Ať již jde o bezpečnostní aplikaci, kde náklon se detekuje z důvodu možného pádu předmětů nebo ohrožení života nebo ať jde o potřebu častého měření naklonění spojenou s její následnou regulací ať již automatickou nebo lidskou, musí být nasazen kvalitní sklonoměr. Takové zajímavé průmyslové provedení náklonoměru (sklonoměru) má v nabídce i společnost Turck a prodává jej i jeho české zastoupení. Konkrétně má v nabídce hned několik různých typů, které se však liší měřícím rozsahem, provedením výstupu a také možností či nemožností libovolného nastavení rozsahu (přiřazení měřících mezí rozsahu analog. výstupu) prostřednictvím režimu učení. Rozměry a provedení neprodyšného pouzdra jsou však vždy stejné. Proto také snímač lze jednoduše a okamžitě nasadit téměř do libovolného prostředí a provozu, např. do těžkého průmyslu i v případě venkovního použití, u manipulační techniky, robotů, pracovních strojů, naklápěcích dopravníků a dalších strojů.

Snímač náklonu Turck B1N360V-Q20L60-2Li2-H1151

  Konkrétně se mi do ruky dostalo nejuniverzálnější provedení z celé nabídky, co se z pohledu rozsahu měření týče, tedy typ s dlouhým označením B1N360V-Q20L60-2Li2-H1151, které v sobě ukrývá měřící rozsah plných 360°. Zde však pouze v ose X, ale zase s možností uživatelského nastavení libovolného menšího rozsahu pomocí jednoduchého systému učení. Tím lze prakticky integrovanému analogovému proudovému výstupu přímo definovat jaký úhel náklonu má být přiřazen nejnižší hodnotě 4 mA a jaký úhel maximální hodnotě proudu 20 mA. Lze tedy snadno snímač použít jak pro snímání otáčení okolo celé osy (0 až 360°) nebo klidně jen například v rozsahu 10 až 20°. Navíc výstup je dvojitý, s označením "out cw" a "out ccw", tedy výstup odpovídající náklonu ve směru a protisměru hodinových ručiček. V praxi tak při využití obou výstupů a max. rozsahu můžeme měřit úhel v rozsahu -360° až +360°.

V nabídce jsou pak i provedení s již pevně definovaným rozsahem +/- 10°, 45° či 60°, které jsou navíc i 2D, tedy měří současně ve dvou osách náklonu X a Y, a pak také poskytují o něco lepší rozlišení a absolutní přesnost měření. Takže záleží na Vás, zda dáte přednost 2D měření a přesně definovanému rozsahu bez možnosti jeho změny nebo v tomto směru univerzálnějšímu řešení s možností nastavení (učení), ale pouze měření v jedné ose (X, Y nebo Z podle mechanické montáže). Proto jsou obě provedení cenově na tom skoro stejně (cena cca 3500 až 4000,- Kč). 

Výhoda univerzálního 360° nastavitelného typu je i v případě, že sice nehodláte využívat celých 360°, ale dopředu si nejste rozsahem jisti, tak volbou univerzálního provedení s nastavením nic nemůžete pokazit. Na druhou stranu v případě potřeby měřit náklon v rozsahu např. 60° až 150° nemusíte hned sahat po provedení 360°, ale prostě si pořídíte verzi +/- 45° a při montáži snímače jej natočíte tak, aby jeho vnitřní poloha 0° v praxi odpovídala reálnému náklonu 105°. Vnitřní úroveň náklonu snímače 0° odpovídá ose rovnoběžné s osou procházející EURO konektorem a okolo osy na ni kolmé v rovině upevňovacích otvorů pouzdra (viz obrázek vedle). Rozsah měření je zakotven přímo v označení příslušného senzoru hned za písmeny B1Nxxx. Druhá část písmen v označení typu, tedy Q20L60, je jméno použitého plastového kvádrového pouzdra (materiál PBT-GF20-V0) rozměrů 60 x 30 x 20 mm, ve kterém je celá elektronika senzoru schována a poskytují jí krytí IP67 (odolnost proti prachu i krátkodobému namočení / ponoření do vody). 

