Sensoren für die industrielle Automatisierung

Nahezu jeder messbare Zustand lässt sich mit Sensoren überwachen, wodurch ein Datennetz entsteht, das hilft, Ausfälle vorherzusagen, die Effizienz zu steigern und Prozesse stabil zu halten. Durch die sofortige und kontinuierliche Erfassung und Verarbeitung von Zuständen ermöglichen Sensoren ein Maß an Präzision und Gleichmäßigkeit, das durch manuelle Arbeit allein nicht erreichbar ist. 

Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, medizinische Geräte und Pharmazeutika sowie die Halbleiterherstellung finden alle in streng kontrollierten Umgebungen statt, um Fehler zu vermeiden. Überall in der Produktion platzierte Messgeräte werden eingesetzt, um jede Abweichung sofort zu erkennen, die eine ganze Charge ruinieren kann, wenn sie nicht erkannt und korrigiert wird.

Sich wiederholende Aufgaben sind in der Fertigung seit der Erfindung des Fließbands üblich, aber Sensoren verfeinern diese Arbeit noch weiter durch ihre Fähigkeit, sofortiges Feedback zu geben. Automatisierte Aufgaben laufen mit Geschwindigkeiten ab, die weit über die menschlichen Fähigkeiten hinausgehen, ohne Ermüdung oder Ablenkung, während Druck- und Positionssensoren eine strenge Kontrolle über die Produktionsspezifikationen gewährleisten. Individuelle Prozesse wie die Chargenautomatisierung können auf Kostenabweichungen überwacht werden, während sich serialisierte Lose zur Einhaltung behördlicher Richtlinien zurückverfolgen lassen.

Die anpassbare Natur dieser Systeme bedeutet, dass neue Informationen schnell wieder eingespeist werden können, um auf definierte Anforderungen zu reagieren. Zum Beispiel können Beschwerden über lose Teile die Produktionsteams dazu veranlassen, zusätzliche Kontrollen der Hardware durchzuführen, um zu überprüfen, ob die Schrauben vollständig angezogen sind. Die Anpassung der Empfindlichkeit kann auch bei der Qualitätskontrolle helfen – entweder durch Erhöhung der Empfindlichkeit, um Defekte und Verunreinigungen zu erkennen, die vom menschlichen Auge übersehen würden, oder durch Verringerung der Empfindlichkeit, um Staub und feine Partikel zu ignorieren, die zu Fehlalarmen führen. Die Eingaben mehrerer Sensoren können verwendet werden, um komplexe Verriegelungen zu erstellen, die verhindern, dass Geräte arbeiten, wenn nicht mehrere Positionsparameter gleichzeitig erfüllt sind.

Optische und Drucksensoren können zur Bestandsverfolgung kombiniert werden und ermöglichen eine automatische Überwachung von Materialien und Teilen in bestimmten Lagerbereichen. Wenn das System meldet, dass der Bestand zur Neige geht, können Unternehmen gleichmäßige Lieferungen aufrechterhalten, ohne zu viel einzukaufen oder Engpässe zu riskieren. Im Laufe der Zeit können historische Aufzeichnungen Makrotrends aufzeigen und so genauere Nachfrageprognosen ermöglichen. Dies ist besonders nützlich für Branchen, die auf Rohstoffe mit begrenzter Haltbarkeit oder empfindlichen Lagerungsanforderungen angewiesen sind – wie die Pharmaindustrie oder die Mikroelektronik.

Während regelmäßige Inspektionen ein wichtiger Bestandteil von Sicherheitsprogrammen in der Industrie sind, kann es dennoch zu unerwarteten Komponentenausfällen kommen. Vibrations- und Temperatursensoren können winzige, mit dem Auge nicht wahrnehmbare Veränderungen erkennen, die auf die Anfangsphase eines Ausfalls hinweisen. In Kombination mit historischen Daten können diese Sensorwarnungen es Systemverantwortlichen ermöglichen, geplante Stillstände zu günstigen Zeiten zu planen, nur die notwendigen Teile zu reparieren oder auszutauschen und so Kosten und Lagerbestände zu optimieren. Darüber hinaus können Vibrationssensoren auch Bewegungen oder Geräusche erfassen, die auf Manipulation oder Vandalismus hinweisen, wie etwa das Aufbohren oder Aufhebeln von Geräten.

