Dieser Blogbeitrag behandelt berührungslose Infrarot-Temperatursensoren. Wie funktioniert ein Infrarot Temperatursensor mit IO-Link Schnittstelle?
Typische Anwendungen für diese Art von Sensoren sind in der Metallurgie und Glasherstellung. Überall dort, wo flüssige oder heiße Metalle produziert oder verarbeitet werden.
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Infrarot Temperatursensor erkennt heiße Stahlbrammen in einem Stahlwerk
Automation in Stahlwerken
Moderne Produktionsanlagen erfordern einen sehr hohen Automatisierungsgrad. Ein großer Vorteil vollautomatisierter Anlagen & Prozesse ist die Reduzierung von Fehlern, die zu teuren Stillstandszeiten führen können. In großen Stahlwerken bewegen sich Hunderte von rotglühenden Brammen. Sie werden ver- und bearbeitet und zu verschiedenen Produkten wie Drähten, Blechen, Coils und Profilen verarbeitet.
Um eine reibungslose und kosten-effiziente Produktion zu gewährleisten, ist es von größter Bedeutung, den Überblick über diese Objekte zu behalten. Ein Ausfall von Komponenten oder Beschädigung einer Produktionslinie führt in der Regel zu einem unerwarteten Stillstand und es dauert Stunden, bis der Schaden behoben ist und der Prozess neu gestartet ist.
Um diesen Herausforderungen der Fertigungsprozesse gerecht zu werden, müssen in modernen Stahlwerken die Materialflüsse automatisch gesteuert und überwacht werden. Dies gilt insbesondere für den Transport von Werkstücken und Material durch die Anlage. Sensoren zur Erkennung der Teile müssen auch an schwer zugänglichen Stellen oder in explosionsgefährdeten Bereichen im Werk montiert werden. Ein berührungsloser Infrarot Temperatursensor kann hier zuverlässig die Bewegung und das Vorhandensein von heißen Materialien im Produktionsprozess detektieren.
Glühende Stranggussprofile – Photo: M.Münzl
Detektieren von glühenden Metallen
Standardsensoren, wie z. B. induktive oder opto-elektronische Sensoren, können nicht in der Nähe von heißen bzw. rotglühenden Teilen eingesetzt werden, da diese durch die Hitze beschädigt würden. Oder sie wären durch die enorme Infrarotstrahlung des Objekts übersteuert. Im Vergleich zu diesen Standardsensoren gibt es ein Messprinzip, das genau diese Infrarotstrahlung nutzt, um den heißen Gegenstand zu detektieren und daraus sogar die Temperatur erfasst.
Berührungslose Infrarot-Thermometer erfüllen solche Anforderungen und werden erfolgreich in solchen rauen Anwendungen eingesetzt. Sie können weit vom heißen Objekt entfernt montiert werden, so dass sie nicht durch die Hitze zerstört werden. Sie fangen das Infrarotlicht eines heißen Objekts ein, da diese Strahlung praktisch unbegrenzt weit strahlt. Darüber hinaus können Wellenlänge und Intensität der Strahlung ausgewertet werden, um eine ziemlich genaue Temperaturmessung des Objektes zu ermöglichen. Um das Gerät korrekt zu betreiben, müssen jedoch bestimmte Parameter eingestellt bzw. eingelernt werden. Da viele dieser Infrarot-Thermometer an gefährlichen oder unzugänglichen Stellen platziert sind, ist eine Parametrierung oder Justage direkt am Gerät oft schwierig oder gar unmöglich. Daher ist eine intelligente Schnittstelle erforderlich, um die vom Sensor generierten Daten zu überwachen und auszulesen und – was noch wichtiger ist – um Parameter und andere Daten an den Sensor zu übertragen.
Hier ein Link zur Produktbeschreibung des Infrarot Temperatursensors
Infrarot Temperatursensor – Grundlagen des Hot-Metal-Detectors
Herkömmliche opto-elektronische Sensoren erzeugen ein Signal und empfangen in den meisten Fällen eine Reflexion dieses Signals. Im Gegensatz dazu gibt ein Infrarot-Sensor kein Signal ab. Die physikalischen Grundlagen eines Infrarot-Sensors sind die Detektion von Infrarot-Strahlung, die von einem beliebigen Objekt emittiert wird.
Jeder Körper, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt (-273,15°C oder -459,67 °F), strahlt eine elektromagnetische Strahlung von seiner Oberfläche, die proportional zu seiner inneren Temperatur ist. Diese Strahlung wird als Temperatur- oder Wärmestrahlung bezeichnet.
Wenn unterschiedliche Technologien wie Photodioden oder Thermopiles eingesetzt werden, kann diese Strahlung über eine große Entfernung detektiert und gemessen werden.
Hier ein Demo-Video des Balluff Infrarot Temperatursensors:
Die wichtigsten Vorteile der Infrarot Thermometrie
Dieses berührungslose, optisch basierende Messverfahren bietet gegenüber Thermosensoren mit direktem Kontakt verschiedene Vorteile:
- Berührungslose Messung, d. h. das Messobjekt bleibt unbeeinflusst, so dass auch die Temperatur kleinster Teile gemessen werden kann
- Sehr schnelle Messfrequenz
- Messen über große Distanzen ist möglich, das Messgerät kann z.B. außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches aufgestellt werden
- Sehr hohe Temperaturen lassen sich zuverlässig detektieren und messen
- Detektion von sehr heißen Teilen: Pyrometer können sehr heiße Objekte erkennen, bei denen herkömmliche optische Sensoren durch Infrarotstrahlung begrenzt sind
- Detektion bewegter Objekte möglich
- Kein Verschleiß an der Messstelle
- Gefahrlose Messung von spannungsführenden Teilen
IO-Link für Intelligente Sensoren
Als universelles intelligentes Sensor-Interface hat sich IO-Link in den letzten 10 Jahren bei nahezu allen Sensortechnologien etabliert. IO-Link ist eine standardisierte, einheitliche Schnittstelle für Sensoren und Aktoren unabhängig von ihrer Komplexität. Sie sorgen für eine durchgängige Kommunikation zwischen den Geräten und der Steuerungsebene/HMI. IO-Link ermöglicht auch eine dynamische Änderung der Sensorparameter durch die Steuerung oder den Bediener am Bediengerät, wodurch Stillstandszeiten für Produktwechsel und Formatwechsel reduziert werden. Wenn ein Gerät ausgetauscht werden muss, erfolgt eine automatische Parameterumschaltung, sobald das neue Gerät installiert und angeschlossen ist. Auch dies reduziert manuelle Eingriffe und verhindert Fehleinstellungen. Es wird keine spezielle geräteeigene Software benötigt und die Verdrahtung ist einfach, da dreiadrige Standardkabel ohne Abschirmung verwendet werden können.
IO-Link ist daher die perfekte Schnittstelle für einen berührungslosen Infrarot-Temperatursensor im automatisierten Produktionsprozess.
IO-Link Architektur – Grafik: Balluff
IO-Link User Group
Neben der Temperatur werden in diesem Infrarot-Temperaturfühler weitere Werte und Daten erzeugt. Der Benutzer kann die Daten an Leitrechnersysteme übertragen und diese Informationen auch für die Zustandsüberwachung und vorbeugende Instandhaltung nutzen. Stahlwerke müssen über Prozessbegleitende Daten verfügen, um eine gleichbleibend hohe Qualität ihrer Produkte zu gewährleisten. Sensoren, die mehr Informationen liefern als nur rein binäre Signale, können einen zusätzlichen Nutzen für eine zuverlässige und reibungslose Produktion im Rahmen von Industrie 4.0 generieren.
Wenn Sie mehr über die IO-Link-Technologie erfahren möchten, folgen Sie diesem Link zum Automation-Insights Blog (Englisch): Is IO-Link only for Simplifying Sensor Integration?
Anwendungsbereiche des Infrarot-Temperatursensors
Infrarot-Temperatursensoren können zur Objekterkennung in allen Anwendungen mit Temperaturen über 250°C (482°F) eingesetzt werden.
Gleich ob es sich um die Herstellung von Metallen, Keramik oder Glas handelt, das raue Umfeld rund um Gießereien & und Schmelzeöfen ist die Umgebung für diesen industriellen berührungslosen Infrarot-Temperatursensor.
Mehr Informationen, Datenblätter und Literatur über diesen Infrarot Temperatursensor finden Sie hier und für IO-Link allgemein auf der Balluff Homepage
Infrarot Temperatursensor – Foto: Balluff
Autoren dieses Beitrags:
Stefan Hornung Produktmanager Sensortechnik bei der Balluff GmbH
und
Manfred Münzl Industry Manager Stahl- und Hüttenindustrie bei der Balluff GmbH.
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Auch in der Glasproduktion finden sich Anwendungen für den industriellen Infrarot Temperatursensor, hier beim Portionieren und Füllen einer Pressform:
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