Jste zde

Bezkontaktní napájení i obousměrná komunikace průmyslových snímačů

Antonín Vojáček, 18. Leden 2016 - 0:00

V některých situacích, např. pro pohyblivé či snadno odpojitelné části strojů, je výhodné použít bezdrátové / bezkontaktní připojení snímače prostřednictvím indukčního přenosového členu, přes který se provádí el. napájení i digitální IO-Link komunikace.

Proč použít bezkontaktní připojení snímačů?

Připojení průmyslových snímačů pomocí kabeláže je stále nejjednodušší a nejspolehlivější systém připojení / přivedení elektrického napájení a navázání elektronické komunikace. Ale existují situace a aplikace, kde fyzické trvalé pevné připojení je buď nepraktické nebo provozně zcela nerealizovatelné. Například některé části stroje/zařízení mají být často a velmi snadno a rychle odnímatelné operátorem, kompletně elektricky izolované nebo některé části zařízení mají být automaticky přesouvatelné či vyměnitelné bez zásahu lidské obsluhy.

V případě, že snímače či akční prvky ve stroji jsou trvale a pevně umístěny na jednom místě a nepředpokládá se jeji manipulace, lze bez problému použít připojení prostřednictvím pevného kabelu přes svorkovnici. V případě, kde je potřeba ručně jednou za směnu vyměněnit některé díly strojů obsahující snímače, například související s různými rozměry vyráběných, plněných a balených produktů, nebo pro potřebu rychlého servisu / výměny snímače při poruše, se obvykle využívá konektorového připojení snímače ke kabelu (běžně kruhovými konektory). Stále je zde však nutná poměrně velká šikovnost obsluhy a obvykle v praxi to musí provádět zaškolený elektrotechnik.

V případech, kde by sám výrobní stroj měl automaticky měnit svoje pracovní nástroje / komponenty obsahující snímače (tj. zcela bez lidské obsluhy), není obvykle možné použít ani šroubované konektorové připojení. Toto je možné vyřešit buď mechanicky nějakým systémem násuvných dotykových pružinových elektrických kontaktů s aretací elektricky nebo pneumaticky ovládanou západkou nebo zcela bezkontaktně pomocí indukčního přenosového členu.

První systém se dlouhodobě využívá například u systému automatické výměny / připojení nástrojů ruky robota, protože zde stejně musí být nástroj mechanicky pevně spojen pro přenos velkých mechanických sil, takže současně toto upevnění slouží i pro elektrické nakontaktování komponent. Pokud se však nástroje mění velmi často, stává se pružinový dotykový systém kontaktů (pružné kontakty mechanického bajonetu dotýkající se kontaktních plošek na protikusu) jednou z nejslabších článků celého elektrického řetězce stroje z důvodu velmi rychlého mechanického opotřebení. Pak je výhodné již nasadit druhý systém s indukčním bezkontaktním připojením snímačů, kdy nástroj se upevňuje čistě jen mechanicky pro přenos mechanických sil, ale přenos elektrického napájení i signálů je bezkontaktní a tedy mechanicky neopotřebitelné. Jednoznačná výhoda tohoto připojení je pak v situacích, kdy snímače jsou součástí přípravků na samotných výrobcích přepravovaných po dopravnících a na měřících místech mají být nakontaktovány k řídící jednotce.

Konkrétně lze například zmínit bezkontaktní napojení snímačů či nízkopříkonových akčních prvků otočných stolů u montážních linek a obráběcích strojů, držáků obrobků u zařízení pro upínání obrobků u obloukových svařovacích hlav, nebo třeba u lisů a vstřikolisů s výměnnými díly.

Typický příklad výhody použití bezkontaktního připojení snímače u pohyblivých vozíků nebo výměnných nástrojů.

Bezkontaktní přenos dat s Balluff BIC M30 a Q40

Pro výše uvedené účely nabízí německá společnost Balluff zařízení s označením BIC M30 a BIC Q40. V obou případech je to indukční přenosový člen, jehož pomocí lze zajistit přenos jak napájecí elektrické energie, tak i signálů nebo dat přes vzduchovou mezeru až 5 mm. Zatímco provedení BIC M30 je zapouzdřeno ve válcových pozinkovaných kovových pouzdrech velikosti M30 (vypadají podobně jako například indukční snímače vel. M30), tak provedení s označením BIC Q40 je zapouzdřeno do PBTP hranatých krabiček Unicompact velikosti 40x40x63 mm. Oba typy pouzder mají krytí IP67.

V obou případech je systém BIC založený na dvou komponentách:

základní nepohyblivá část "Base",
vzdálená pohyblivá část "Remote".

Bezkontaktní indukční napájecí i přenosový člen Balluff BIC M30 tvořený základní energii vysílající jednotkou "Base" a vzdálenou pohyblivou částí "Remote".

Pevná část indukčního přenosového členu "Base" slouží jako vysílač napájecí elektrické energie 24 VDC / 12 W a současně i jako přijímač signálů. Pohyblivá "Remote" část pak současně pracuje jako přijímač napájení 24 VDC, které využívá pro svůj provoz i pro napájení připojeného snímače, tak i jako vysílač výstupních signálů snímače. To platí u provedení BIC000x a BIC005x s jednosměrným přenosem dvoustavových (spínaných) nebo analogových signálů s přenosovým cyklem 12 nebo 33 ms.

U provedení BIC007x pro kompletní datovou komunikaci IO-Link verze 1.1 je pak signálový (datový) přenos obousměrný a "Base" i "Remote" část pracuje současně jako přijímač i vysílač. Tak jej lze napojení využít pro připojení snímačů (přenos hodnot do PLC) i pro řízení nízkovýkonových akčních prvků (přenos řídících signálů z PLC i napájení 24VDC/12W). Komunikace tak probíhá stejně jako při klasickém kabelovém připojení a bez ohledu na IO-Link verzi nabízí plnohodnotné IO-Link rozhraní. Systém BIC totiž běží na pozadí a funkcí “Plug and play“ může být integrován mezi master IO-Link modul a slave zařízení (obvykle snímač) bez jakékoliv přídavné parametrizace. Události, parametrická a procesní data v rozsahu 1 až 32 bajtů se tak přenášejí přímo mezi master modulem a slave zařízením a komunikující řídící systém (např. PLC) nic nepozná.

Funkce “Plug and play“ navíc umožňuje bezproblémové připojení a odpojení snímače jen přiblížením nebo oddálením obou přenosových členů, přičemž při přiblížení na komunikační vzdálenost automaticky dojde k přívodu el. napájení k snímači i navázání datové komunikace stejně, jako když u konektorového kabelového připojení dojde k zasunutí konektoru.

Provedení a příklad použití indukčního obousměrného IO-Link komunikačního členu Balluff BIC Q40.

Závěr

Indukční přenos signálů i energie jistě mám významnou budoucnost nejen v průmyslu, ale i ve spotřební elektronice a dopravě. Již teď existují bezkontaktní nabíječky a v blízké budoucnosti se uvažuje o bezkontaktním dobíjení elektromobilů a jiných dopravních prostředku nejen během stání, ale i během jízdy. Indukční bezkontaktní připojení průmyslových snímačů nebo zatím nízkopříkonových akčních členu je pak velmi dobrou možností jak realizovat automaticky pohyblivé nebo výměnné části strojů či výrobní linky.