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IO-Link 正しいセンサの選び方

ハンドブック

IO-Linkセンサの選定ガイド、間違いのないセンサ選びのためのヒント集

本資料では、各種デジタル・プロトコルの中から、IO-Link対応のセンサを導⼊するにあたって、どのようにセンサを選定するか、失敗しないポイントについて解説いたします。

このカタログについて

ドキュメント名 IO-Link 正しいセンサの選び方
ドキュメント種別 ハンドブック
ファイルサイズ 6.8Mb
取り扱い企業 エンドレスハウザー ジャパン株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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デジタルセンサの導⼊にあたって 昨今のデジタル化時流に伴い⼯場における様々なセンサの情報 を集め、ビッグデータとしての活⽤に注⽬が集まっています。 ビッグデータの情報ソースとして、スマート/インテリジェン ト・センサによる多変数(各種計測値、エラー値など)通信が 必要とされています。多変数のデータを送信可能なセンサは、 多種多様な製品が存在していますが、採⽤に当たっては、導⼊ ⽬的だけでなく、適⽤するプロセス条件に適合していなければ、 正しい投資効果は得られません。 “Fit For Purpose” ⽬的に合ったセンサを選択 本資料では、各種デジタル・プロトコルの中から、IO-Link対 応のセンサを導⼊するにあたって、どのようにセンサを選定す るか、失敗しないポイントについて解説いたします。
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センサを選択する際に、重要なポイ ントは? 全てにおいて正しいセンサを選択することは、当たり前なこ と・・・ですが、⽇々の業務において正しいセンサを選択する ことは、実は簡単でないと考えられている⽅が多いのではない でしょうか。 ⼤切なことはプロセスの⽬的と条件に最適なセンサを選ぶこ とです。アナログ、デジタル問わず、どのようなセンサで あっても、プロセス条件に適合していなければ、センサ導⼊ の投資効果が発揮されることはありません。検討しているの はシンプル機能のIO-Link対応センサですか?適⽤しようとし ているアプリケーションと正しくマッチングしていますか?
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1.製造開発・パイロット装置 プロセス図例:化学製造 製造開発やパイロット装置に求められる要件とは? 製造開発やパイロットプラントでは、実際のプラントを設計する前に 様々な測定データを収集することが必要 プロセスごとに実験を⾏い、スケールアップ前においてはプロセス条 件が厳しくないこともある 可能な限り測定点数を多くしたいという要望と、⼀⽅、装置が⼩さい ため設置できるセンサ数に制限がある ⼩型、シンプルなセンサを使⽤する機会が多い ここを確認 データ収集⽤のセンサの数は⾜りていますか?  装置が⼩さく設置数に制限がある  厳しい条件に対応するIO-Link対応センサがない  オフラインでサンプル採取・測定に時間を費やしている 間違いのない選択 多変数出⼒可能なセンサ  ⼀つのセンサで複数の計測値を出⼒。  最⼩限のセンサ設置数で投資を抑え効果を増加。 例:流量・導電率・温度の3出⼒流量センサ 例:プロセス・環境温度の2出⼒温度センサ
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2.製造プロセス(受⼊) プロセス図例:乳業 受け⼊れに求められる要件とは? トラック/ローリーから速やかに受⼊れ⼀次受けサージ・タンクでのリ アルタイム制御・管理が必要 産業や⼯場規模によって屋外タンク・配管へ設置できるセンサが必要 プロセス条件は、⾼温⾼圧などではなく厳しくない場合が多いが、気泡 の混⼊や環境・受⼊液との温度差による計測への影響要因に対応必要 ここを確認 センサの応答性は妥当ですか?  応答性が期待より遅く、制御に使⽤できていない 環境とプロセス温度の差が⼤きくないですか?  センサに結露が溜まる。故障による交換頻度が⾼い 間違いのない選択 応答の早いセンサ  条件と計測原理を⽐較し、適切な製品を選択 例:原理的に応答性最速の静電容量スイッチ 結露対策のあるセンサ  メーカーに確認 例:結露対策構造の圧⼒計
