Pyrometer und Wärmebildkamera vernetzen und Messdaten schneller austauschen

| Autor / Redakteur: Dr. Christian Schiewe und Katrin Schindler* / Hendrik Härter

Vernetzte IR-Messtechnik kann Messdaten schneller untereinander austauschen.
Vernetzte IR-Messtechnik kann Messdaten schneller untereinander austauschen. (Bild: shutterstock.de/TONG4130, Freepik/Kjpargeter, DIAS Infrared (Montage))

Wenn bei Fertigungsprozessen und in der Sicherheitstechnik Pyrometer und Wärmebildkameras über WLAN vernetzt sind, lassen sich Messdaten schneller austauschen – und vieles mehr.

Auch in industriellen Fertigungsprozessen müssen Daten ausgetauscht werden. Mit der Ethernet-Interface-Box von DIAS Infrared können zu vernetzende Pyrometer zusammengeschlossen und für den Datenaustausch der Messdaten in lokale Netzwerke integriert werden. Die aktuellen Wärmebildkameras des Herstellers sind mit einem integrierten Webserver ausgestattet. Dieser Server ermöglicht nicht nur Informationen abzurufen, sondern auch Service und Wartung durchzuführen.

Jeder Körper sendet eine natürliche elektromagnetische Strahlung aus, die von seiner Temperatur, seinem Emissionsvermögen und von der Wellenlänge abhängen. Physikalische Grundlage ist das Plancksche Strahlungsgesetz. Durch Messung der ausgesandten Strahlung kann die Temperatur des Körpers berührungslos gemessen werden. In der industriellen Prozessmesstechnik und der Sicherheitstechnik liegen die zu messenden Temperaturen meist im Bereich von etwa -20 und 2500 °C. Das Maximum der ausgesandten Strahlung liegt bei Raumtemperaturobjekten bei einer Wellenlänge von etwa 10 µm.

Bei höheren Messtemperaturen verschiebt sich das Strahlungsmaximum zu niedrigeren Wellenlängen, zum Beispiel 1,6 µm bei 1500 °C. Insgesamt sind Wellenlängen von etwa 0,8 bis 14 µm interessant. Diese Wellenlängen befinden sich im infraroten Spektralbereich. Aus dem Planckschen Strahlungsgesetz folgt, dass immer bei möglichst kurzen Wellenlängen gemessen werden soll. Damit lassen sich emissionsgradbedingte Messfehler minimieren. Sind Spektralbereiche mit besonders hoher Emission vorhanden, wird dort gemessen.

Temperaturen von -40 bis 3000 °C messen

Die digitalen Pyrometer aus der Serie Pyrpspot sind Strahlungsthermometer, die berührungslos die Temperatur von -40 bis 3000 °C messen. Sie sind robust, bieten laut Hersteller eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Sie eignen sich besonders für den Einsatz in industriellen Umgebungen. Durch umfangreiches Zubehör lassen sich die Pyrometer individuell an die Applikation anpassen oder in Systemlösungen integrieren. Zur Konfiguration und Analyse der Messwerte steht die auf Windows-basierte Software „Pyrosoft Spot“ zur Verfügung.

Für Messungen an Objekten mit veränderlichem oder unbekanntem Emissionsgrad eignen sich Quotienten-Pyrometer, die in vielen Pyrospot-Serien enthalten sind. Lichtwellenleiter-Pyrometer eignen sich speziell für Messungen bei heißen Umgebungsbedingungen oder schwer zugänglichen Messstellen. Alle Pyrometer besitzen einen temperaturlinearen Ausgang mit 0/4 bis 20 mA. Als digitale Schnittstelle steht oft ein RS485-Interface zur Verfügung, die in allen Fällen galvanisch getrennt ist. Die RS485-Schnittstelle verwendet das Datenprotokoll Modbus RTU. Die damit ausgestatteten Pyrometer lassen sich einfach in bestehende Bussysteme und Prozesssteuerungen integrieren.

Das Pyrometer direkt per LAN oder drahtlos verbinden

Die Einbindung in lokale Netzwerke ist mit der Ethernet-Interface-Box DCUIoP möglich, die direkt mit einem LAN verbunden werden kann. Sie ist damit sowohl für die IP-basierte Datenübertragung zum Endgerät als auch für den Datenaustausch auf Web-Seiten-Basis geeignet. Wenn mehrere Pyrometer aus der Serie mit RS485-Schnittstelle mit der Ethernet-Interface-Box DCUIoP verbunden sind, so ist es möglich, mehrere Pyrometer über einen Anschluss unter einer IP-Adresse zu betreiben. Darüber hinaus wird die Zusammenschaltung von Pyrometern durch den eingebauten Web-Server deutlich vereinfacht.

