Heiße Objekte cool erkannt

Spezial Sensor- und Messtechnik

Temperatursensor – Mit dem neuen Infrarot-Temperatursensor BTS von Balluff lassen sich Temperaturen zwischen 250 und 1.250 Grad Celsius berührungslos und rückwirkungsfrei auch in unzugänglichen Umgebungen überwachen und heiße Objekte in Bewegung detektieren.

09. Mai 2017

Mit Infrarot-Temperatursensoren lassen sich heiße Objekte auch in unzugänglichen oder für Menschen gefährlichen Umgebungen überwachen. Daher ist der Wunsch naheliegend, diese Sensoren auch von der Leitwarte aus parametrieren zu können. Bei einem Produktwechsel beispielsweise muss dann kein Mitarbeiter zum Sensor, um vor Ort Einstellungen zu verändern. Meist ist das ohnehin nur bei »kalter« Anlage möglich. Ein Zugriff aus der Ferne spart also Zeit und erhöht die Produktivität enorm, weil die Anlage nicht mehr zum Abkühlen heruntergefahren werden muss.

Mit dem Infrarot-Temperatursensor BTS hat Sensorspezialist Balluff aus Neuhausen auf den Fildern auf diese Anforderungen nun mit einer praxisgerechten Lösung reagiert. Neben zwei Schaltausgängen bietet das Pyrometer im robusten M30-Edelstahlgehäuse der Schutzart IP67 eine IO-Link-Schnittstelle für den direkten Datenaustausch mit der Steuerung oder Leitwarte.

Vielfältiger Zugriff aus der Ferne

Die prinzipielle Funktionsweise des Sensors ist typisch für Industrie-Pyrometer und einfach zu verstehen: Eine Optik fokussiert die vom Messobjekt ausgehende Wärmestrahlung auf eine Fotodiode als Infrarotdetektor, die sich für Temperaturen im Bereich von 250 bis 1.250 Grad Celsius eignet. Dabei werden die Strahlen durch Blenden begrenzt, sodass ein präziser Messfleck auf dem Objekt entsteht. Eventuell auftretende Störstrahlung wird mittels eines Spektralfilters bereits an der Optik geblockt. Der Infrarotdetektor wandelt dann die auftreffende Strahlung in ein elektrisches Signal um. Dieses wird in einem digitalen Signalprozessor verarbeitet. Das Ausgangssignal stellt dieser dann an einer IO-Link-Schnittstelle zur Verfügung. Diese Schnittstelle ermöglicht zudem eine Parametrierung des Sensors, beispielsweise von der übergeordneten Steuerung oder dem Leitstand. Bei einem Produktwechsel lassen sich alle notwendigen Einstellungen aus der Ferne vornehmen; gleichzeitig vereinfacht sich durch IO-Link auch – falls doch einmal notwendig – der Austausch eines Sensors, weil sich alle Parameter direkt auf das Ersatzgerät übertragen lassen.

Typische Aufgaben, die sich während des Anlagenbetriebs aus der Ferne bewältigen lassen, sind beispielsweise das Einstellen des materialabhängigen Emissionskoeffizienten oder die Wahl des Auswerteverfahrens. Eine Mittelwertbildung dient zur Stabilisierung des Temperaturwerts unter extremen Umgebungsbedingungen. Dabei wird die vorgegebene Anzahl der letzten Messergebnisse zu einem gleitenden Mittelwert verrechnet.

Bei einer Spitzenwerterkennung wird ein lokales Maximum des Ausgangssignals für eine einstellbare Anzahl an aufeinanderfolgenden Messungen gehalten, um beispielsweise partielle Verzunderungen auf glühendem Stahl auszublenden. Die Schaltfrequenz beträgt 100Hertz; dadurch ist die Temperaturerfassung auch bei Objekten möglich, die sich relativ schnell bewegen. Die Auflösung liegt bei 10 Grad Celsius beziehungsweise 18 Grad Fahrenheit.

Temperaturmessung für Industrie 4.0

Über die IO-Link-Schnittstelle lässt sich zudem jederzeit auch der Device-Status abfragen. Ereignisse wie etwa Übertemperatur und Unterspannung liefern dann zusätzliche Informationen über die aktuellen Umgebungsbedingungen. Die Temperaturerfassung liefert damit einen wichtigen Beitrag zu Industrie 4.0 und »Big Data«, denn die vom Sensor bereitgestellten Informationen über die Umgebungsbedingungen lassen sich ebenso protokollieren und dokumentieren wie die Temperaturwerte der heißen Objekte.

Teach-In und Klartextdisplay

Die Fernbedienung und Device-Abfrage über IO-Link ist im Betrieb sehr hilfreich. Bei der initialen Ausrichtung im Einrichtbetrieb sind aber auch komfortable, möglichst intuitive Bedienmöglichkeiten direkt am Sensor gefragt.

Hier kann der neue Temperatursensor ebenfalls punkten. Als erster seiner Art ist er zusätzlich zu drei Bedientasten mit einem großen, sehr übersichtlichen Klartextdisplay ausgestattet. Das logisch aufgebaute Bedienmenü, die grafische Darstellung, eindeutige Piktogramme und gut verständliche Klartextanweisungen machen Vor-Ort-Einstellungen zum Kinderspiel.

Das Display richtet sich zudem wie bei einem Smartphone automatisch aus und lässt sich dadurch in jeder Position gut ablesen und bedienen, gleichgültig wie der Sensor montiert ist. Im Einrichtbetrieb sind damit alle notwendigen Werte schnell eingegeben, etwa der Emissionskoeffizient. Er ist ein Maß für die Fähigkeit der Objekte infrarote Strahlung abzustrahlen. Der entsprechende Wert kann auch per Tastendruck im Teach-In-Verfahren eingelernt werden, wenn die Objekttemperatur bekannt ist. Das ist meist einfacher, als den Emissionskoeffizienten genau zu bestimmen, und die Einrichtzeit verkürzt sich somit deutlich.

Eine Vielzahl an praxisgerechtem und industrietauglichem Zubehör schützt den Sensor auch bei extremen Einsatzbedingungen. Ein Display-Schutz sorgt beispielsweise dafür, dass Funken oder glühende Teilchen keine Schäden verursachen. Die Linse lässt sich mit Schutzmutter und Lufttubus vor Schmutz und Beschädigung schützen. Der Lufttubus verhindert außerdem, dass Rauch oder Dämpfe die Erfassung beeinträchtigen. Mit dem M30-Haltewinkel oder dem runden Sensorhalter ist die Befestigung der Sensoren an der Anlage einfach.

Einsatz bei extremen Bedingungen

Ebenfalls für die rauen Umgebungsbedingungen ausgelegt sind die IO-Link-Master aus Zinkdruckguss und die passenden Kabel. Hier schützt ein Edelstahlgeflecht die Adern vor mechanischen Beschädigungen und Wärme.

Die Standzeiten der Sensoren lassen sich mit dem darauf abgestimmten Zubehör auch bei extrem widrigen Bedingungen deutlich verlängern. Dadurch kommt es seltener zu Anlagenstillständen und Produktionsausfall.

Der Infrarot-Temperatursensor mit IO-Link-Schnittstelle eignet sich für zahlreiche zukünftige Anwendungen in Gießereien, Schmieden und Stahlwerken sowie in der Keramik-Industrie oder in Glashütten. Durch seine praxisgerechten Kommunikationsmöglichkeiten zwischen Anlagensteuerung und Temperaturmessung sind auch weitere Einsatzgebiete denkbar.us

Erschienen in Ausgabe: 04/2017