Daten aus der Produktion Energieautarke drahtlose Sensorik in Werkzeugen und Maschinen
Matthias Kassner
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EnOcean
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> Daten aus der Produktion
EnOcean - Energieautarke Sensorik
Kinetische Energie Elektrodynamische Wandler
Solare Energie Integrierte Funkmodule
Thermische Energie Energieerzeugung durch Temperaturunterschiede > Daten aus der Produktion > EnOcean
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EnOcean – Anwendungen in Gebäuden
Example of Partners
Connectivity to Building Automation System
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EnOcean Alliance
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Industrielle Sensoren
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Industrielle Sensoren Typische Anwendungsfelder industrieller Sensoren Prozesssteuerung und Qualitätssicherung Sicherheitsmaßnahmen Wartungsplanung
Überwachung der Produktparameter
Schutz vor Berührung / Betreten
Überwachung kritischer Parameter an Maschinen
Prozessüberwachung (Detektion von Abweichungen)
Sicherstellung korrekter Maschineneinstellung
Abschätzung benötigter Wartung
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> Daten aus der Produktion
Sensoren in Maschinen Kritische Parameters sollten möglichst genau gemessen werden Sensoren müssen in möglichst geringer Distanz messen Integration in Maschinen ist wünschenswert / erforderlich
Umsetzung mit drahtgebundenen Sensoren ist oftmals nicht möglich Relativbewegung zwischen Werkzeug und Umgebung (linear / Rotation) Erheblicher Platzbedarf und Installationsaufwand für Kabel Schwierig in isolierten Umgebungen (Vakuum etc.) Erheblicher Aufwand für mechanische Zuverlässigkeit
Drahtlose Sensoren sind eine mögliche Alternative Einfach und vielseitig Kein Aufwand für Verkabelung Aber: Stromversorgung muss im Sensor vorhanden sein Batterielebensdauer > Nutzungsdauer oder Energieautarke Sensorik
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Überwachung des Produktionsprozesses Ziel: Minimierung menschlicher Fehler Korrekte Abarbeitung aller Produktionsschritte Korrekte Ausgangsmaterialien Korrektes Setup der Maschinen
Erhebliche Verbesserungen durch einfache Sensorik: Detektion korrekter Positionierung von Komponenten Detektion korrekter Einstellungen
Mögliche Datenquellen: Positionssensoren NFC / RFID Tags
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Überwachung der Produktionsinfrastruktur Überwachung von Produktionsanlagen Oftmals weit verzweigte Infrastruktur Systematische Überwachung ist oft schwierig Beispiel: Rohre, Speichertanks, Energieleitungen
Typische Fehlerbilder: Durchflussstörungen (Strom, Gase, Flüssigkeiten) Überhitzung (Stromleitungen) Rost
Mögliche Datenquellen: Temperatursensoren Korrosionssensoren Durchflusssensoren
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Wartung Wartungsintervalle So oft wie nötig um unerwartete Ausfälle zu vermeiden So selten wie möglich um Stillstand / Kosten zu vermeiden Ideal: Vorhersage basierend auf dem Zustand der Maschine
Drahtlose Sensoren können die Vorhersage verbessern Basisvorhersage basierend auf Nutzungsdauer etc. Verbesserung durch Sensordaten
Mögliche Datenquellen: Temperatur (Verschleiß -> Reibung -> Temperaturzunahme) Vibration (Verschleiß -> höhere Toleranzen -> Vibration) Geräusche (Verschleiß -> Vibration -> Spezifische Geräusche)
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Energieautarke Drahtlose Sensoren
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Architektur Energieautarker Sensoren
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> Daten From Sensors aus der to Produktion Smart Home
Energiequellen Erzeugung der Energie für Sensoren aus der Umgebung Eliminiert Wartungsaufwand für Batterien Ermöglicht breiten Einsatz drahtloser Sensoren
Typische Energiequellen Solar (Umgebungslicht) Schwierig wegen Verschmutzung und mechanischer Empfindlichkeit (Glas) Im Industriebereich nur für Spezialanwendungen Bewegung (Translation, Rotation, Vibration) Elektromagnetische oder piezoelektrische Wandlung Verschmutzung muss beachtet werden (mechanische Zuverlässigkeit/Effizienz) Thermisch (Temperaturunterschiede) Nutzung des Seebeck-Effekts (Temperaturunterschied elektrische Spannung) Keine bewegten Teile, unempfindlich gegen Verschmutzung
Weniger typisch/geeignet Elektromagnetische Strahlung (von Radioquellen wie z.B. WiFi)
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Energiequellen – Solar Energieerzeugung durch Solarzelle Stromquelle, Ausgangsstrom proportional zu Beleuchtung und Fläche Beispiel für amorphe Zellen: 1uA pro 200 Lux Beleuchtung und 1 cm2 Fläche Zelltyp gemäß Anwendungsprofil wählen Amorph für Innenanwendungen Kristallin für Außenanwendungen Mechanische Stabilität und Verschmutzung beachten!
