Jste zde

TEST - Vážní jednotka Sartorius MIDRICS 2 s analog. výstupem a RS-232

Antonín Vojáček, 11. Duben 2013 - 18:54

Mezi nejlevnější a základní měřící a vyhodnocovací vážní jednotky německé společnosti Sartorius patří typ MIDRICS. Jde o plně zapouzdřenou jednotku pro přímé průmyslové použití. Proto poskytuje krytí IP65 a ve verzi MIDRICS 2 různé provozní vážící režimy, které lze přepínat. Dle instalovaných vnitřních karet pak lze používat sériovou komunikaci, ethernet, spínané vstupy/výstupy či analogový výstup. Konkrétně jsem vyzkoušel provedení se současně instalovanými kartami sériové komunikace RS-232 a analogového výstupu.

Německá společnosti Sartorius obecně patří mezi přední výrobce přesných laboratorních i průmyslových statických i automatických dynamických vah. I když je obecně známější v oblasti laboratorních aplikací, dost často je lze najít v oblasti průmyslu a průmyslových strojů. Výrobky Sartorius tedy vždy představují spíše dražší zařízení, která však obvykle vykazují vysokou kvalitu zpracování a poskytovaných vlastností a funkcí.

Vážní jednotky MIDRICS

V oblasti průmyslového statického vážení pak základní výrobek na poli měřících a vyhodnocovacích jednotek představuje model MIDRICS. Zatímco provedení MIDRICS 1 slouží jen pro úplně základní aplikace vyžadující pouze samostatné vážení, tedy převod signálu tenzometru na zobrazení hmotnosti či případně na vyslání ASCII hodnoty hmotnosti po komunikaci RS-232, verze MIDRICS 2 již představuje vyspělejší model poskytující i několik provozních režimů rozšiřující základní funkci vážení a možnost snadného hardwarového rozšíření o přídavné připojovací / komunikační rozhraní. Tím lze jednotky využít pro napojení do složitějšího průmyslového systému či případně jako součást složitějšího stroje, kde lze z jednotky MIDRICS nejen data či signály získávat, ale také ji například z PLC či PC zpětně řídit.

Vestavěné provozní režimy jednotky MIDRICS 2:

  • Základní vážení = zobrazení navážené hmotnosti na displeji s případným vysláním hodnoty na komunikační výstup či vygenerováním úměrného výstupního signálu.
  • Vážení zvířat = možnost nastavení eliminace / vlivu pohybu zvířat na přesnost vážení.
  • Počítání = počítání kusů vložených komponent na váhu dle zadané či předtím zvážené hmotnosti jedné komponenty.
  • Sumace = měření celkové sumy hmotností postupně po sobě na váhu jednotlivě pokládaných produktů.
  • Klasifikace = rozdělení produktů do 3 nebo 5 hmotnostních tříd s jejím zobrazením na displeji a s možností indikace třídy spínanými výstupy.
  • Kontrolní vážení = porovnání aktuální změřené hmotnosti s nastaveným horním a spodním hmotnostním limitem a případně aktivace spínaných výstupů (větší/rovno/menší).
  • Vážení v procentech = zobrazení a případný tisk hmotností produktů jako procentuální část definované referenční hmotnosti.
  • Neutrální měření = měření objemu, délky či hustoty produktu dle zadané jednotkové hmotnosti (např. celková délka kabelu dle zadané hmotnosti 1 m).
  • Navažování = současné vážení jednotlivých postupně do celku přidávaných prvků a celkové hmotnosti doposud přiložených prvků.

 

Provedení vážné jednotky MIDRICS 2

Celá jednotka je standardně vyráběna v atypické skříni z nerezové oceli celkových rozměrů cca 240 x 170 x 90 mm, která díky přívodu kabelu přes kabelové průchodky a napojení na svorkovnice až uvnitř pouzdra, poskytuje vysoký stupeň krytí IP65 i vysokou mechanickou odolnost proti poškození. Samozřejmě nejzranitelnější je samotné ovládací "čelo" jednotky, kde na nerezové ploše je umístěna ovládací membránová klávesnice a tlačítka a hlavně vícesegmentový monochromatický podsvícený LCD displej. Tato část jednotky je nejvíce "archaická". I když hodnota hmotnosti, jednotek i provozního stavu je signalizována dostatečně přehledně a pěkně velkými znaky či symboly, přehlednost ovládání menu samozřejmě segmentovým provedením trpí a dá se říct, že i při častějším nastavování mnoha vnitřních konfiguračních parametrů se bez manuálu bohužel neobejdete. To mluvím z vlastní praxe. Samotný displej je výborně čitelný při umístění jednotky na vodorovné i svislé ploše, tedy při umístění na stole i pověšení na stěnu. Horní snímatelnou plochu s displejem a klávesnicí lze totiž vůči spodní části pouzdra otočit a tedy je vhodně nakloněna k uživateli v obou zmíněných případech. Pouze při nějakém nestandardním umístění (náklonu) čitelnost displeje rychle klesá.