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3. 製造プロセス(製造) プロセス図例:ビール 製造に求められる要件とは? 原料の溶解・分離・抽出・調合など、⾼温・⾼圧になり、流体の性状 が不安定の状態で泡などの発⽣下でも適切に計測できることが必要 付着・粘性の流体に適応するべく電解研磨など特定事項の対応が必要 環境と流体温度差による計測への影響に対応することが必要 ここを確認 ⾼温⾼圧での計測は安定していますか?  計測が不安定で交換頻度が⾼い 泡や付着の影響はありませんか?  期待した計測ができていない 間違いのない選択 実績のあるセンサ  短い周期で⼤きな温度変化があることに対応しているか  結露に対応しているか  ⾷品プロセス例:「CIP/SIP対応」などドキュメントに 記載されているか、また実績をメーカに確認 例:厳しい条件に対応した構造の導電率計、圧⼒計、スイッチ類 泡・付着に対応したセンサ  原理および機能・表⾯加⼯を確認 例:泡・付着対応の電磁式導電率計・レベルスイッチ
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4. 製造プロセス(パッケージ) プロセス図例:飲料 パッケージに求められる要件とは? 流体は完成品であり信頼性の⾼い計測が必要ですが、性状は均⼀状態 のため計測条件は安定している 流体によっては品質確保のため低温であることがあることから、環境 と流体温度差による計測への影響に対応することが必要 コンタミ回避のため最終ラインにこれ以上センサを追加したくない ここを確認 センサ設置数を増やせますか?  最終ラインでは最⼩設置数に抑えたい  現状の設置数を減らしたいくらい  しかしビッグデータ取得のため、情報量を増やしたい 間違いのない選択 多変数出⼒可能なセンサ  ⼀つのセンサで複数の計測値を出⼒  最⼩限のセンサ設置数で投資を抑え効果を増加 例:流量・導電率・温度の3出⼒流量センサ 例:プロセス・環境温度の2出⼒温度センサ 例:導電率・付着厚みの2出⼒液種判別センサ
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5.産業特有のプロセス プロセス図例:CIP(ライン洗浄) 特有プロセスに求められる要件とは? バッチ間にプロセスを適切な状態に戻す必要がある。⽣産をする⼯程 ではないため、より速やかに完了するべく⾼温・⾼圧・速い流速の場 合が多い。このような条件に対応する構造のセンサが必要 中和・溶液洗浄が施⾏される。耐薬品性の材質・構造のセンサが必要 環境と流体温度差による計測への影響に対応することが必要 ここを確認 温度追従性は満⾜ですか?  計測が不安定で交換頻度も⾼い 温度変化のサイクルが頻繁ではないですか?  温度変化や結露への対応 *⾷品・飲料例 - CIP:⾼濃度薬液タンクリターンの温度差、流速1.5〜2m/秒 - SIP:蒸気121℃以上の⾼温 間違いのない選択 実績のあるセンサ  最⼤・最⼩温度より頻繁かつ⼤きな温度変化に対 応しているかを確認  ⾷品プロセス例:「CIP/SIP対応」などドキュメン トに記載あるか確認  メーカに実績を確認 例:実績のある導電率計・圧⼒計・各種スイッチ
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6.ユーティリティ・⽔周り プロセス図例:動⼒ ユーティリティに求められる要件とは? ⽔周りは常温・常圧で対応できるセンサで⼗分 エネルギー・⽔量の⾒える化をするため計測点を増加したいが、⽣産設 備ではないためコストは最⼩限に抑えたい 屋外設置の環境と流体温度差による計測への影響に対応することが必要 ここを確認 動⼒・⽔使⽤量削減に計測ポイントを追加したいが悩ましい  スペースの問題により設置数に制限がある  センサ数が多すぎるとエンジニアリングコストが上昇  サンプル採取など⼈的作業は増やせない 間違いのない選択 多変数出⼒可能なセンサ  ⼀つのセンサで複数の計測値を出⼒  最⼩限のセンサ設置数で投資を抑え効果を増加 例:⼀つのセンサで流量・導電率・温度の3出⼒可能なセンサ