EnOcean ECS 300
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Energiequellen – Kinetik Energieerzeugung durch mechanisch/elektrische Wandlung Elektromagnetische oder piezoelektrische Wandlung Laterale Bewegung Geschwindigkeitsabhängig Rotation (Dynamo) Langsame / schnelle Drehung Vibration (Bewegte Masse) Resonanzfrequenz
EnOcean ECO 200
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Energiequellen – Temperatur Energieerzeugung durch Peltier-Element Ausgangsspannung proportional zu ∆T (0.5mV/K für Bismuttellurid) Paralelle Anordnung mehrerer Elemente für Erzeugung nutzbarer Spannung (>25mV)
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Sensoren zur Datenerfassung (1) Gut geeignete Sensoren (kurze Messzeiten, geringe Stromaufnahme)
Temperatur
Direkte Messung durch analoge (PT100 etc.) oder digitale Sensoren
Infrarot-basierte Messung für kontaktlose Temperaturerfassung
Druck
Luftdruck (80 … 120kPa) oder mechanischer Druck (0 … 1000kPa)
Elektromechanische oder MEMS-basierte Systeme
Zug
Dehnmessstreifen
Durchfluss
Kombination aus Energiegewinnung (Rotation) und Messung
Minimaldurchfluss erforderlich
Feuchte und Korrosion
Luftfeuchte über kapazitive Sensoren (analog oder digital)
Korrosion über induktive oder resistive Messung
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Sensoren zur Datenerfassung (2) Schwierig (aber nicht unmöglich)
Lage (Kompass)/Beschleunigung
MEMS-basierte Systeme
Energiebilanz (Stromaufnahme / Latenz Power-up erster Messwert) beachten
Vibration/Schall
Erfassung einer längeren Messreihe notwendig
Aufwand für Datenanalyse
Radar/Sonar
Stromverbrauch für Sender (insbesondere für höhere Distanzen)
Aufwand für Datenanalyse
Gasanalyse
CO2, CO, NOx, Formaldehyd, …
Hohe Stromaufnahme bei den meisten Sensoren
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Funkprotokoll
UDP über IPv6: 40 Byte IPv6 Header + 8 Byte UDP Header + Payload
EnOcean Telegramm: 7 Byte Header + Payload
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Ausblick
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Ausblick – Energieautarke Industrielle Sensorik Der Markt für energieautarke Produkte wächst stark
Energiegewinnung aus der Umgebung ermöglicht:
Vollständige Eliminierung von Batterien in vielen Anwendungsfällen
Signifikante Verlängerung der Lebensdauer in Fällen, in denen Batterien benötigt werden
Wachsendes Ökosystem mit neuen Anwendungsfeldern
Industrie, Transport, Consumer, …
Studien erwarten 50% jährliches Wachstum
Source: Yole Development Report
Mehrere Millionen EnOcean-Sensorknoten heute in Betrieb
EnOcean ist Pionier und Marktführer
Stark wachsender Fokus im Industriemarkt
Komplement (nicht Ersatz) zur traditionellen Sensorik Vielzahl neuer Applikationen möglich Flexibel, drahtlos, wartungsfrei Direkte Montage an bewegten Teilen
Viele Kundenprojekte im Forschungs- / Prototypstadium
Sprechen auch Sie uns an!
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Vielen Dank!
Matthias Kassner
EnOcean GmbH
Product Marketing Director
Kolpingring 18a
82041 Oberhaching
Germany
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