Qualitätssicherung und Maschinenüberwachung mit Datenverarbeitungssystemen

| Autor / Redakteur: Mark Patrick * / Margit Kuther

Der E-gMeter von MonoDAQ ist ein All-in-one-Sensor.
Der E-gMeter von MonoDAQ ist ein All-in-one-Sensor. (Bild: Mouser)

Datenerfassungssysteme sammeln Messdaten für Charakterisierungs-, Überwachungs- und Steuerungszwecke. Der Markt bietet zahlreiche Lösungen. Erfahren Sie, welche sich für Ihre Applikation am besten eignet.

Datenerfassungssysteme (Data Acquisition Systems; DAQ) messen physikalische Parameter wie Temperatur, Druck, Vibrationen, Schall, Spannung, Strom, Beschleunigung, Dehnung, Lichtintensität, Drehzahl oder die Durchflussrate. Auf der Basis dieser Daten lassen sich bestimmte Maßnahmen einleiten, etwa ein Alarm auslösen, eine Produktionslinie anhalten oder einfach ein Licht einschalten. Zu den wichtigsten Einsatzzwecken von DAQ-Hardware zählen die Qualitätssicherung in Produktionsanlagen sowie die Maschinenüberwachung, um rechtzeitig Wartungsarbeiten einzuleiten und damit unvorhergesehene, teuere Ausfälle zu vermeiden. Die spezifischen Parameter dieser Anwendungen bestimmen die Anforderungen an Auflösung, Präzision, Kanalanzahl sowie Geschwindigkeit des DAQ-Systems.

Weil Unternehmen im verarbeitenden Gewerbe und der Industrie stets bestrebt sind, die Effizienz zu steigern, die Kosten zu senken und durchgängig qualitativ hochwertigere Produkte zu liefern, besteht die Notwendigkeit der Überwachung eines breiten Spektrums an Parametern mit einer Vielzahl verschiedener Sensoren. Das wiederum erfordert die Entwicklung komplexer Hardware zur Datenerfassung sowie der zugehörigen Software. Analog dazu müssen Unternehmen, die Kraftstoff-/Wasserpumpstationen oder Umspannwerke betreiben, neben Leistung und Zustand ihrer Anlagen auch deren Umgebung überwachen, um optimale Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Abhängig von der jeweils geplanten Anwendung bietet der Markt viele in Frage kommende Lösungen – von relativ einfachen Plug&Play-fähigen Datenprotokolliergeräten bis hin zu hochintegrierten, multifunktionalen DAQ-Systemen. Im folgenden Artikel werden wir uns mit all diesen Lösungen befassen.

USB 4700 von Advantech: robustes DAO-Modul mit nur einem Kabel

Die USB-4700-Baureihe von Advantech umfasst DAQ-Module, die lediglich ein Kabel benötigen, um dem Anwender Zugriff auf die erfassten Daten zu gewähren. Diese Module sind ausfallsicher und robust genug für den industriellen Einsatz, aber dennoch erschwinglich für Heimsysteme. Sie erlauben es, USB-fähige Rechner um Steuer- und Messfunktionen zu erweitern. Der USB-4716 von Advantech bietet 16 Single-Ended- oder acht differenzielle analoge Eingänge mit 16-Bit-Auflösung, einen Durchsatz von bis zu 200.000 Samples/s, 16 digitale I/Os, einen Benutzerzähler und zwei 16-Bit-Analogausgänge. Eine externe Stromversorgung ist nicht erforderlich, weil das Gerät seinen Strom über den USB-Anschluss vom Computer bezieht.

