MICRO-EPSILON CombiSensor KSH5 Bedienungsanleitung

Betriebsanleitung

Instruction Manual

combiSENSOR

KSH5

KSS6380

MICRO-EPSILON

MESSTECHNIK

GmbH & Co. KG

Königbacher Strasse 15

D-94496 Ortenburg

Tel. 08542/168-0

Fax 08542/168-90

e-mail [email protected]

www.micro-epsilon.de

Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001: 2008

Certified acc. to DIN EN ISO 9001: 2008

Deutsch

combiSENSOR

Inhalt

1. Sicherheit.................................................................................................................................... 5

1.1 Verwendete Zeichen......................................................................................................................... 5

1.2 Warnhinweise ................................................................................................................................... 5

1.3 Hinweise zur CE-Kennzeichnung..................................................................................................... 5

1.4 Bestimmungsgemäße Verwendung................................................................................................. 6

1.5 Bestimmungsgemäßes Umfeld........................................................................................................ 6

2. Funktionsprinzip, Optionen, Technische Daten........................................................................ 7

2.1 Messprinzip ...................................................................................................................................... 7

2.1.1 Kapazitives Messverfahren............................................................................................................... 7

2.1.2 Wirbelstrom Messverfahren ............................................................................................................. 7

2.1.3 Dickenbestimmung .......................................................................................................................... 8

2.2 Aufbau des kompletten Messsystems ............................................................................................. 9

2.2.1 Sensor............................................................................................................................................... 9

2.2.2 Sensorkabel...................................................................................................................................... 9

2.2.3 KSS6380 Controller........................................................................................................................ 10

2.3 Technische Daten ........................................................................................................................... 11

3. Lieferung................................................................................................................................... 12

3.1 Lieferumfang................................................................................................................................... 12

3.2 Lagerung ........................................................................................................................................ 12

4. Installation und Montage ......................................................................................................... 13

4.1 Vorsichtsmaßnahmen..................................................................................................................... 13

4.2 Sensor............................................................................................................................................. 13

4.3 Sensorkabel.................................................................................................................................... 14

4.4 Controller, Masseverbindung, Erdung ........................................................................................... 14

4.5 Anschlussbelegung........................................................................................................................ 15

4.5.1 Spannungsversorgung................................................................................................................... 15

4.5.2 Analogausgang .............................................................................................................................. 15

5. Bedienung................................................................................................................................. 16

5.1 Inbetriebnahme .............................................................................................................................. 16

5.2 Bedien- und Anzeigeelemente....................................................................................................... 16

6. Ethernetschnittstelle ................................................................................................................ 17

6.1 Hardware, Schnittstelle .................................................................................................................. 17

6.2 Datenformat der Messwerte ........................................................................................................... 19

6.3 Einstellungen.................................................................................................................................. 19

6.4 Befehle............................................................................................................................................ 20

6.4.1 Samplerate (SRA = Set Sample Rate)........................................................................................... 20

6.4.2 Triggermodus (TRG)....................................................................................................................... 20

6.4.3 Messwert holen (GMD = Get Measured Data).............................................................................. 20

6.4.4 Mittelungsart (AVT = Averaging Type)........................................................................................... 21

6.4.5 Mittelungszahl (AVN = Averaging Number) .................................................................................. 21

6.4.6 Kanalstatus (CHS = Channel Status) ............................................................................................ 21

6.4.7 Kanäle übertragen (CHT = Channel Transmit).............................................................................. 21

6.4.8 Status (STS).................................................................................................................................... 21

6.4.9 Version (VER).................................................................................................................................. 21

6.4.10 Einstellungen speichern (SSU = Save Setup) .............................................................................. 22

6.4.11 Einstellungen laden (RSU = Read Setup)..................................................................................... 22

6.4.12 Werkseinstellung laden (FDE)........................................................................................................ 22

6.4.13 Mathematikfunktion setzen (SMF = Set Mathematic Function).................................................... 22

6.4.14 Mathematikfunktion abfragen (GMF = Get Mathematic Function) ............................................... 23

6.4.15 Mathematikfunktion löschen (CMF = Clear Mathematic Function) .............................................. 23

6.4.16 Fehlermeldungen ........................................................................................................................... 23

6.5 Runtimeversion............................................................................................................................... 24

combiSENSOR

7. Betrieb und Wartung ................................................................................................................ 26

8. Haftung für Sachmängel .......................................................................................................... 26

9. Außerbetriebnahme, Entsorgung ............................................................................................ 27

10. Anhang...................................................................................................................................... 27

11. Werkseinstellungen.................................................................................................................. 27

Seite 5

Sicherheit

Deutsch

combiSENSOR

1. Sicherheit

Die Systemhandhabung setzt die Kenntnis der Betriebsanleitung voraus.

