Elektronické vážení představuje v nejčastějším případě statické váhy v podobě vážní plošiny s vyhodnocovací jednotkou a displejem, kdy na plošinu položené zboží se zváží a hodnota zobrazí, archivuje či vytiskne. Stále však více přibývá potřeba automatického průběžného vážení bez zásahu obsluhy a i tzv. speciálních aplikací, kdy se váží celé části strojů, konstrukce či míchací nádoby a zásobníky.

Mezi zcela zásadní komponenty v této oblasti pak patří samotné tenzometrické snímače, provádějící převod mechanického zatížení / síly na slabý elektrický napěťový signál, ale pak i elektronické převodníky, které jej převedou buď na standardizovaný analogový signál, například 0-10V nebo častěji 0/4 - 20 mA nebo rovnou vysílají hodnoty zatížení v digitální podobě čísel po nějakém typů sériové linky jako ASCII znaky nebo prostřednictvím nějakého komunikačního protokolu do nadřazeného systému. Tím pak již může být prakticky libovolný elektronický systém, obvykle však počítač (PC) nebo častěji programovatelný automat (PLC), který pak již hodnoty zpracovává jako jakákoliv jiná data dle potřeby vizualizace, archivace nebo řízení dalších částí stroje či výrobní linky.

První dvě komponenty, tedy snímače a převodníky jsou tedy z hlediska vážení klíčové a jejich vhodná volba a kvalitní provedení velmi prakticky ovlivňuje dosahované výsledky ať již z pohledu velmi sledované přesnosti vážení, nebo z pohledu odolnosti proti okolnímu rušení nebo dlouhodobé spolehlivosti provozu.

Poslední roky se tak i v oblasti elektronického vážení, měření síly a zatížení objevilo na evropském trhu mnoho zajímavých společností, které nabízejí nejen celé váhy, ale i široký sortiment komponent pro  realizací vlastních speciálních vážících aplikací. Jednou z nich, která není v ČR moc známá, je italská společnost Laumas Elettronica.

Krátké představení Laumas Elettronica

Společnost Laumas Elettronica přitom v Itálii představuje poměrně známou a již zavedenou "vahařskou firmu" jejíž celá nabídka je velmi velmi rozsáhlá a zahrnuje prakticky vše. Tedy od tenzometrických snímačů a různých přípravků pro jejich upevnění, přes jednoduché základní i složitější a více funkcí nabízející převodníky na DIN lištu či do panelu, přes celé kompaktní měřící a vyhodnocovací jednotky s displejem do panelu či cela zapouzdřené, až po kompletní statické váhy.Velká část komponent i vah má typové schválení pro obchodní provoz v EU či dokonce v Rusku. Stačí se jen podívat na stránky výrobce http://www.laumas.com, kde je celá nabídka jednoduše, ale vcelku přehledně popsána.

Navíc, jak to obecně u italských výrobců bývá, jsou obecně nákupní ceny na polovičních částkách než ceny podobných komponent například od německých společností. Například ceny tenzometrických převodníků, o které jsem se konkrétně zajímal, se pohybují od cca 130 do 230,- EURO.

Výhody a parametry převodníku Laumas TLS

Převodník signálu z tenzometrických snímačů s označením TLS sice představuje takovou střední cestu v nabídce převodníků Laumas, ale současně proti podobných konkurenčním zařízením poskytuje několik ne vždy obvyklých věcí:

• Podpora přímého připojení až 4 tenzometrických snímačů přímo na 4 vstupy převodníky = není potřeba spojovací krabice.
• I když je v provedení na DIN lištu, obsahuje displej, tlačítka a ovládací menu pro snadné uživatelské nastavení a kalibraci i bez PC.
• Režimy automatického nulování nebo ručního zadání hodnoty táry hmotnosti.
• Možnost kalibrace zadáním parametrů připojených snímačů či reálně pomocí kalibračního závaží.
• Současně obsahuje analogový výstup (napěťový i proudový ), dvoustavové vstupy / výstupy a komunikační výstup RS-485.
• Dvoustavové výstupy mohou indikovat překročení nastavené hranice hmotnosti.
• Sériový výstup RS-485 současně podporuje jednoduché automatické či taktované zasílání hmotnosti v ASCII znacích, tak i jako hodnoty typu integer.
• RS-485 podporuje vlastní protokol i standardní sběrnicový protokol MODBUS RTU.
• Základní prodejní cena jen 170,- EURO

Když se podíváte na přiložené fotografie, je základní provedení převodníku celkem běžné. Využívá se držáku Phoenix, do kterého je nasunuta osazená deska plošných spojů. Ten však na své horní straně obsahuje prakticky jen cesty a konektory, tlačítka, 6 indikačních LED diod a 6místný 7segmentový LED displej a veškeré součástky pak na opačné straně. A právě displej s tlačítky zakrytými plastovou fólií, která současně obsahuje i popis svorkovnic, představuje hned na první pohled dost velkou odlišnost od mnoha podobných provedení konkurenčních výrobků.