Drucksensoren werden in Sicherheitsmatten und Schaltleisten eingesetzt, um Mitarbeiter vor Quetsch-, Scher- und Einklemmstellen zu schützen, die durch automatisierte Anlagen entstehen. Wenn genügend Druck auf die Oberfläche dieser Sensoren ausgeübt wird, berühren sich zwei leitende Platten und schließen einen Stromkreis. Das daraus resultierende elektrische Signal löst eine Sicherheitsmaßnahme aus. Sicherheitsmatten sind Bodenbeläge, die einen bestimmten Bereich um eine Maschine absichern und den Betrieb stoppen, wenn jemand die Gefahrenzone betritt. Schaltleisten sind flexible Streifen, die direkt an beweglichen Teilen einer Maschine angebracht werden und die Bewegung bei einem Aufprall stoppen oder umkehren. Diese eignen sich besonders für lineare Gefahrenquellen wie angetriebene Tore oder Roboterarme.

In Verbindung mit Notausschaltern können Näherungs- und optische Sensoren eine unbefugte Umgehung oder Manipulation erkennen. Dies stellt sicher, dass das Personal die entsprechenden Lockout/Tagout-Verfahren einhält, und ermöglicht es Mitarbeitenden gleichzeitig, im Notfall bewusst einen sofortigen Maschinenstopp auszulösen. Sicherheitsverriegelungsschalter verwenden ähnliche Automatisierungssensoren, um den Zugang zu geschützten Bereichen zu verhindern, während das Gerät läuft, und sorgen für einen sofortigen Stopp, wenn Sicherheitsmechanismen angehoben oder geöffnet werden. Für präzise Sicherheitsanforderungen werden Manipulationserkennungssensoren eingesetzt, um den Bruch einer physischen Schutzhülle um ein definiertes Objekt zu erkennen. Ein kundenspezifisches, mehrschichtiges Laminat wird um das Objekt gewickelt oder gefaltet und löst bei physischer oder chemischer Beeinträchtigung einen Alarm aus. Jeder Versuch, den Sensor zu entfernen, zu umgehen oder zu verändern, wird aufgezeichnet. Diese Sensoren sind entscheidend für Branchen, die mit sensiblen Daten arbeiten, sowie für Kontrollsysteme, die öffentliche Versorgungsnetze und andere kritische Dienste aufrechterhalten.

Lichtvorhänge sind Sicherheitsvorrichtungen, die einen Sender und einen Empfänger verwenden, um eine virtuelle Lichtbarriere zu erzeugen. Sie sind auf Finger, Hände oder ganze Körper kalibriert, erkennen eine Unterbrechung des Strahls und reagieren durch Auslösen eines Alarms oder Stoppen der angeschlossenen Geräte. Da sie Bewegungen erkennen, aber nicht physisch blockieren, behindern sie weder den Zugang noch die Ergonomie und beeinträchtigen nicht die Sichtkontrolle. Lichtvorhänge werden eingesetzt, wenn menschliche Eingriffe häufig oder notwendig sind, aber mit Vorsicht erfolgen müssen. Jeder automatisierte Prozess, der mit hohen Geschwindigkeiten, starkem Druck, Schnittgefahren oder Quetschstellen verbunden ist, kann von Lichtvorhängen profitieren. Typische Anwendungen sind Pressen und Stanzmaschinen, Materialhandling und Logistik, Roboterarbeitszellen sowie Montagelinien in der Automobilindustrie. Lichtvorhänge können auch zur Überwachung des Personenverkehrs eingesetzt werden, um Belegungsgrenzen gemäß Brandschutzvorschriften einzuhalten oder um spezielle Umgebungsbedingungen anzupassen. Zu Sicherheitszwecken können Lichtvorhänge Zugänge überwachen, um Zutritte zu protokollieren oder vor unbefugtem Betreten bzw. Verlassen zu warnen.

Bewegungssensoren – insbesondere Positions- und Verkehrssensoren – werden verwendet, um Aktivitäten in eingeschränkten Bereichen zu überwachen. Fußgänger, Gabelstapler und fahrerlose Transportsysteme (AGVs) werden erfasst und analysiert, um Flussdiagramme zu erstellen. Diese Daten dienen der Entwicklung von Verkehrsmanagementsystemen, die Routen optimieren und Kollisionen verhindern – und damit sowohl die Sicherheit der Mitarbeitenden als auch die Integrität der Maschinen gewährleisten. Ein optimierter Arbeitsablauf beugt nicht nur Verletzungen vor und verbessert die Logistik, sondern kann auch den Verschleiß spezialisierter Geräte minimieren, indem er den minimal erforderlichen Bewegungsweg bestimmt. Darüber hinaus können Bewegungssensoren Standortverantwortliche über unbefugten Zutritt zu bestimmten Bereichen informieren und so physische wie auch digitale Werte vor unbefugtem Zugriff schützen.