Z pohledu ovládání jsou nejdůležitější funkční tlačítka pod displejem, kterými současně probíhá i pohyb v ovládacím menu jednotky zatímco číslicová klávesnice pouze usnadňuje zadávání některých číselných hodnot nebo případně přístupového hesla.

Do ovládacího menu se přistupuje dlouhým stiskem tlačítka "T" (Tara) během náběhu softwaru po stisku softwarového spouštěcího tlačítka "Stand by". Až na funkce kalibrace přesnosti vážení, nulování a tárování hmotnosti a případného nastavování hlídacích spínacích limitů, které jsou přístupné z režimu vážení, se zde prakticky nastavuje všechno ostatní. Tedy například výše zmíněný provozní režim, nastavení A/D převodníku (vážícího rozsahu či více vážících rozsahů a jejich dílku), jednotka hmotnosti (kg, g, lb, oz, cnt, ... atd.), režim filtrace / potlačení vibrací, zapnutí / vypnutí automatického nulování či tárování, povolený nulovací a tárovací rozsah, parametry datové komunikace, přiřazení / změna funkce některých tlačítek, přiřazení funkce dvoustavovým vstupům a výstupům (pokud jsou instalovány), rozsah a převod analogového výstupu (pokud je instalován) a mnoho dalších vlastností.

Ze základního zobrazení, které automaticky naběhne při zapnutí jednotky a které zobrazuje aktuální hmotnost, jednotky hmotnosti, jednoduchý sloupcový graf (bargraph) aktuálního zatížení vs. celkový rozsah, symbol provozního režimu a stability hmotnosti, lze pak tlačítky pod displejem provádět nulování a tárování hmotnosti, přepínání mezi bruto a neto hmotností či změnu rozlišení zobrazení displeje a pak také spouštění režimu kalibrace jednotky závažím, linearizace, či případně načtením mrtvé hmotnosti váhy (tedy trvalé zatížení snímače - např. vážní plošina).  To se provádí dlouhým stiskem tlačítka "T" (Tara).

Možnosti připojení tenzometrických snímačů zatížení

Sama o sobě jednotka obsahuje zesilovač a A/D převodník pro přímé připojení 1 až 4 paralelně zapojených tenzometrických snímačů zatížení (Strain gauge loadcells) s rozsahem od jednotek kg až do desítek tun, s citlivostí do 4 mV/V, výstupním odporem každého snímače cca 350 ohmů, se čtyř i šestivodičovým připojením a jak v provedení ohybovém, tak tažném nebo tlačném. V případě použití jednoho snímače se jeho vodiče připojují přímo na svorkovnici uvnitř jednotky MIDRICS, v případě paralelního spojení dvou nebo čtyř snímačů se musí spojení provést v externí spojovací krabici a až společné vodiče připojit do jednotky MIDRICS.

Komunikační / připojovací možnosti jednotky MIDRICS 2

Úplně základní provedení / konfigurace jednotky MIDRICS 2 sice neposkytuje žádné připojovací rozhraní, ale obsahuje uvnitř dva sloty pro instalaci výrobcem dodávaných rozšiřujících destiček plošných spojů (karet) poskytující možnost datové komunikace, řízení pomocí dvoustavových signálů či analogového výstupu 0-10V nebo 0/4-20 mA. Přesněji řečeno do slotu označeného i v ovládacím menu přístroje jako COM-1 lze instalovat pouze kartu základní sériové komunikace RS-232, zatímco do druhého slotu označeného jako UNICOM lze instalovat jak sériovou komunikaci RS-232, tak kartu komunikace RS-485/422, ethernetové komunikace, kartu dvoustavových vstupů a výstupů (5 vstupů a 5výstupů) nebo kartu zmíněného analogového výstupu. V praxi tedy lze mít jakýkoliv zmíněný modul ve slotu UNICOM a případně plus komunikaci RS-232 ve slotu COM-1. Nelze tedy například mít analogový výstup a současně komunikaci RS-485 či dvoustavové výstupy. To je trošku škoda...