V základním režimu displej zobrazuje hned po spuštění úvodní informace o typu, o firmwaru a o identifikaci převodníku a poté automaticky přejde na aktuální naměřenou hmotnost (aktuální zatížení) připojeného jednoho či až 4 tenzometrických snímačů. Avšak současným stiskem tlačítek MENU a ZERO se dostaneme do nastavovacího menu převodníku obsahující jak seřízení vážení, tak i například přiřazení funkcí dvoustavových vstupů a výstupů, nastavení analogového výstupu i rozsáhlé nastavení RS-485 rozhraní, které poskytuje dost velké množství možností volby parametrů i komunikačních režimů a protokolů.

Ukázka "vnitřností" převodníku Laumas TLS (všechny důležité součástky se nacházejí na spodní straně DPS).

Základní parametry převodníku Laumas TLS:

• 

  Napájení: 12 až 24 VDC
• Počet připojitelných snímačů: paralelně až 8 snímačů s výstupním odporem 350 Ohmů.
• A/D převod: 24 bitů
• Max. vstupní napěťový rozsah: +/- 19,5 mV
• Maximální citlivost snímačů: +/- 3 mV/V
• Linearita měření: menší než 0,01% rozsahu
• Teplotní drift: menší než 0,0005% rozsahu na 1°C
• Max. rychlost převodu: 80 převodů/s
• Analogový výstup: 0-5/10 VDC a 0/4-20 mA
• Dva dvoustavové vstupy a výstupy: 5-24 VDC PNP / relé 24 VDC
• Sériové rozhraní: RS-485, 2400 až 115200 kb/s
• Provozní teplota: -20 až 60°C

Popis připojovacích svorkovnic převodníku Laumas TLS.

Ovládání a  možnosti nastavení Laumas TLS

Jak již bylo změněno výše, všechny parametry převodníku lze nastavit prostřednictvím menu ovládaného displejem a tlačítek umístěných pod ním. Do něho se vchází ze základního zobrazení hmotnosti současným stiskem tlačítka MENU/ENTER a ZERO/ESC po němž se zobrazí první položka "CALIB". Pak lze tlačítkem "PRINT/^ " rolovat v menu, tedy přecházet z položky na položku. Stiskem tlačítka "ENTER" se do položky vstoupí a lze dále rolovat nebo rovnou měnit hodnotu, nebo tlačítkem "TARE/<" přejít zpět o úroveň výše. Tlačítky šipek se pak zároveň provádění změna hodnoty přechodem mezi jednotlivými digity a jejich navyšování a ENTERem se hodnota potvrzuje nebo tlačítkem ESC odmítá. Dlouhý stisk ESC pak provede rovnou skok do základního zobrazení hmotnosti. Ovládání je tedy vcelku intuitivní.

Mimo to při základním zobrazení mají tlačítka TARE a PRINT funkci vytárování aktuální hmotnosti, resp. povel vyslání aktuální zobrazené hmotnosti v ASCII ze sériového portu. Nakonec dlouhý stisk tlačítka se symbolem nulování provádí přímý rychlý přechod do položky menu "ZERO"., Ta slouží k vynulování aktuální hmotnosti. Je lhostejné, zda je to vynulování malé aktuální odchylky nebo například mrtvé hmotnosti při zprovoznění vážení (trvalého zatížení snímače např. vážící plošinou, pevnou konstrukcí či dopravníkem). To není moc obvyklé, většinou tyto dva režimy nulování bývají odděleny, ale zase z funkčního pohledu to žádný problém není. Spíše naopak. V jednoduchosti je krása...

Navíc popisky realizovaného menu na zmíněných 6 digitech LED displeje jsou vytvořeny až nezvykle dobře, co se srozumitelnosti popisek týče. Zde je jasně vidět, že vývojáři a programátoři si s návrhem vhodných slov a zkratek dali dost práce, protože u většiny zobrazených položek je na první pohled jasné, co se pod nimi skrývá za hodnoty. Nedochází tak ke stavům, jako u mnoha jiných měřidel s LED displeji, kdy prakticky bez manuálu není možné rozluštit, co znamenají.

Posuďte sami dle názvů některých sekcí:

• Položka "CALIB" obsahuje všechny položky pro kalibraci vážení a úpravy zobrazení hmotnosti na displeji.
• Položka "FILTER" pro nastavení filtrace hodnot a tím i rychlost ustálení hmotnosti na displeji i sériovém výstupu.
• Položka "SERIAL" pro kompletní nakonfigurování a definice komunikace sériového rozhraní.
• Položka "ANALOG" pro nastavení limitů a seřízení analogového výstupu
• Položka "Out-In" pro definování, co mají funkčně reprezentovat dva spínané výstupy a dva dvoustavové binární vstupy.

Příklady některých položek nastavovacího menu převodníku Laumas TLS.