Základem všech snímačů náklonu / sklonoměrů Turck s označením B2Nxxx-Q20L60 je přímo Turckem vyvinutý mikromechanický (MEMS) kapacitní snímač zrychlení s dvěma pevnými elektrodami a jednou zrychlením se pohybující elektrodou. Změna vzduchové mezery mezi pohyblivou a pevnými elektrodami pak způsobuje změnu kapacity, která je tak úměrná působícímu zrychlení. V tomto případě statickému gravitačnímu zrychlení, které je z elektronického signálu od vlivu působení dynamického zrychlení vznikající během vibrací a nárazů oddělené elektronickým filtrem. Jde tedy o dnes snad nejběžnější typ integrovaného akcelerometru. V porovnání s mechanickými měřícími systémy některých jiných výrobců a dodavatelů sklonoměrů je toto elektronické MEMS provedení více odolné proti poškození a hlavně vykazuje výrazně větší životnost a stálost měřících parametrů. Osobně mám se sklonoměry s měřícím principem založeným na snímání mechanickém vychylování "kyvadla" dost negativní zkušenosti ohledně velmi krátké životnosti při nasazení v těžkém průmyslu.   

Elektrické připojení a použití senzoru je v celku jednoduché a nijak zvláště se neliší od připojení jiných průmyslových senzorů, snímačů a čidel, například indukčního snímače přiblížení s analogovým výstupem. Připojení se provádí přes klasický šroubovací přímý 4- nebo 5vývodový EURO konektor M12 x 1 mm, podle toho, zda jde o verzi s externím učícím režimem (ext. teach mode) nebo bez něho. V mém případě, tedy u typu B1N360V-Q20L60-2Li2-H1151 s učením, jde o 5pinový konektor (viz foto). Na vývody 1 a 3 se připojuje v průmyslu klasické napájecí napětí 12 nebo 24 VDC (rozsah je 10 až 30 V). Výstupy 2 a 4 pak obsahují analogový signál v podobě klasické proudové smyčky 4-20 mA odpovídající směru otáčení zprava - doleva nebo obráceně zleva -doprava.  Spodní úroveň výstupu odpovídá maximálnímu učením nastavenému zápornému natočení (defaultně 0°) a horní nastavený limit zase max. kladnému natočení (defaultně 360°) - viz pozice A a B na níže uvedené převodní charakteristice.

TEST - praktické poznatky

Začal bych mechanickou konstrukcí pouzdra, která je zvláště při použití ve venkovních prostorách, v prachu a vodě, v těžkém průmyslu, u jeřábů a manipulační techniky velmi důležitá. Jak lze vidět z přiložených fotografií, pouzdro je sice plast, ale vše uvnitř je zespodu neprodyšně zalito v pryskyřici. Celkově je tak pouzdro snímače poměrně dost odolné na poškození nárazem  či pádem. Jediné, co by mohlo po upevnění na nějaké konstrukci "přijít k úhoně", jsou samotné upevňovací otvory, které by možná při velkém bočním nárazu do upevněného snímače mohly prasknout, takže možná bych v nějakých extrémních případech při montáži volil ještě navíc přilepení na podložku nějakým vysoce tahově odolným lepidlem.

I když je pouzdro z plastu, takže nárazy ostrých předmětů sice na těle zanechají nějaké rýhy, ale prasknutí pouzdra rozhodně nehrozí. Protože mimo konektoru dále s pouzdra nic dalšího nevyčnívá, není zde nic, co by se mohlo rozbít. Z tohoto pohledu však bohužel na těle snímače chybí i jakákoliv optická indikace funkce, takže nelze snadno vizuálně zkontrolovat, zda je přítomné napájení či zda snímač funguje... Prostě se musíte spolehnout na kontrolu el. signálů z výstupů.

Tím jsme se přenesli k elektrickým vlastnostem snímače. Ty jsou všechny přístupny prostřednictvím masivního 5vývodového eurokonektoru M12, který byl tak veliký při vývoji snímače patrně volen z výše uvedeného důvodu co největší mechanické odolnosti. Z elektrického pohledu pak také není "moc co řešit". Bylo totiž zvoleno to nejjednodušší řešení, což já osobně vždy velmi kvituji. V jednoduchosti je krása. Prostě každý z 5 pinů má přesně přiřazenou funkci, kterou plní. Dva vývody jsou určeny pro přivedení stejnosměrného napájení, které dnes již u snímačů tradičně může být v širokém rozsahu 10 až 30 V. Tedy zahrnuje i v průmyslu nejběžnější napájení 12 nebo 24 VDC. Dva piny pak obsadily oba proudové výstupy s označením "out cw" a "out ccw", které přísluší  směru náklonu ve směru, resp. proti směru, hodinových ručiček (proud narůstá buď při otáčení ve směru ručiček či v druhém případě při otáčení proti směru ručiček). Jak již bylo zmíněno výše, v základním (defaultním) nastavení odpovídá 4 mA úhlu natočení 0° a 20 mA úhlu 360°, přičemž při přikročení úrovně otočení o 360° proud skokem poklesne na 4 mA. Lze tedy měřit i natočení o více otáček, pouze by bylo nutné externě počítat počet přeskoků z 20 na 0 mA.