Valná většina veškerého nastavení připojených karet se provádí v menu jednotky MIDRICS, která sama při zapnutí rozezná, zda a případně jaký typ karty je ve slotech hardwarově nainstalován a podle toho i upraví přístupnou nabídku. Pouze u analogové karty se DIP přepínači volí mezi výstupem napětí 0-10V a proudu 0/4 - 20 mA a u RS-485/422 karty pak volba jednoho z režimů sériové komunikace.

Uvnitř jednotky MIDRICS 2 se nachází - zleva: napájecí zdroj 230 VAC-15 VDC a základní deska. Na ní umístěná větší analogová karta ve slotu UNICOM, menší RS-232 karta ve slotu COM-1 a pak svorkovnice pro připojení 6 vodičů tenzometrického snímače (zcela vpravo nahoře). Z důvodu krytí IP65 jsou všechny "přípojky" v podobě kabelových průchodek a šroubovacích svorkovnic uvnitř skříně.

Detail karty analogového výstupu ve slotu UNICOM (vlevo) a karty RS-232 ve slotu COM-1 (vpravo na fotce).

Zkušenosti z provozu jednotky MIDRICS 2 s analogovým výstupem a RS-232

Ke zkouškám jsem měl aktuálně k dispozici jednotku MIDRICS 2 dovybavenou komunikační RS-232 kartou ve slotu COM-1 a kartou analogového výstupu ve slotu UNICOM. Tím lze například současně přenášet aktuální informaci o hmotnosti na váze jak do PLC tak i například do PC a tato kombinace je tedy ideální použití jednotky MIDRICS jako součást nějakého většího stroje či systému.

Z pohledu možnosti nastavení lze v případě sériové komunikace zvolit nejen tradiční hodnoty jako rychlost přenosu (150 až 19 200 b/s), počet stopbitů, počet bitů (7 nebo 8), paritu (sudá, lichá, žádná), handshake (hardwarový CTS/DTR, softwarový XON/XOFF), ale i možnost vysílání hodnot v manuálním režimu (po stisku tlačítka či vyslání příkazu do jednotky) nebo v automatického režimu s možností určení časového intervalu ve 4 krocích v rozsahu cca 100 ms až 10 s. Vysílat lze v tzv. SBI režimu buď jednotlivé hmotnosti aktuálně zobrazené na displeji v podobě posloupnosti ASCII znaků v 16bitovém či 22bitovém formátu (vhodné pro hmotnosti přenos do PLC či PC) nebo celý ASCII protokol (vhodné pro výstup na tiskárnu), který mimo bruto a neto hmotnosti  obsahuje také datum / čas vážení a případně i nadefinovaný jednoduchý text či další informace dle zvoleného provozního režimu (limity vážení apod.). V prvém případě se však zároveň vysílají i chybová hlášení či případně i informační a identifikační data typu sériové číslo jednotky apod. po zaslání ASCII příkazu do jednotky (např. z PLC či ze terminálu sériové komunikace z PC). Ovládací příkazy, kterými je možné po sériové lince jednotku ovládat jsou jednoduchá 3 nebo 4 znakové sekvence typu "kT_" (tárování), "kZE_" (nulování), "kP_" (vyslání aktuální hmotnosti z jednotky) apod. a vložené do jednoduché sekvence <ESC>ASCII příkaz<CR><LF>. Tedy jednoduché i pro naprogramování v PLC. Mimo uvedený SBI režim je k dispozici i tzv. SMA komunikační režim, což je standardizovaný komunikační protokol Asociace výrobců vah (Scael Manufacturers Association).

Dva režimy tzv. SBI sériové komunikace PC a jednotky MIDRICS 2 (vysílání hodnoty hmotnosti jako ASCII číslo): vysílání hmotnosti na základě zaslání příkazu "<ESC>kP_<CR><LF>" do jednotky (obrázek vlevo) a automatické vysílání aktuální hmotnosti po RS-232 do PC (obrázek vpravo). Příkaz "kF1_" slouží k přepínání mezi neto a bruto hmotností a příkaz "kT_" provádí tárování váhy.