1.1 Verwendete Zeichen

In dieser Betriebsanleitung werden folgende Bezeichnungen verwendet:

Zeigt eine gefährliche Situation an, die zu geringfügigen oder mittel-

schweren Verletzungen führt, falls diese nicht vermieden wird.

Zeigt eine Situation an, die zu Sachschäden führen kann, falls diese

nicht vermieden wird.

Zeigt eine ausführende Tätigkeit an.

Zeigt einen Anwendertipp an.

1.2 Warnhinweise

Unterbrechen Sie vor Berührung der Sensoroberfläche die Spannungsversorgung.

> Verletzungsgefahr durch statische Entladung

Schließen Sie die Spannungsversorgung und das Anzeige-/Ausgabegerät nach den

Sicherheitsvorschriften für elektrische Betriebsmittel an.

> Verletzungsgefahr

> Beschädigung oder Zerstörung des Sensors und/oder des Controllers.

Vermeiden Sie Stöße und Schläge auf den Controller.

> Beschädigung oder Zerstörung des Sensors und/oder der Controller.

Überschreiten Sie bei der Versorgungsspannung nicht die angegebenen Grenzen.

> Beschädigung des Sensors und/oder des Controllers.

Schützen Sie die Kabel vor Beschädigung.

> Ausfall des Messgerätes

1.3 Hinweise zur CE-Kennzeichnung

Für das Mess-System combiSENSOR gilt: EMV Richtlinie 2004/108/EG

Produkte, die das CE-Kennzeichen tragen, erfüllen die Anforderungen der EMV Richtlinie

2004/108/EG „Elektromagnetische Verträglichkeit“ und die dort aufgeführten harmoni-

sierten europäischen Normen (EN). Die EU-Konformitätserklärung wird gemäß der EU-

Richtlinie, Artikel 10, für die zuständige Behörde zur Verfügung gehalten bei

MICRO-EPSILON MESSTECHNIK

GmbH & Co. KG

Königbacher Straße 15

94496 Ortenburg

Das Mess-System ist ausgelegt für den Einsatz im Industriebereich und erfüllt die An-

forderungen gemäß den Normen

-EN 55011: 2007 + A2: 2007

-EN 61 000-6-2: 2005

Dies gilt bei sachgemäßer Installation und Betrieb.

Seite 6

Sicherheit

combiSENSOR

1.4 Bestimmungsgemäße Verwendung

-Das Messsystem combiSENSOR ist für den Einsatz im Industriebereich konzipiert.

-Es wird eingesetzt zur

berührungslosen Dickenmessung von Kunststoff-Folien.

berührungslosen Schichtdickenmessung von Isolatormaterialien.

-Betreiben Sie das Messsystem nur innerhalb der technischen Daten angegebenen

Werte, siehe Kap. 2..

-Setzen Sie es so ein, dass bei Fehlfunktionen oder Totalausfall des Sensors keine

Personen gefährdet oder Maschinen beschädigt werden.

-Treffen Sie bei sicherheitsbezogener Anwendung zusätzlich Vorkehrungen für die

Sicherheit und zur Schadensverhütung.

1.5 Bestimmungsgemäßes Umfeld

-Schutzart für Controller: IP 40

-Schutzart für Sensoren: IP 54

-Temperatur:

Sensor: -10 bis +85 °C

Sensorkabel: -10 bis +125 °C

Controller: +10 bis +60 °C

-Luftfeuchtigkeit: 5 - 95 % (nicht kondensierend)

-Lagertemperatur:

-10 °C bis +100 °C (Sensor, Sensorkabel)

0 °C bis +75 °C (Controller)

-Umgebungsdruck: Atmosphärendruck

-Raum zwischen Sensoroberfläche und Messobjekt darf nicht verschmutzt sein (zum

Beispiel Wasser, Abrieb, Staub et cetera)

-EMV: gemäß

EN 55011: 2007 + A2: 2007

EN 61 000-6-2: 2005

Bei Einsatz des Systems unter HF-Störquellen wird eine Prüfung des EMV-gerechten Auf-

baus empfohlen, da das bei der kapazitiven Messung eingesetzte physikalische Mess-

prinzip, das elektrische Feld zwischen Sensor und Messobjekt als Messsignal auswertet.

Das Messobjekt muss als elektrischer Leiter mit störungsfreiem Potential ausgelegt wer-

den, damit die gemessene Potentialdifferenz zwischen Sensor und Messobjekt eindeutig

dem Abstandssignal zugeordnet werden kann.

Seite 7

Funktionsprinzip, Optionen, Technische Daten

Deutsch

combiSENSOR

2. Funktionsprinzip, Optionen, Technische Daten

2.1 Messprinzip

Der Aufbau von Messspule und Messelektroden ist konzentrisch. Damit messen bei-

de gegen dieselbe Messobjektfläche. Das Signal des kapazitiven Wegsensors ist eine

Funktion von Grundabstand, Isolatordicke und er. Gleichzeitig misst der Wirbelstrom-

wegsensor den Abstand zur Gegenelektrode (zum Beispiel ebenes Blech oder zu einer

hinter der Folie positionierten Metallwalze). Am nachgeschalteten Controller werden

die Messwerte als analoge Spannungen von 0 bis 10 VDC und als digitale Signale über

Ethernet ausgegeben.

2.1.1 Kapazitives Messverfahren

Das Prinzip der kapazitiven Abstandsmessung basiert auf der Wirkungsweise des idea-

len Plattenkondensators.

Durchfließt ein konstanter Wechselstrom ICden Sensorkondensator, so ist der Maximal-

wert UCder Wechselspannung am Sensor dem Abstand dder Kondensatorelektroden

proportional.

Xc= Uc

= 1

C

C =  r

Uc= >> Uc~ d

Ic d

or A

Messobjekt: elektrischer Leiter

Masse

Schirmelektrode

Messelektrode

Abb. 1 Feldlinienbild eines kapazitiven Sensors, kein Isolatormaterial im Messspalt

Die gemessene Wechselspannung wird demoduliert und verstärkt als Analogsignal aus-

gegeben. Der Aufbau des Sensors als Schutzringkondensator gewährleistet, dass das

im Idealfall nötige homogene elektrische Feld bei der praktischen Messung auch nahezu

verwirklicht ist.

iZu kleines Messobjekt und gekrümmte (unebene) Messflächen bewirken ebenfalls

eine nichtlineare Kennlinie.

2.1.2 Wirbelstrom Messverfahren

Das Wirbelstrom-Messverfahren wird für Messungen an Objekten aus elektrisch leiten-

den Werkstoffen verwendet, die ferromagnetische und nichtferromagnetische Eigen-

schaften haben können.

Hochfrequenter Wechselstrom durchfließt eine in ein Sensorgehäuse eingegossene Spu-

le. Das elektromagnetische Spulenfeld induziert im leitfähigen Messobjekt Wirbelströme,

dadurch ändert sich der Wechselstromwiderstand der Spule.

Diese Impedanzänderung liefert ein elektrisches Signal, proportional zum Abstand des

Messobjekts vom Sensor.

Ein Kompensationsverfahren reduziert temperaturabhängige Messfehler auf ein Mini-

mum.

iWird das Material der Gegenelektrode gewechselt, muss das Messsystem neu

abgeglichen werden.

Seite 8

Funktionsprinzip, Optionen, Technische Daten

combiSENSOR

2.1.3 Dickenbestimmung

Haupteinsatzgebiet des combiSENSORs ist die traversierende Dickenmessung von

Kunststoff-Folien oder die Dicke von Kunststoff-Beschichtungen auf Metallplatten. Durch

eine arithmetische Verknüpfung der beiden Sensorsignale werden mechanische Verän-

derungen, zum Beispiel thermische Ausdehnungen, Durchbiegungen, Unrundheit der

Messvorrichtung, kompensiert. Durch die Redundanz dieses kombinierten Sensorprin-

zips bleibt der gemessene Dickenwert unbeeinflusst von eventuellen Änderungen der

Messmimik. Die Messobjektdicke D wird aus den zwei Sensorsignalen berechnet.

