Industrielle Automation 5/2016

SENSORIK UND MESSTECHNIK
Wertschöpfungsketten auf dem
Weg zur Vernetzung
Was Sensoren der Zukunft alles können sollten und wie neue digitale Geschäftsmodelle
entstehen
Solche Schnittstellen lassen sich über den
Mikroprozessor eines Smart Sensors recht
einfach und kostengünstig realisieren.
Industrie-4.0-konforme
Sensoren der Zukunft
Klaus-Dieter Walter
Industrie 4.0 und das Industrial
Internet of Things (IIoT) erfordern
Sensoren mit deutlich verbesserten
Kommunikationseigenschaften.
Solche Sensoren müssen in Zukunft
nicht nur Sensormessgrößen an
eine Steuerung liefern, sondern
darüber hinaus auch noch eine
Smartphone-App oder sogar eine
Cloud-Serviceplattform direkt mit
Messdaten versorgen. Mit einem
derartigen „Smart Connected
Sensor“ lassen sich dann
Wertschöpfungsketten vernetzen
und digitale Geschäftsmodelle
realisieren.
Klaus-Dieter Walter ist Geschäftsführer bei der
SSV Software Systems GmbH in Hannover
In der Prozess- und Fertigungsautomatisierung
existieren unzählige Sensoren, die
über eine einfache analoge oder digitale
Schnittstelle direkt mit einer Steuerung verbunden
sind. Sie dienen dazu, den Ist-
Zustand bestimmter physikalischer Größen
zu messen und an eine Steuerungssoftware
zu übermitteln, damit diese nach der Auswertung
neue Soll-Vorgaben gemäß dem
programmierten Regelwerk an Aktoren
schicken kann.
Im einfachsten Fall besteht ein Sensor
aus einem Element zur Messgrößenerfassung
mit analogem Ausgang. Aus der physikalischen
Messgröße wird ein korrespondierendes
analoges Ausgangssignal (Strom,
Spannung, Widerstand) erzeugt, dass in der
Steuerung digitalisiert und verwertet wird.
Es sind allerdings auch zahlreiche „smarte
Sensoren“ im Praxiseinsatz. Als „Smart“
wird ein Sensor bezeichnet, der neben dem
Sensorelement zur Messgrößenerfassung
eine integrierte Signalkonditionierung und
einen zusätzlichen Mikroprozessor für die
Signalverarbeitung besitzt. Der Sensormesswert
steht der Steuerungssoftware
dann über eine digitale Kommunikationsschnittstelle
(z. B. Modbus, CAN, CANopen,
IO-Link, Ethernet usw.) zur Verfügung.
Für zukünftige Anwendungen im Umfeld
von Industrie 4.0 (I4.0) und dem Industrial
Internet of Things (IIoT) reichen die klassischen
Sensoren nicht mehr aus. Schließlich
will man hier komplette Wertschöpfungsketten
mit externen und internen Fertigungsprozessen,
die Logistik, die Produktnutzung
durch den Kunden, den After-Sales-Service
usw. vollständig vernetzen und
sogar neue serviceorientierte bzw. digitale
Geschäftsmodelle schaffen. In der Praxis
werden aber noch keine I4.0/IIoT-konformen
Sensorsysteme angeboten. Sie müssen
durch ein individuelles Engineering für
jeden einzelnen Anwendungsfall zunächst
geschaffen werden. Dabei gibt es gerade in
der Prozess- und Fertigungsautomatisierung
durch Internet-basierte Kommunikationsaufgaben
schon heute einen Bedarf an
Sensoren, die etwas mehr können als eine
physikalische Messgröße in einen 4 bis
20 mA-Strom oder ein digitales Feldbusdatum
umzuwandeln.
Der Industrie-4.0-konforme bzw. IIoTgeeignete
Sensor der Zukunft mit „Verwaltungsschale“
und virtueller Repräsentanz
ist bereits ab Werk mit einer offenen IT-
Serviceplattform gekoppelt, um anderen
Anwendungen den Zugriff auf die aktuellen
Sensordaten zu ermöglichen. Ein solcher
Smart Connected Sensor (SCS) benötigt
idealerweise zwei Schnittstellen: Eine ist
mit der Cloud, die andere – wie bisher – mit
einer Steuerung verbunden.
Eigenschaften eines Smart-
Connected-Sensor
Ein Smart Connected Sensor wandelt die
Messgröße direkt oder indirekt in systemfähige
Datenwerte bzw. Informationen um,
die als virtuelle Repräsentanz auf einer Serviceplattform
für weitere Anwendungen zur
Verfügung stehen. Zu einem Smart Connected
Sensor gehört daher immer eine spezielle
(Cloud-) Serviceplattform zur Weiter
gabe der Messgrößen, ohne dass dafür ein
zusätzliches Engineering erforderlich wäre.
20 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2016