S převodníkem objednaným přímo od italského výrobce dostanete do Čech jeden anglický tištěný manuál. Bohužel trošku chyba je, že stejný manuál není volně ke stažení na stránkách výrobce (tam je pouze datasheet) a je nutné o něj zažádat e-mailem. Ale pak ho pošlou obratem. V manuálu je celkem dobře přehledně stylem stisk za stiskem popsáno, jak se dostat do každé položky a k čemu slouží. Pokud tedy vládnete angličtinou (případně němčinou či italštinou) není problém se zorientovat.

Zajímavé funkce převodníku Laumas TLS

Zde je přehled nejzajímavějších funkcí převodníku Laumas TLS, které se v praxi mohou velmi hodit:

Možnosti režimů automatického nulování

Zde je dobré se krátce zastavit nad režimy automatického nulování, které jsou v automatických systémech stále důležitější. Ani zde Laumas TLS nijak nezaostává za moderními převodníky. Například nabízí režimy:

• Automatic zero at power-on = automatické vynulování po zapnutí napájení, což je často velmi užitečná funkce, zvlášť pokud můžete definovat hranici, do které se má automaticky provést. Zde u TLS je možné plynule nastavit horní hranici hmotnosti v rozsahu 0 až 20% celého rozsahu vážení, do které bude automatické nulování aktivní. Tedy pokud převodník vypnete a zapnete a snímač bude zatížen méně než tato hranice, automaticky se provede nulování aktuální hmotnosti. V opačném případě se nulováni prostě neprovede, což je výhodné v případě, když například během vážení vypadne napájení převodníku, ale váha je zatížena.

• Zero Tracking = sledování nuly, což je režim průběžného automatického nulování při normálním běhu převodníku, dle nastavení maximální změny po jedné sekundě od ustálení aktuální hmotnosti, do které se případné nenulové zatížení automaticky vynuluje.

Možnost korekce zobrazení na displeji

Mimo samotný režim kalibrace váživosti závažím či ručním zadáním rozsahu a citlivosti připojeného snímače či snímačů je v menu i možnost  upravit zobrazení hmotnosti jen na displeji převodníku. To se provádí v menu "COEFF". Lze tedy na displeji zobrazovat odlišné číslo než, které je například vysíláno ven přes sériovou linku.

Možnosti tárování

Pro potřebu tárování, tedy možnost netto vážení např. bez hmotnosti obalu realizovaného stiskem tlačítka TARE, jsou k dispozici následující dvě možnosti:

• Ruční zadání táry hodnotou (Preset Tare) - konkrétní zadání hmotnosti, která se nemá aktuálně zobrazovat na displeji a případně i na analogovém výstupu i RS-485.

• Poloautomatické tárování (Semi-Automatic Tare) - vytárování aktuální hmotnosti při stisku tlačítka TARE po dobu kratší než 3 s a návrat (odvolání zobrazení táry) při dlouhém stisku delším než 3 sekundy.

Možnost nastavení funkce vstupů a výstupů

U TLS je dostatečně široká možnost si sám nadefinovat co dva dvoustavové vstupy a výstupy, které jsou k dispozici, mají představovat za režim či funkci.

Pro vstupy jsou k dispozici režimy:

• Přepínání zobrazení či výstupu mezi hodnotami hmotnosti brutto a netto.
• Vynulování aktuální hmotnosti.
• Trvalé zobrazení na displeji maximální dosažené hodnoty zatížení.
• Spuštění funkce tisku (print), tedy vyslání aktuální hmotnosti na sériový port.
• Zobrazení hmotnosti na displeji se započítaným přepočítacím koeficientem.

Pro výstupy pak lze nastavit:

• Sepnutí výstupu po překonání nastavené spínací hranice zatížení.
• Indikace, zda je platná brutto či netto hmotnost.
• Indikace, že zatížení je v kladných či záporných hodnotách.

Možnosti linearizace

Mimo samotné kalibrace přesnosti vážení je možné nastavit v 5 bodech i linearizační křivku, tedy zvolit jiný přepočet / korekci váživosti pro různé části vážícího rozsahu. Tím lze kompenzovat některé negativní vlivy nejen samotných snímačů, ale i vlivy způsobené nelineárně se chovajícím mechanickým převodem zatížení na snímač např. přes pružný nosník. Linearizace se provádí postupným pokládáním kalibračních závaží na konstrukci se snímačem při zapnutém kalibračním režimu "CALIB -> WEIGHTS".

Závěr 1. dílu

Dle výše uvedeného je patrné, že možnosti nastavení a použití jsou na převodník za 170,- EURO poměrně dost vysoké. V příštím závěrečném 2. díle se podíváme na praktické postřehy z provozu a hlavně se blíže podíváme na možnosti a funkci sériového rozhraní RS-485.

Odkazy:

• Odkaz na stránky výrobce - Laumas Elettronica: http://www.laumas.com
• Přímý odkaz na datasheet o převodníku Laumas TLS: http://www.laumas.com/FILES_PDF/Tls.pdf