DAQ-Instrumente von MonoDAQ für beliebige Sensoren

An die DAQ-Instrumente von MonoDAQ lassen sich beliebige Sensoren für mechanische Größen, etwa Dehnung, strukturelle Lasten oder Beschleunigungen anschließen. Sie übertragen Daten über EtherCAT an einen PC, auf dem die leistungsstarke und benutzerfreundliche DAQ-Software von DEWESoft läuft. Der isolierte DMS-Verstärker MonoDAQ-E-STG kann unter Verwendung einer beliebigen Brückenkonfiguration, programmierbarer Anregung und äußerst rauscharm Daten von Dehnungsmessstreifen und Kraftmessdosen erfassen. Er hat einen Spannungsbereich von 100 mV bis 50 V und einen Eingangsstrom von 20 mA (interne Sammelleitung). Als Ergänzung für dieses Gerät dient der E-gMeter von MonoDAQ (Bild 1), ein All-in-one-Sensor und DAQ-Gerät mit einem äußerst rauscharmen 3-Achsen-MEMS-Beschleunigungsmesser für die strukturelle Überwachung von Brücken oder Antennen sowie seismische Messungen. Strom und Signale laufen dabei über dasselbe Kabel. Das ermöglicht die Verteilung über jede Struktur, die eine Beschleunigungsüberwachung erfordert. Der Beschleunigungssensor-Verstärker MonoDAQ-E-ACC hingegen ist auf hochpräzise Schwingungsmessungen ausgelegt und bietet einen hohen Grad an Signalkonditionierung für integrierte elektronische piezoelektrische Sensoren (IEPE). Zu seinen typischen Einsatzzwecken zählen die Überwachung von Maschinenvibrationen, die Erkennung von Lagerdefekten sowie Modalanalysen.

Datenlogger von Extech mit Zeitstempel und Ortsmarker

Das aus betrieblicher Sicht unkomplizierte Daten-Protokolliergerät RHT35 USB von Extech Instruments für Feuchtigkeit, Temperatur und barometrischen Druck zeichnet Informationen mit einem Datums- und Uhrzeitstempel auf und kann bis zu 48.000 Datenpunkte auf einen PC übertragen (als PDF oder Kalkulationstabelle). Zudem bietet es Marker für acht Messstandorte, sechs Bedienersprachen, ein programmierbares Erfassungsintervall, einen konfigurierbaren Alarm und die kennwortgeschützte Anmeldung. Das VB300 von Extech ist ein Datenlogger für Beschleunigungsdaten, das über seinen Messbereich von ±18 g Drei-Achsen-Stoß- und Vibrationswerte (Beschleunigung) mit Zeitstempel erfasst. Mit den erfassten Drei-Achsen-G-Kräften und den zugehörigen Spitzen lässt sich bei Anwendungen wie der Überwachung von Frachtcontainern ein Verlauf der Stoß- und Vibrationsbedingungen während des Transports erstellen. Es verfügt über eine USB-Schnittstelle für die Einrichtung und das Herunterladen von Daten. Zudem wird es mit Magnet-/Schraubmontagesockel, einer 3,6-V-Lithiumbatterie und Windows-kompatibler Analysesoftware geliefert.

Portable, wiederaufladbare Datenlogger von Midé

Die Slam-Stick-Produkte von Midé sind ultraportable, wiederaufladbare und äußerst schnelle Datenlogger, die neben Druck und Temperatur auch die Beschleunigung in drei Raumrichtungen messen können. Die Geräte verfügen über einen USB- oder Micro-USB-Anschluss, über den das Gerät im laufenden Betrieb konfiguriert und aufgeladen werden kann, außerdem erlaubt er den Datentransfer. Zu den Konfigurationsoptionen gehören eine festlegbare Verzögerungszeit vor jeder Messung, eine unterschiedliche Messdauer und ein Trigger, der auf einem vorgegebenen Beschleunigungspegel basiert. Sie sind leicht genug, um mit doppelseitigem Klebeband montiert oder befestigt zu werden, und können zur Ermittlung von Vibrationen bei Energy-Harvesting-Systemen, für Modalanalysen und zur Geräteüberwachung eingesetzt werden.

Integrierte DAQ-Multifunktionssysteme von ADLINK

Das USB-2401 von ADLINK ist ein 24-Bit-USB-DAQ-Modul mit vier Kanälen und simultaner Abtastung.
Das USB-2401 von ADLINK ist ein 24-Bit-USB-DAQ-Modul mit vier Kanälen und simultaner Abtastung. (Bild: Mouser)

Die USB-DAQ-Module von ADLINK bieten dank Plug&Play-Hardware/-Software einen einfachen Anschluss, Kosteneffizienz und Komfort, ohne Kompromisse in Sachen Präzision einzugehen. Zu den Modulen gehören das USB-Modul USB-2405 für die dynamische Signalerfassung (DSA), die isolierten USB-I/O-Module USB-7230/7250, das 4-kanalige DAQ-Modul USB-1210, das Universaleingangs-USB-DAQ-Modul USB-2401 (Bild 2) sowie die 8-/16-Kanal-USB-DAQ-Multifunktionsmodule USB-1901/1902/1903 mit 16 Bit und 250 kS/s. Zudem bietet ADLINK eine große Auswahl an Industriecomputer- und PXI-Plattformen, unter denen Kunden die für ihre Audio- und Vibrationsanwendungen am besten geeigneten Produkte auswählen können.

Basierend auf verschiedenen Busstandards wurden die DSA-Module speziell für Audio-, Geräusch- und Vibrationsmessungen bei der Überwachung des Maschinenzustands entwickelt. Mit Abtastraten von bis zu 432 kSamples/s, 24-Bit-Auflösung und IEPE-Signalkonditionierung bietet die Baureihe eine hochgenaue Erfassung und einen problemlosen Anschluss an Mikrofone oder Beschleunigungsmesser für Komponententests. Jedes Gerät verfügt über vier analoge Eingangskanäle, die simultanes Abtasten mit bis zu 128 kSamples/s pro Kanal ermöglichen. Ebenfalls zum Leistungsumfang zählen eine per Software wählbare AC- oder DC-Kopplungseingangskonfiguration und eine integrierte hochpräzise 2-mA-Erregung sowie eine sehr niedrige Temperaturdrift.

Integrierte 24-Bit-Sigma-Delta-A/D-Wandler ermöglichen die Anti-Aliasing-Filterung. Dadurch wird Modulator- und Signalrauschen außerhalb des Bandes unterdrückt und eine nutzbare Signalbandbreite mit Nyquist-Rate bereitgestellt. Deshalb eignen sich diese Module für die Signalmessung mit hohem Dynamikbereich bei Vibrations- und Akustikanwendungen. Sie unterstützen digitale und analoge Trigger-Quellen und flexible Trigger-Modi (einschließlich Post, Delay, Middle, Gated und Pre-Triggering) für eine effiziente Datenerfassung ohne Nachbearbeitung.

Das USB-2401 ist ein 24-Bit-USB-DAQ-Modul mit vier Kanälen und simultaner Abtastung sowie universellem Eingang. Es verfügt über eine integrierte Signalaufbereitungsschaltung, mit der häufig verwendete Sensoren wie Stromausgangswandler, Thermoelemente, Widerstandsthermometer, Kraftmessdosen und Dehnungsmessstreifen direkt ausgelesen werden können. Es lassen sich einzelne Kanäle für die Messung unterschiedlicher Signaltypen programmieren. Das Gerät ist für den einfachen Anschluss mit abnehmbaren Schraubklemmen ausgestattet, und ein Multifunktionsständer ermöglicht die Tisch-, Schienen- oder Wandmontage. Dieses DAQ-Modul eignet sich für grundlegende Messanwendungen, die ein hohes Maß an Auflösung und Genauigkeit erfordern. Es kann sowohl in der Laborforschung und Materialprüfung als auch für die industrielle Temperaturmessung eingesetzt werden. U-Test, ein kostenloses und sofort einsatzbereites Softwarepaket, ermöglicht das Testen aller wichtigen Funktionen, ohne dass Programmierarbeit erforderlich wäre.