Die optionale drahtlose Verbindung über WLAN ermöglicht es außerdem, dass der Anwender mit dem Smartphone oder Tablet über den Web-Browser das Gerät in Betrieb nehmen und warten kann sowie die Vorortkontrolle unkompliziert durchführt werden kann. Die Messwertübertragung per IP/TCP erfolgt direkt mit der Betriebs- und Auswertesoftware. An eine Ethernet-Interface-Box können bis zu 32 Pyrometer angeschlossen werden. Entfernungen bis zu 30 m zwischen einem angeschlossenen Pyrometer und der DCUIoP sind möglich. Die Stromversorgung kann über Power-over-Ethernet (PoE) oder über eine separate Spannung von 24 VDC erfolgen.

Es können bis zu acht Pyrometer über PoE oder bis zu 16 Pyrometer über die separate Einspeisung mitversorgt werden. Dank des integrierten Web-Servers lassen sich die angeschlossenen Pyrometer parametrisieren und die gesammelten Informationen erscheinen auf einer Web-Seite:

  • Statusinformationen über die DCUIoP (ID oder IP-Adresse),
  • Anzahl und Art der angeschlossenen Pyrometer,
  • Messwertverlauf aller Pyrometer über die letzten Minuten,
  • Anzeige von Pyrometerparametern,
  • Videobild eines auswählbaren Pyrometers, das über eine eingebaute Videokamera verfügen muss,
  • Parametrierung von Interface-Box und Pyrometer und
  • Dokumentation.

Aktuelle Wärmebildkameras besitzen als Kernkomponente 2D-Arrays, meist ungekühlte Si- oder InGaAs-Halbleiter-Detektoren für den nahen Infrarotbereich und Mikrobolometer-Arrays für längere Wellenlängen. Sämtliche Wärmebildkameras des Herstellers DIAS Infrared verfügen über eine Ethernet-Schnittstelle, die eine verlustfreie Datenübertragung garantieren. Die Variante compact+ ist für allgemeine Anwendungen vorgesehen, während das protection-Schutzgehäuse (IP65) mit Schutzfenster und optionaler Wasserkühlung und Luftspülung in rauen Umgebungen eingesetzt werden kann.

Netzwerkfähige Wärmebildkamera misst berührungslos

Die DIAS-Wärmebildkameras nutzen das Internetprotokoll (IP), um Messdaten zu übertragen. Service und Wartung werden ebenfalls über IP realisiert. Ein eingebauter Web-Server ermöglicht den Zugriff auf sämtliche Einstellmöglichkeiten und Prozessparameter der Kamera. Der Web-Server kann parallel zur Messdatenerfassung von jedem Webbrowser aufgerufen werden. Das IR-Bild des aktuellen Prozesses und die Informationen über die technischen Daten sowie den aktuellen Betriebszustand der Kamera werden dargestellt.

Bestimmte Einstellungen am Gerät können vorgenommen werden. Aus Sicherheitsgründen erfolgt dies passwortgeschützt. DIAS-Infrarotkameras melden selbstständig, ob bestimmte Wartungen nötig sind oder Fehlfunktionen vorliegen. Ist das der Fall, kann der Anwender über den integrierten Web-Server die Anlage aus der Ferne warten. Ein Firmware-Update lässt sich ebenfalls einspielen und Anleitungen sowie technische Dokumentationen sind ebenfalls im Web-Server hinterlegt. Lästiges Suchen und Blättern entfällt, da auch in den PDFs gesucht werden kann. Die Kamerasoftware „Pyrosoft“, insbesondere die Varianten Professional IO und Automation, unterstützen verschiedene IO-Systeme. Dazu gehören beispielsweise:

  • Netzwerkbasiertes IO-System von Wago,
  • Profibus mit PC-Master- oder Slavekarte,
  • Profinet mit PC-Karte,
  • TCP-Socket (Client)
  • Modbus,
  • Dateibasiertes IO-System Text-IO

Die Wärmebildkamerasoftware unterstützt alle Pyrometer aus der Serie. Ihre Messdaten lassen sich als Referenz-Temperaturwert in der Online-Datenanalyse verwenden. Bei der Prozessüberwachung in einer Elektronikfertigung werden Schaltkreise im Betriebszustand auf zulässige Übertemperaturen überwacht. Ein weiteres Beispiel kommt aus dem Straßenverkehr: ein vorbeifahrender Lastkraftwagen wird gezielt auf unzulässige Erwärmungen an kritischen Fahrzeugteilen untersucht. Vor zahlreichen Tunneln werden entsprechende Messsysteme mit Infrarotkameras eingesetzt, um potenziell gefährliche Fahrzeuge frühzeitig zu erkennen und an der Einfahrt zu hindern.

* Dr. Christian Schiewe ist Spezialist für Infrarot-Systemlösungen. Katrin Schindler ist Managerin Marketing. Beide arbeiten bei DIAS Infrared.

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