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補⾜:視点別の製品早⾒表 センサ設置個所の視点 F セレクション* Lセレクション* 全産業⽤ 製造プロセス⽤ プロセス/開発・実験 △ ◎ ユーティリティ/⽔周り ◎ ◎ 受⼊ 〇 ◎ 前処理 〇 ◎ 調合 〇 ◎ 後処理 〇 ◎ 製品 △ ◎ 充填・パッケージ 〇 ◎ 産業特化/⾷品飲料製薬:CIP/SIP △ ◎ プロセス仕様条件の視点 Fセレクション* Lセレクション* 全産業⽤ 製造プロセス⽤ 温度変化 ⼤ △/〇 ◎ 圧⼒変化 ⼤ △/〇 ◎ 応答性 〇/◎ ◎ 測定範囲 △/〇 ◎ 耐⾷性 △/〇 ◎ サニタリ性 △/◎ ◎ 環境/プロセス温度差 ⼤ △ ◎ 多変数 〇 ◎ *セレクション:センサ選択のヒント IO‐Link対応製品は主にFとLセレクション。
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補⾜:機器特⻑別選定例 ■⼩型、シンプル機能、多変数 F:電磁流量計 Picomag 1台のセンサで流量、導電率、温度を同 時測定 F:温度計 iTHERM CompactLine TM311 1台のセンサでプロセス温度と筐体の温 度を同時測定 ■⼩型、特化機能、多変数 L:付着厚み計 Liquitrend QMW43 1台のセンサでプロセス温度と筐体の温 度を同時測定 ■厳しい条件に適合 L:圧⼒計Cerabar PMC51 封⼊液なし、CIP/SIP対応、環境・プロ セス温度差による結露問題解消、広範 囲な測定レンジ L:電磁式導電率計Smartec CLD18 付着に強く、CIP/SIP対応、強酸強アル カリ対応、 広範囲な測定レンジ
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⾼機能センサからシンプル機能セン サまでシームレスにデジタル化 IO-Link対応のセンサは、ユーティリティ・排⽔処理などに適した基本 機能型で多数⽤意されています。IO-Linkの認知度の⾼まりに伴い、で きるだけIO-Linkで統⼀したいというニーズから、基本機能以上のセン サの要望も増えています。例えば、製造中のプロセスは厳しくない条件 でありながら、開始時・バッチ後処理などで温度変化などが⼤きく・短 時間・頻繁に発⽣するプロセスには、そのような条件にも対応するIO- Link対応のプロセス⽤センサが必須となります。(例:⾷品・飲料プ ロセスのCIP、SIPなど) また、複数の測定変数が必要な場合、例えば、流量・温度・導電率の3 制御出⼒ある流量計を選定することで、温度・導電率センサの設置が不 要になります。センサ点数の削減=接続ノズル溶接、設置、エンジニア リング、交換やメンテナンスを2/3削減します。 また本資料ではIO-Link対応センサについてのみのご説明でしたが、制 御システムで採⽤するデジタル・プロトコルについては、総合的な視点 によるセンサ選びが⼯場全体に⼤きな効果を発揮します。末端のセンシ ングから上位までのデジタル化システム構築を⽬的とする場合、IO- Link対応センサのポートフォリオだけでは実現できない制御があります。 しかし、例えばIO-Linkからの通信を統合するシステムがEtherNet/IP だった場合、計器からEtherNet/IPで直に接続できる、⾼機能な製品群 を視野に⼊れることでIO-LinkとEtherNet/IP対応センサの混在によるシ ステム構築を容易に実現できます。まずはご希望をメーカーにお伝えく ださい。
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Endress+Hauserは、温度、圧力、流量、導電率、レベル、付着厚みなどの、広範囲なプロセス 変数を測定するセンサを提供しています。 IO-Link対応センサは、基本的な機能を備えた Fundamental 製品シリーズをはじめとし、 さらに厳しい条件にも最適な機能や仕様をもった Lean - Wxtended - Xpert ( FLEX ) 製品 シリーズにより、一層の自動化への投資効果を高めます。