A nakonec je tu vstup pro řídící učící signál, kde přivedením napájecího napětí zhruba na výrobce definovanou dobu 1, 3 nebo 6 sekund, se provádí přiřazení spodního a horního limitu úhlu natočení k 4 a 20 mA hranici výstupu, či případně provést reset nastavení zpět do základního režimu, tedy rozsahu 0 až 360°. Turck sice nabízí k programování "speciální programovací tlačítko", ale stejně tak dobře lze programování vytvořit pomocí časování a výstupu PLC (řídící jednotky), kam je snímač připojen nebo se stopkami v ruce i jen tak na koleně "spojením dvou drátů". Zkoušel jsem to a i tak a bez problémů to jde.  Prostě, když chcete nastavit spodní limit, tak natočíte snímač do požadovaného naklonění, připojíte si k CW výstupu ampérmetr a spojíte vývod pro učení (č. 5) k záporné napájecí svorce. Po uplynutí cca 1 sekundy poklesne proud na 4 mA. V ten moment musíte vstup 5 odpojit. A je to. Když chcete nastavit horní limit, tak opět natočíte snímač do požadovaného náklonu, opět spojíte vývod 5 se zápornou svorkou zdroje a čekáte cca 3 sekundy. Během nich nejdříve proud poklesne na 4 mA, jako v předchozím případě, ale následně vyskočí proud na 20 mA. V ten moment je nutné učící vstup opět odpojit. A je nastavena horní hranice. Teď se proud mění v rozsahu 4 až 20 mA pouze v nastaveném rozsahu náklonu a mimo ně se výstup nemění (je stabilně 4 nebo 20 mA). Pouze při otočení o celou jednu otáčku opět dojede k přeskočení z 20 na 4 mA či obráceně (dle směru otáčení).

Parametry sklonoměru Turck B1N360V-Q20L60-2Li2-H1151

•  Měřicí rozsah [A…B]:
  • 0 až 360° (či libovolně menší dle nastavení)
  • s  využitím obou výstupů CW a CCW pak rozsah -360° až 360°
• Rozlišení: 0,14°
• Opakovatelnost: max. 0.2 % z rozsahu |A - B| (max. 0,1 % po 0,5 h zahřátí)
• Absolutní přesnost (při 25°C): +/- 0,5 °
• Teplotní drift: max. ± 0,05 % / K
• Teplotní koeficient: 0,01°/K
• Pracovní teplota: -30 až +70°C
• Napájecí napětí: 10 až 30VDC
• Spotřeba naprázdno: cca 20 mA
• Výstup: 5 vývodů, analogový proudový výstup 4 až 20 mA

• Reakční čas: 0,1 až 0,05 s (čas, který výstupní signál potřebuje k dosažení 90% rozsahu)
• Připojení: EURO konektor M12 x 1
• Pouzdro: kvádrové pouzdro, materiál plast (PBT-GF20-V0)
• Rozměry: 60 x 30 x 20 mm
• Stupeň krytí: IP67
• Odolnost vůči vibracím: 55 Hz (1 mm)
• Odolnost proti rázům: 30g (11 ms)
• Ochrana proti přerušení vodiče a přepólování

Závěr

Snímač náklonu Turck B1N360V-Q20L60-2Li2-H1151 společnosti Turck je zajímavý dobře zapouzdřený senzor se snadným použitím, kde v základním provedení není nutné nic nastavovat a v případě požadavku na vlastní definování měřícího rozsahu stačí mít k dispozici jen multimetr (ampérmetr). Nic víc, nic míň.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka české pobočky společnosti Turck, distributora výrobků Turck v ČR - www.turck.cz
• Další recenze snímačů a senzorů najdete na stránkách serveru automatizace.hw.cz