Industrielle Sensoren: Intelligenter und vernetzter

Bild 3: Industriesensoren werden immer kleiner und leistungsstärker.

Bild 3: Industriesensoren werden immer kleiner und leistungsstärker. Sick AG

An der Basis jeder industriellen IoT-Implementierung befindet sich eine Vielzahl von Sensoren, die Daten sammeln, vorverarbeiten und an die IO-Hubs oder verteilten Steuerungen senden. Was manchmal nicht zu sehen ist, ist dass die Hersteller diese allgegenwärtigen Sensoren im Laufe der Jahre zunehmend miniaturisieren, aber gleichzeitig auch deren Leistungsfähigkeit erhöhen konnten.

Gut ersichtlich ist das bei gängigen Sicherheitslichtvorhängen. Diese optoelektronischen Geräte kommen zum Schutz von Personen in der Nähe von beweglichen Maschinen zum Einsatz, welche das Potenzial haben, Schaden anzurichten wie etwa Pressen, Wickler und Palettierer. Sicherheitslichtvorhänge sind eine Alternative zu mechanischen Schranken und anderen Formen der traditionellen Maschinenabsicherung. Durch die Reduzierung des Bedarfs an physischen Schutzeinrichtungen und Schranken können Sicherheitslichtvorhänge die Wartbarkeit der zu schützenden Geräte erhöhen.

Bild 3 zeigt die Entwicklung der Lichtvorhänge an einem Beispiel der Sick AG. In den 1960er Jahren waren das noch ziemlich große Systeme. Heute ist noch mehr Funktionalität in einen kleineren Formfaktor gepackt: Moderne intelligente Lichtvorhänge können genau erkennen, welche Lichtstrahlen unterbrochen sind. Da der Formfaktor schrumpft, sind sie in verschiedenen Mini-Montagegruppen einsetzbar. Gleichzeitig können Unternehmen die Informationen über die genaue Position einer Lichtvorhangsunterbrechung dazu nutzen, das Design der Montagegruppe zu optimieren.

Bild 4: Intelligente, vernetzte Sensoren benötigen komplexe Bausteine.

Bild 4: Intelligente, vernetzte Sensoren benötigen komplexe Bausteine. Maxim Integrated

Sensoren werden zunehmend intelligenter und über neuere Protokolle verbunden. Diese ermöglichen es ihnen, intelligente Daten zurückzusenden. Ihre Architektur wird aber erst durch andere Halbleitertechnologien möglich. Wie Bild 4 zeigt, verwenden Sensoren zunehmend Mikroprozessoren. Sie verfügen über ausgeklügelte serielle Transceiver und erfordern komplexe Power-Subsysteme.

Mehr Daten bei kleinerem Formfaktor

Während Fabriken und Produktionsstätten das Volumen der gesammelten Daten stark erhöhen, werden die Steuerungen (SPSen), die diese Daten verarbeiten, kleiner und die Kanaldichte steigt. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Anzahl der IO-Kanäle in einem einzigen digitalen Eingangsmodul von acht auf 32 steigt.

Der Trend geht zu immer kleineren SPSen wie etwa Mikro-SPSen, Kompakt-SPSen oder Nano-SPSen. Da die Steuerungen in zunehmendem Maße über die Produktionsebene verteilt sind, müssen sie schrumpfen, um auf eine kleine Montageanlage oder in einigen Fällen sogar auf eine komplexe Maschine zu passen.

Bild 5: Kleinere SPS-Architekturen erfordern integrierte Komponenten.

Bild 5: Kleinere SPS-Architekturen erfordern integrierte Komponenten. Maxim Integrated

Diese kleinen Größen sowie die höhere Anzahl an Kanälen erreichen Hersteller durch den Einsatz von kleineren und höher integrierten Komponenten, die sowohl Zuverlässigkeit als auch kleinere Abmessungen bieten (Bild 5).

Ein Beispiel zeigt, wie modernste Halbleitertechnologie diese Miniaturisierung ermöglicht: Ein typisches System hat viele Power-Subsysteme und da moderne Mikroprozessoren/DSPs mehrere, gut geregelte Stromschienen benötigen, nimmt die Anzahl und Komplexität der Power-Subsysteme zu. Bild 6 zeigt, wie die fortschreitende Integration die Größe des Stromversorgungs-Subsystems reduziert hat.

Die ursprünglichen Power-Subsysteme waren diskret, mit sehr vielen Komponenten außerhalb des Controller-Chips. Durch die Integration von FETs und Kompensationselementen halbierte sich die Größe der Stromversorgungslösung. Und dann kamen Leistungsmodule, die sogar die Induktivitäten integrierten und die Größe der Power-Lösung nochmals halbierten. Die neueste Generation von Leistungsmodulen verfügt über eine innovative Gehäusetechnologie, die eine noch drastischere Verkleinerung für eine Teilmenge von Lastströmen ermöglicht.

Mehr zur nächsten Generation der IIoT-Architekturen erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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