Das leistungsstarke DAQ970A von Keysight bietet zahlreiche Funktionen

Das DAQ970A von Keysight bietet eine hohe Messgenauigkeit.
Das DAQ970A von Keysight bietet eine hohe Messgenauigkeit. (Bild: Mouser)

Das DAQ970A von Keysight (Bild 3) ist ein DAQ-System der nächsten Generation, das höhere Leistung und Flexibilität bietet und weiterhin kompatibel mit den weit verbreiteten Modellen 34970A und 34972A von Keysight ist. Das System misst und konvertiert zwölf verschiedene Eingangssignale – etwa die Temperatur mit Thermoelementen, Widerstandsthermometern und Thermistoren, Gleich- und Wechselspannungen, Zwei- und Vierdrahtwiderstand, Frequenz und Periode, Kapazität und Dehnung. Das Gehäuse mit drei Steckplätzen verfügt über ein integriertes 6,5-stelliges DMM sowie eine Signalkonditionierung, was die Entwicklungszeit von Tests verkürzt. Im Vergleich zu seinem Vorgänger bietet es die doppelte Abtastrate und bis zu 450 Kanäle/s (das Zehnfache). Es kann bei Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessungen sehr kleine Stromstärken (1 μAAC bis 100 μAAC) und hohe Widerstände (bis zu 1000 M) mit einer um 90% höheren Genauigkeit messen. Zudem verfügt es über eine Autokalibrierungsfunktion zur Kompensation des internen DMM.

Die Zukunft der Datenerfassung

Faktoren wie wachsende Anforderungen an die Industrieautomatisierung, steigende Investitionen in die Infrastruktur und Anlagen zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien tragen zum Wachstum des DAQ-Marktes bei. Prognosen von Global Industry Analysts zufolge wird der Wert des weltweiten DAQ-Marktes bis 2022 auf 1,7 Mrd US-$ steigen – aufgrund der starken Fokussierung auf die Implementierung von IIoT und Industrie 4.0 sowie der erwarteten kürzeren Markteinführungszeiten im Fertigungssektor (insbesondere im Automotive-Bereich).

Analog dazu prognostiziert Market Insights bis 2026 eine jährliche Wachstumsrate von 6,04% für DAQ-Systeme. Bis zum Ende dieses Zeitraums soll der Markt auf einen jährlichen Gesamtwert von 3,61 Mrd. US-$ anwachsen. Angesichts der Notwendigkeit, aus einem breiteren Spektrum unterschiedlicher Quellen auf größere Datenmengen zugreifen zu können, wird es von größter Bedeutung sein, dafür über eine geeignete Technologie zu verfügen. Dies wird die Einführung weiterer Produkte im DAQ-Bereich und eine kontinuierliche technische Innovation zur Folge haben. Dabei werden sich die Leistungsgrenzen verschieben und es wird Bemühungen geben, die Preise so attraktiv wie möglich zu gestalten.

Raspberry Pi: Messgerät mit bis zu 64 analogen Eingängen

Raspberry Pi: Messgerät mit bis zu 64 analogen Eingängen

26.04.19 - Das Erweiterungsmodul MCC 118 DAQ HAT für Raspberry Pi bietet acht Eingänge für analoge Spannungen bis ±10 V zur Messdatenerfassung und als Datenlogger für den Raspberry Pi. lesen

Die Messunsicherheit automatisch berechnen

Die Messunsicherheit automatisch berechnen

07.05.19 - Viele Messtechniker verzichten bisher darauf, die Messunsicherheit zu bestimmen, da die Berechnung komplex und zeitaufwendig ist. Mit KiXact soll sich die Messunsicherheit sicher und automatisch berechnen lassen. lesen

Die Rolle der Messtechnik für die Elektromobilität

Die Rolle der Messtechnik für die Elektromobilität

17.04.19 - Bei der Entwicklung von Prototypen im Fahrzeugbau spielt Messtechnik eine wichtige Rolle. Neben der Hardware nimmt die Bedeutung der Software zu. Denn künftig müssen die Autobauer Daten in nutzbare Informationen umwandeln. lesen

* Mark Patrick ... ist Technical Marketing Manager EMEA bei Mouser Electronics

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de/ (ID: 46230503 / Messen/Testen/Prüfen)