U analogového výstupu (karty) je situace nastavení výrazně jednodušší. Nejdříve se dle nastavení DIP přepínačů na kartě zvolí výstup 0-10 V, 0-20 mA nebo 4-20 mA. Následně se v ovládacím menu může nastavit přiřazení rozsahu analogového výstupu na celý nastavený rozsah vážení jednotky či nadefinovat libovolný menší rozsah. Například při rozsahu vážení váhy 0 až 10 kg lze pro analogový výstup definovat 0 mA = 2 kg a 20 mA = 8 kg  či dokonce i obráceně, tedy 0 mA = 8 kg a 20 mA = 2 kg. Pak samozřejmě s rostoucí hmotností signál výstupu klesá. Také lze nastavit, zda výstup odpovídá hmotnosti neto či bruto, což má vliv po vytárování váhy například pro potřeby navažování, kdy chceme například eliminovat hmotnost obalu. A to je vše. Bohužel nelze nastavit ani linearitu výstupu ani zde není korekční koeficient převodu výstupu, takže je nutné se spolehnout na kvalitní nastavení karty z výroby. 

 

Při nastaveném vážícím rozsahu 0 až 10 kg a nastavených hranicích výstupního napětí 0 až 10 V analogového výstupu na 0 a 5,0 kg by pak při zatížení 1,000 kg měl odpovídat napětí 2,000 V. V reálu pak 1,997 V..

Jinak zprovoznění jednotky po napojení na tenzometrický snímač není sice příliš obtížné, ale úplně triviální také není. Nejdříve se musí v položce menu ADC_CONF nadefinovat zda chceme jeden rozsah či multirozsahový režim, kdy celou váživost lze rozdělit na více podrozsahů s různou hodnotou dílku. V běžnějším jednorozsahovém režimu je pak nutné zadat velikost dílku váhy (nejmenší změna hodnoty hmotnosti na displeji, v mém případě 0,001 kg = 1 g), celkový rozsah (v mém případě 10,000) a nakonec jednotku (v mém případě kg). To je nutné uložit. Pak je ale nutné provést kalibraci či případně ještě nadefinovat mrtvou hmotnost. To je však nutné udělat ne z menu, ale ze základního zobrazení displeje váhy dlouhým stiskem tlačítka "T" (Tara). To jestli se spustí režim kalibrace přesnosti vážení váhy či definování mrtvé hmotnosti, se však zase nastavuje v menu, které je však možné zapnout jen při zapnutí jednotky. Takže ve výsledku je první zprovoznění a nastavení vážní jednotky MIDRICS docela náročné na "správnou posloupnost stisků tlačítek". Jinak je běžný provoz a ovládání vcelku velmi jednoduché a i následné občasné kalibrace se již jednoduše spouští jen jedním tlačítkem ze základního zobrazení a tedy nemusí se jít nikam do menu. Tím je váha více odolná proti nechtěné změně nastavení.

   

Sekce nastavení A/D převodníku vstupu tenzometrického snímače - zde nastavení max. rozsahu.

Závěr

Základní vážní jednotka společnosti Sartorius s označením MIDRICS 2 představuje v porovnání s konkurencí lehký nadstandard z pohledu možnosti nastavení a výbavy i z pohledu mechanického provedení. Odolné provedení pouzdra z nerezové oceli dobře chrání jednotku i zároveň funguje jako kvalitní odstínění vnitřní citlivé elektroniky. V základu MIDRICSu 2 nainstalované provozní režimy umožňují rychlé a přímé nasazení do mnoha základních aplikací i bez nutnosti použití nějaké přidané externí řídící jednotky. Možnost volby různého provedení komunikačních výstupů je však již docela běžná. Použitý podsvícený LCD displej je sice hůře čitelný než u levných jednotek stále využívaný LED 7segmentový displej, ale na druhou stranu ukazuje více informací. I když nastavování jednotky MIDRICS během zprovozňování vyžaduje trošku cviku a nutnost listovat v manuálu, běžný provoz i kalibrace je pak již dost jednoduchá. Cena vážní jednotky MIDRICS 2 se pohybuje v rozsahu cca 12 až 25 tisíc Kč bez DPH (dle výbavy).

Odkazy:

Hodnocení článku: