ultraschallsensor für die ATEX Zonen 2 und 22 ist:
• Ex tc IIIC T60°C Dc 0°C ≤ Ta ≤ +60°C
• Ex nA IIC T6 Gc 0°C ≤ Ta ≤ +60°C

Ultraschall in der Tierwelt

Mit dem Ultraschallprinzip arbeiten unsere Distanz- und Näherungssensoren. Wir verwenden Ultraschallfrequenzen, das heißt Frequenzen über 20 kHz, da diese in der Natur selten vorkommen und dadurch die Sensoren nicht gestört werden. Zudem hört der Mensch keine solch hohen Frequenzen. Sie sind übrigens auch völlig unschädlich, da die Schallenergie extrem klein ist. Industrielle Ultraschallsensoren arbeiten bei Frequenzen von ca. 80….400 kHz, je nachdem, welche Charakteristik der Sensor haben soll. Je größer die geforderte Messdistanz ist, desto tiefere Frequenzen müssen angewendet werden.

Vereinzelte Lebewesen bedienen sich auch der Ultraschalltechnik zur Orientierung. Dies sind vor allem der Delfin (im Wasser) und die Fledermaus (in der Luft)  sowie unsere Sensoren. Beide haben schlecht ausgeprägte Sehorgane und senden Ultraschallwellen bis 200 kHz aus. Auch einige andere Lebewesen hören Frequenzen über 20 kHz, allerdings ohne dass es ihnen  einen Nutzen für die Orientierung bringt:

Mensch 20 khz, Hund 50 kHz, Katze 60 kHz, Heuschrecke 95 kHz, Grille 100 kHz, Spitzmaus 115 kHz

Der Delfin sendet und empfängt Ultraschallwellen im Wasser, um Hindernisse und Beutetiere zu detektieren. Da die akustische Impedanz des Wassers über 3000 mal höher ist als die der Luft, reichen sowohl die tierischen als auch die von der Technik erzeugten Sonarwellen im Wasser viel weiter als in der Luft.

Da hat es die an der Luft lebende Fledermaus schwerer. Ihre hochfrequenten Schallwellen reichen nicht so weit. Sie hat aber auch das am weitesten entwickelte Ultraschall-Ortungssystem. Die hohe Frequenz ermöglicht ihr eine besonders feine örtliche Auflösung. Die Ultraschallschreie werden bei Fledermäusen im Kehlkopf erzeugt und durch den Mund nach außen abgegeben. Treffen die ausgesendeten Wellen auf einen fliegenden Körper, z. B. ein kleines Beutetier, so werden sie reflektiert und gelangen zurück zu den Ohren, welche als Schallsignalempfänger dienen. Die Hörorgane der Fledermäuse müssen zu extrem guter Schallanalyse imstande sein. Man geht davon aus, dass auf Grund von nur Mikrosekunden kurzen Laufzeitunterschieden zwischen dem linken und rechten Ohr ein dreidimensionales Hörbild entsteht. Dadurch kann sich die Fledermaus mit ihren Ohren im absolut dunklen Raum so orientieren wie wir mit den Augen bei Tageslicht.

Einmal mehr müssen wir Techniker uns von der Natur geschlagen geben.

http://www.waycon.de/ultraschallsensor.html

Ultraschallsensoren erfassen Rollendurchmesser

Ultraschallsensor im Einsatz Ultraschallsensoren mit Analogausgang (0…10 V oder 4…20 mA) messen Entfernungen von Objekten unterschiedlichster Größe und Beschaffenheit. Die Messbereiche variieren von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern. Die Messung erfolgt mittels Laufzeitmessung des Ultraschall-Echos. Die Frequenz des Ultraschalls bestimmt dabei maßgeblich die mögliche Auflösungsgenauigkeit. Sie liegt typischerweise bei ca. 0,1…0,2 % des maximalen Messbereichs, also bei einigen 1/10 mm bis einigen Milimetern.

Richtet man einen Ultraschallsensor radial auf die Oberfläche einer sich auf- oder abwickelnden Materialrolle, kann man indirekt den Durchmesser erfassen. Je kürzer die Distanz zum Sensor, desto größer ist der aktuelle Durchmesser der Rolle. Die Genauigkeit ist zwar wie oben beschrieben begrenzt, dafür ist die Erfassung mit Ultraschall im Gegensatz zu optischen Sensoren praktisch unabhängig vom abzutastenden Material und dadurch zuverlässiger.
Je nach Rollendurchmesser können Analog-Sensoren der Baureihen UFA (kleine und mittlere Distanzen), oder UN (große Distanzen) verwendet werden.

Der Einsatz von Ultraschallsensoren im Strassen- und Tunnelbau

Beim Bau von großen Straßen- und Eisenbahnprojekten, insbesondere im Tunnelbau, fallen enorme Mengen an Aushub an. Wenn der Abbau Jahre dauert, lohnt sich der Bau von riesigen Förderbandanlagen. Solche Installationen können mehrere Kilometer lang sein und Kapazitäten von über 1000 t/h haben. Diese Förderbänder sind natürlich voll automatisiert. Dadurch besteht die Gefahr, dass der Aushub insbesondere bei den Übergabestellen von einem Band zum anderen, die Trichter verstopft.

Zur permanenten Überwachung der Übergabestellen werden robuste Ultraschallsensoren eingesetzt. Sie überprüfen die  Trichter und melden, wenn der Füllstand ein bestimmtes Maß übersteigt. Die Anlage wird dann entsprechend verlangsamt oder angehalten. Geignet für diese Anwendungen sind die Sensoren der UN-Serie.

Die UN-Serie zeichnet sich durch ihre sehr hohe Schallleistung bei kleinstem Bauvolumen aus. Das wird unter anderem durch neue, optimierte SONARANGE Schallwandler, die mit hohen elektrischen Spannungen arbeiten, erreicht. Dadurch können auch kleine, bewegte und schlecht reflektierende Objekte zuverlässig erkannt werden, und die Sensoren arbeiten auch bei starker Verschmutzung. Die UN-Sensoren sind mit <40 mm Länge die kompaktesten Ultraschallsensoren für so große Messbereiche.

Sensaoren der UN Serie Waycon

Ultraschallsensoren detektieren Paletten

In automatischen Anlagen werden Paletten beladen, verpackt und in die Spedition geführt. Hier im Beispiel sind sie mit Baustoffplatten beladen. Die Paletten werden auf Rollen gefördert. Sie müssen vor den jeweiligen Arbeitsstationen positionsgenau erkannt werden. Dazu werden Ultraschall-Näherungssensoren der Baureihe UX-Micro  verwendet. Sie sind verschmutzungsunempfindlich und detektieren praktisch alle Arten von Materialien unabhängig von Farbe und Oberfläche.

Ultraschallsensoren der Firma WayCon