Jste zde

Co je, k čemu je a jak pracuje výstup NAMUR ?

Antonín Vojáček, 19. Červen 2007 - 21:49

Někdy je nutné použít snímače i v prostředích se silným nebezpečím výbuchu, tj. v prostředích označených jako ATEX. Zde je nutné sáhnout po senzorech s tzv. NAMUR výstupem, které zaručují napěťově, proudově a i s ohledem na jiskření bezpečný výstup. Přesné informace o tom, jak pracuje NAMUR výstup a jak je definovaný se dozvíte v následujícím článku...

Protože jsem ve své praxi zjistil, že ne vždy je úplně jasné, co to NAMUR výstup vlastně je a hlavně jak funguje a jak se liší proti tradičnímu spínanému dvouvodičovému výstupu, rozhodl jsem se pokusit to ozřejmit jednou pro vždy v následujícím článku.

Co je to NAMUR ?

Libovolný senzor označený jako NAMUR je v praxi snímač se zvýšenou ochranou pro výbušné prostředí a hlavně se vyznačuje méně běžným dvouvodičovým vstupem/výstupem, po němž zároveň dochází jak k napájení snímače, tak i k vysílání naměřené informace. Senzor NAMUR tak obsahuje jiskrově bezpečný proudový výstup dle IEC 60947-5-6 (DIN 19234), na kterém v případě jakékoliv chyby nebo poruchy musí být nastaven bezpečný stav <= 1mA (tzv. nízký proud). Ten také odpovídá jedné limitní signálové úrovni. Druhá limitní úroveň odpovídá tzv. vysokému proudu definovaném hodnotou >= 2.2 mA.

Výstup typu NAMUR tedy tvoří dva vodiče, jejichž proud se mění v závislosti na změně snímané veličiny. Například u indukčních senzorů přiblížení (Inductive proximity sensors), jde o detekci přítomnosti kovového předmětu. Rozdíl v konstrukci takového senzoru vybaveného výstupem NAMUR proti tradičnímu senzoru je v chybějícím koncovém rozhodovacím zesilovacím stupni (amplifier trigger stages). Definované omezení proudu a napětí, které se může na výstupu senzoru objevit, jej tak umožňuje použít v nebezpečných prostředích (prostředích s nebezpečím výbuchu). Pro běžné použití musí být senzor doplněn k tomu určenými galvanicky oddělenými zesilovacími jednotkami, které převedou NAMUR výstup na běžný spínaný signál.

Princip funkce výstupu NAMUR

Každý senzor s NAMUR výstupem lze z pohledu funkce svého signálového výstupu přirovnat k proměnnému rezistoru. Například při dostatečném přiblížení kovu k citlivé straně snímače, dojde ke změně impedance výstupu, což dle Ohmova zákona způsobí pokles protékajícího proudu. Ten pak následně může vybavit galvanicky izolovaný zesilovač, která přepne izolovaný výstup. Jestliže je senzor s NAMURem typu NO (Normally Open) v klidovém stavu protéká jím proud typicky 4.0 mA. Ten poklesne na hodnotu mezi cca 1 mA, když senzor zareaguje na měřenou veličinu. V případě, že jde o NAMUR typu NC (Normally Closed) jsou přiřazené stavy přesně opačné. Protože je senzor s NAMURem připojen jen dvěma vodiči (signálový + vodič BN je hnědý a - vodič BU modrý), dochází po nich zároveň k přenosu informace i jeho napájení. Napájecí napětí obvykle bývá 8 - 8.2 V DC. Jestliže je takový senzor instalován v nějakém nebezpečném prostředí typu ATEX, je nutné část galvanicky odděleného zesilovače umístit až v bezpečném prostředí.

Příklad provedení galvanicky izolovaného zesilovače pro NAMUR

Výhodou provedení s výstupem NAMUR proti senzoru se spínaným dvouvodičovým výstupem uvnitř vybaveného Zenerovou diodou je tedy v odděleném galvanickém izolátoru, který odděluje samotný snímač od spínání větších hodnot proudů. Typické připojení indukčního senzoru s NAMUR výstupem k oddělovači je na vedlejším obrázku.

NAMUR výstup se typicky využívá v chemickém průmyslu, v prašném uhelném prostředí dolů a elektráren, nebo někdy ve dřevozpracujícím průmyslu v provozech s pilinami či štěpkami, kde hrozí velké nebezpečí výbuchu nebo snadného vznícení i jen při náhodném přeskočení jiskry.

Blokové schéma připojení indukčního NAMUR senzoru na galvanicky oddělený zesilovač

Indukční senzor s NAMUR

U indukčního senzoru přiblížení s NAMUR výstupem jde prakticky o generování proudových impulzů různé délky výše definovaných úrovní při přiblížení nebo oddálení kovu pomocí rychlých regulací změn procházející hodnoty proudu indukčního senzoru. Z toho tedy plyne, že ve vodiči je signál složen ze stejnosměrné složky proudu cca 1 mA (u typu NO), ke které je při detekci přičten impulz o amplitudě min. 1.2 mA. Dohromady při detekci tedy krátkodobě (několik ms) teče vodiči proud alespoň 2.2 mA, obvykle již zmíněných 3-4 mA. Proud se lze převádět na napětí například vloženým odporem do proudové smyčky nebo použitím již výše uvedeného galvanicky odděleného zesilovače a spínaného výkonového výstupu.

Funkce NAMUR výstupu indukčního senzoru (vlevo) a průběh změny proudu při detekci (vpravo)

Příklad indukčního senoru s NAMUR výstupem Bi1-EG05-Y1 firmy Turck :

Jmenovitá spínací vzdálenost Sn: 1 mm
Jmenovité napájecí napětí: 8.2 V DC
Proudová spotřeba (výstup “VYP”): 2.1 mA
Proudová spotřeba (výstupy “ZAP”): 1.2 mA
Frekvence spínání: 5.0 kHz
Výstupní funkce: DC dvoudrát, NAMUR dle DIN EN 60947-5-6
Vhodný pro prostředí KEMA 02 ATEX 1090X

Závěr

Senzory s proudovým impulzním dvouvodičovým výstupem NAMUR nejsou tak obvyklé v aplikacích i v nabídkách výrobců, ale pro některé aplikace jsou nepostradatelné. Ale i tam, kde není nutné dodržovat jiskrovou bezpečnost, může být NAMUR charakteristika připojení senzoru zajímavá. NAMUR výstup lze najít nejen u indukčních válcových senzorů, ale i kvádrových provedení a různých kapacitních, magnetických a dalších senzorech v plastovém i kovovém pouzdru. Příkladem mohou být například nabídky firem Pepper&Fuchs (www.pepper-fuchs.com) a Turck (www.turck.cz), kde na jejich stránkách lze pomocí vyhledávacích dotazníku se senzorům s NAMUR výstupem snadno dopátrat.

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz