Inductieve ringsensoren met IO-Link

Slimme detectie voor geautomatiseerde processen

In geautomatiseerde productieprocessen is betrouwbare detectie van metalen componenten vaak een kritische schakel. Of het nu gaat om het tellen van kleine onderdelen, het bewaken van een toevoerproces of het controleren van de aanwezigheid van metalen componenten: de sensor moet onder uiteenlopende omstandigheden betrouwbaar functioneren. Turck combineert hiervoor het beproefde inductieve detectieprincipe met een ringvormige sensorconstructie en IO-Link-communicatie. Daarmee ontstaat een sensoroplossing die niet alleen een schakelsignaal levert, maar ook diagnostische en parametreringsmogelijkheden biedt.

Ringsensoren zijn bij Turck niets nieuws. Al jaren maken ze dergelijke sensoren waarvan de werking berust op een elektromagnetisch veld. Een oscillator genereert rond een spoel een hoogfrequent veld. Wanneer een elektrisch geleidend materiaal, zoals staal, aluminium of koper, het actieve gebied binnengaat, ontstaan in het materiaal wervelstromen. Deze veroorzaken verliezen in het elektromagnetische systeem, waardoor de oscillatie verandert. De sensorelektronica analyseert deze verandering en bepaalt of een object aanwezig is.

Bij een ringsensor wordt dit principe toegepast rond een centrale doorvoeropening. Een metalen object dat door de opening beweegt, passeert het actieve detectiegebied. Dat maakt de sensor bijzonder geschikt voor toepassingen waarin onderdelen gericht door een leiding, toevoerkanaal of mechanische geleiding worden getransporteerd.

Voor engineers biedt deze constructie een praktisch voordeel: de detectie vindt plaats op een duidelijk gedefinieerd punt in het materiaaltransport. Daardoor kunnen onderdelen worden geteld of gecontroleerd zonder dat een mechanische schakelaar of contact met het product noodzakelijk is. Ook is het mogelijk om niet gewenste metalen objecten te detecteren in vloeibare of brijachtige substanties die door een slang gevoerd worden.

Parametrering en automatische vervanging

Bij de allernieuwste sensoren van Turck is er een IO-Link-interface ingebouwd. Een belangrijk voordeel hiervan is de digitale overdracht van apparaat- en parametergegevens. Wanneer een sensor tijdens onderhoud wordt vervangen, kunnen configuratiegegevens opnieuw naar het vervangende apparaat worden geschreven. Daarmee wordt de kans kleiner dat een vervangen sensor verkeerd wordt ingesteld.

Voor serieproductiemachines kan dit een aanzienlijke praktische winst opleveren. Een engineer hoeft niet voor iedere sensor afzonderlijk instellingen te controleren wanneer een component wordt vervangen. De parameters kunnen onderdeel worden van de machineconfiguratie en daarmee van de gestandaardiseerde onderhoudsprocedure.

Ook tijdens de inbedrijfstelling biedt dit voordelen. De sensorparameters kunnen vanuit de PLC- of engineeringomgeving worden aangepast zonder dat iedere wijziging handmatig aan de sensor hoeft te worden uitgevoerd.

Diagnostiek als onderdeel van machinebeschikbaarheid

Voor onderhoud en storingsanalyse is vooral de diagnostische functionaliteit relevant. In een klassieke sensortoepassing is het vaak lastig om onderscheid te maken tussen een defecte sensor, een bedradingsprobleem en een procesprobleem. Een IO-Link-architectuur kan aanvullende status- en diagnosegegevens beschikbaar maken voor het automatiseringssysteem.

Hierdoor kan de sensor onderdeel worden van een bredere conditiebewaking. Een storing kan bijvoorbeeld via de besturing of het bovenliggende industriële netwerk worden doorgegeven aan een HMI-, SCADA- of onderhoudssysteem.

Aandachtspunten voor het ontwerp

Ondanks de extra communicatiemogelijkheden blijft een goede mechanische en elektrische dimensionering essentieel. De detectieprestaties worden onder meer beïnvloed door het materiaal, de geometrie en de afmetingen van het te detecteren object. Ook de transportsnelheid en de positie van het object binnen de sensoropening moeten worden meegenomen in het ontwerp.

Bij het selecteren van een ringsensor is daarom niet alleen de nominale diameter van de doorvoer relevant. Engineers moeten ook kijken naar de gewenste schakelfrequentie, de eigenschappen van het detectiemateriaal, de omgevingscondities en de beschikbare aansluit- en communicatie-infrastructuur.

Daarnaast moet de IO-Link-architectuur worden meegenomen. De sensor heeft een geschikte IO-Link-master nodig, die vervolgens met de PLC of het industriële netwerk communiceert.

Toepassingen in de machinebouw

Inductieve ringsensoren zijn vooral interessant voor toepassingen waarin kleine metalen objecten gecontroleerd door een vaste positie worden geleid. Voorbeelden zijn onderdelenvoeders, sorteersystemen, assemblagemachines, telinstallaties en transportsystemen.

Een typisch voorbeeld is een automatische toevoerlijn waarin metalen pennen of bevestigingsmiddelen één voor één worden aangevoerd. De ringsensor detecteert ieder onderdeel wanneer het door de opening passeert. Het schakelsignaal kan worden gebruikt voor het tellen van de onderdelen, terwijl IO-Link aanvullende informatie en parametrering beschikbaar maakt.

Dezelfde architectuur kan worden toegepast voor procesbewaking. Wanneer gedurende een bepaalde periode geen onderdelen worden gedetecteerd, kan de besturing dit interpreteren als een mogelijk probleem in de toevoer. De sensor zelf hoeft daarbij niet noodzakelijk de volledige diagnose uit te voeren; de combinatie van procesdata, sensordata en PLC-logica maakt een uitgebreidere analyse mogelijk.

Van sensor naar intelligent veldcomponent

De ontwikkeling van inductieve ringsensoren met IO-Link laat zien hoe veldcomponenten steeds sterker worden geïntegreerd in de digitale automatiseringsarchitectuur. Het fundamentele detectieprincipe blijft eenvoudig en robuust, maar de manier waarop de sensor wordt geconfigureerd, bewaakt en onderhouden verandert.

Voor engineers ligt de meerwaarde dan ook niet alleen in de detectie van een metalen object. De combinatie van contactloze inductieve detectie, een gericht ringvormig detectiegebied en digitale communicatie maakt de sensor geschikt voor machines waarin beschikbaarheid, reproduceerbaarheid en diagnostiek belangrijk zijn.

Daarmee kan de Turck-oplossing worden gezien als een voorbeeld van de verschuiving van klassieke sensortechniek naar intelligente veldcomponenten: minder afhankelijk van lokale handmatige instellingen en beter geïntegreerd met de besturing en onderhoudsstructuur van de moderne productiemachine.