Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation

Funktion — Ausführung — Anwendung

verfasst von: Stefan Hesse, Gerhard Schnell

Verlag: Vieweg+Teubner

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Das Buch bietet einen umfassenden Überblick über physikalische Grundlagen, Funktionen und Applikationen von Sensoren in der Prozess- und Fabrikautomation. Es ist nach den Aufgabenfeldern von Sensoren gegliedert und zeigt anhand typischer Einsatzbeispiele anschaulich deren Anwendung. Das um zwei Kapitel erweiterte und in der Praxis gut aufgenommene Buch bietet einen umfassenden Überblick über physikalische Grundlagen, Funktionen und Anwendung von Sensoren in der Prozess- und Fabrikautomation. Es ist nach Aufgabenfeldern gegliedert und zeigt an vielfältigen und typischen Einsatzfällen die Anwendung von Sensoren. Wichtige Fachbegriffe der Sensorik besitzen eine englischsprachige Übersetzung. Ein Glossar erklärt mehr als 200 Fachtermini. Eine gegliederte Auflistung von etwa 450 Internet-Adressen erleichtert den direkten Zugriff auf die wichtigsten Hersteller von Sensoren und deren Produkte.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Sensoren — Sinnesorgane der Technik

Auszug

Ein Lebewesen ist nur existenzfähig, wenn es auf Umwelteinflüsse reagieren kann. Selbst Einzeller haben diese Fähigkeit entwickelt. Um spezifische Reize aus der Umgebung oder aus dem Körperinnern aufzunehmen, existieren biologische Strukturen, die als Rezeptor bezeichnet werden. Man unterscheidet zwei Arten:

Exterorezeptoren Sie dienen zur Orientierung im Raum und nehmen Reize aus der Umwelt auf.
Interorezeptoren Mit ihnen werden Reize aus dem Innern eines Organismus aufgenommen.

2. Sensoren zur Positionserfassung

Auszug

In der Fertigung müssen maschinelle Werkzeug- und Werkstückbewegungen laufend kontrolliert werden. Dazu ist die Position von Maschinenteilen und Objekten der verschiedensten Art zu erfassen und als Signal bereitzustellen. Oft genügt auch schon eine Kontrolle der Anwesenheit.

3. Sensoren zur Erfassung mechanischer Größen

Auszug

Zu den mechanischen Größen zählen in erster Linie Länge, Winkel, Kraft, Drehmoment und Masse (Gewichtskraft). Ihre Kenntnis ist für die Funktion von Maschinen und Verfahren unerlässlich. Die Größen Länge und Winkel werden in Kapitel 6 behandelt.

4. Sensoren zur Erfassung fluidischer Größen

Auszug

Fluidische Größen, die in diesem Kapitel behandelt werden, sind Druck, Volumen- bzw. Massenstrom und (Gas-)Feuchte. Das Interesse an Messsystemen für diese Größen hat in den letzten Jahren sehr zugenommen. Fortschreitendes Automatisieren macht es erforderlich, auch sie verstärkt in die Überwachung (monitoring, supervision) und Regelung (closed-loop control) einzubeziehen. In der Prozesstechnik sind z. B. 30 bis 40 % aller Messungen Druckmessungen. In der Pneumatik sind Fließ- und Staudruck wichtige Größen. Wartungsgeräte für Druckluftkreisläufe benötigen ein Druckmess- und -einstellgerät.

5. Sensoren zur Erfassung der Temperatur

Auszug

Die Temperatur ist eine Größe von außerordentlicher Bedeutung für technische Prozesse. Von der Temperatur hängen sehr viele Stoffeigenschaften ab. Der thermische Zustand eines Stoffes kann grundsätzlich nach zwei physikalischen Prinzipen bestimmt werden:

Kontaktthermometrie
Pyrometrie

6. Sensoren zur Erfassung von Wegen und Winkeln

Auszug

Weg- und Winkelmesssysteme dienen hauptsächlich zur Erfassung des Istwertes der Relativposition von Werkstück und Werkzeug in einer Maschine. Die Positionserfassung erfolgt im Bearbeitungsprozess in der Regel mittelbar, d. h. nicht direkt am Werkstück, sondern an einer Maßverkörperung. Die Art der Maßverkörperung hat insbesondere Einfluss auf die Genauigkeit der Positionsbestimmung sowie auf das regelungstechnische Verhalten eines geschlossenen Positionsregelkreises [6-1] bis [6-3]. Die Forderungen an die Auflösung der Messsysteme liegen bei NC-Maschinen bei 0,001 Millimeter bzw. bei 0,001 Grad, teilweise auch darunter.

7. Abbildung und Erkennung von Objekten

Auszug

Die industrielle Bildverarbeitung hat sich in den letzten Jahren zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt. Sie erschließt neue Möglichkeiten zum Beispiel bei der Oberflächeninspektion von Objekten, der Vollständigkeitskontrolle, der Identifikation und Klassifizierung, der automatischen Montage, der Qualitätsprüfung und der Lagebestimmung sowie Vermessung von Gegenständen. Der Einsatz technisch visueller Systeme wird vor allem dann in die engere Wahl gezogen, wenn die Objektivität des Erkennens, die Erkennungsgeschwindigkeit und die Genauigkeit eine große Rolle spielen.

8. Erfassung chemischer und biologischer Stoffgrößen

Auszug

Mit chemischen Sensoren werden ausgewählte Arten von Atomen, Molekülen oder Ionen in Flüssigkeiten oder Gasen nachgewiesen. Üblich ist auch der Begriff biologischer Sensor oder Biosensor, wenn es sich im Einzelfall um den Nachweis bioaktiver Substanzen handelt.

9. Sensorvernetzung

Auszug

In der Fabrikautomation ist die Vernetzung von Sensoren und Aktoren mittels Bussen zum Stand der Technik geworden. Wichtige Kriterien sind hier:

Schnelligkeit (Buszykluszeit ≤ 5 ms)
Echtzeitfähigkeit (Vorrausberechenbarkeit des Buszugriffs)
Übertragungssicherheit
Niedriger Preis der Anbindung (im Verhältnis zum Sensorpreis)

10. Fachbegriffe

Auszug

In der automatischen Objekterkennung ein verzerrtes Abbild z. B. von einem Prüfprojekt, das durch Fremdlichteinflüsse und Objektive entsteht. Die Optik steht an erster Stelle der Erkennungskette. Für die Prüfung z. B. auf Maßhaltigkeit ist nur ein Abbild verwendbar, das mit einem telezentrischen Objektiv aufgenommen wurde.

Backmatter

Titel: Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation
verfasst von: Stefan Hesse
Gerhard Schnell
Verlag: Vieweg+Teubner
Electronic ISBN: 978-3-8348-9269-0
Print ISBN: 978-3-8348-0471-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9269-0