Isolator

Sensor

Grundabstand S

Grundabstand

Metallische

Gegenelektrode

Messobjekt

A1

D2

Abb. 2 Messanordnung zur Dickenmessung

Die Kapazität im Messspalt berechnet sich aus den Faktoren Grundabstand, Messobjekt-

dicke und den Permittivitätszahlen:

1 - (( ) (1 - ))

r

r

U ~

;

D: Dicke des Messobjektes

S: Grundabstand (= D + A)

e1: Permittivität Luft (e0* er1)

e2: Permittivität Folie (e0* er2)

Für eine korrekte Dickenmessung ist eine konstante Permittivitätszahl des zu messenden

Mediums erforderlich.

Mit kleiner werdendem Grundabstand nimmt die prozentuale Signaländerung zu. In der

Praxis sind allerdings einem sehr kleinen Grundabstand Grenzen gesetzt, zum Beispiel

durch die Materialführung.

Beispiel:

KSH5, Sensor auf 4,5 mm Grundabstand montiert, Folie mit einer Dicke von 150 µm und

einem er2 von 2,5 liegt auf der metallischen Gegenelektrode:

Das Ausgangssignal am kapazitiven Sensor verringert sich um 2 %.

Im Gegensatz zum kapazitiven Signal des Sensors bleibt das Ausgangssignal des

Wirbelstromsignals von den Medien im Messspalt unberührt und wird nur durch den

Abstand zwischen Sensor und Gegenelektrode bestimmt.

Seite 9

Funktionsprinzip, Optionen, Technische Daten

Deutsch

combiSENSOR

2.2 Aufbau des kompletten Messsystems

Das in ein Aluminiumgehäuse eingebaute, berührungslos arbeitende Messsystem, siehe

Abb. 3, setzt sich zusammen aus:

-Sensor KSH5 mit Sensorkabel,

-Controller KSS6380

Abb. 3 Einkanal-Messsystem

2.2.1 Sensor

Der combiSENSOR vereint im Sensorgehäuse einen Wirbelstrom-Wegsensor und einen

kapazitiven Wegsensor.

Zur Erzielung genauer Messergebnisse ist die Sensorstirnfläche unbedingt sauber zu

halten und eine Beschädigung auszuschließen.

Das kapazitive Messverfahren ist flächengebunden. Der combiSENSOR benötigt eine

Mindestfläche von ø 45 mm.

2.2.2 Sensorkabel

Sensor und Controller sind mit einem speziellen, doppelt geschirmten 1 m langen Sen-

sorkabel verbunden.

Kürzen oder verlängern Sie nicht dieses spezielle Sensorkabel. Quetschen Sie das

Sensorkabel nicht. Ändern Sie das Sensorkabel nicht. Dieses führt zu einem Verlust

der Funktionalität oder der spezifizierten technischen Daten.

Verlegen Sie das Sensorkabel in einem geschütztem Bereich.

Ein beschädigtes Kabel kann nicht repariert werden. Das Sensorkabel ist nicht schlepp-

kettentauglich.

Minimaler Biegeradius: 20 mm (einmalig), 80 mm (ständig).

iSchalten Sie die Spannungsversorgung des Controllers ab, wenn Sie die Kabelver-

bindung lösen oder verändern.

Seite 10

Funktionsprinzip, Optionen, Technische Daten

combiSENSOR

2.2.3 KSS6380 Controller

Der Controller vereint in einem Gehäuse den Oszillator und die Auswerteelektronik für

den Sensor. Der kapazitive Anteil und Wirbelstromanteil im Sensor sind miteinander

synchronisiert.

Power

supply

Analog

output

Sensor Ethernet LED

LED-Anzeigen

Grün Messobjekt innerhalb des Messbereiches

Rot Messobjekt außerhalb des Messbereiches

Der Controller ist bereits werkseitig auf den mitgelieferten Sensor mit Anschlusskabel

abgestimmt. Die Messwertanzeige ist nur extern möglich.

iSchalten Sie die Spannungsversorgung des Controllers beim Stecken und Abzie-

hen der Kabelverbindungen aus.

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