Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Snímače úhlového natočení s připojením na průmyslovou sběrnici

číslo 7/2002

Snímače úhlového natočení s připojením na průmyslovou sběrnici

Snímání úhlu natočení je častou úlohou, kterou je nutné řešit při konstrukci výrobních linek robotů, ale i v „romantických“ aplikacích, jako je zvedání divadelní opony, spouštění kulis apod.

Obr. 1.

Již dlouhé léta se ke snímání úhlu natočení používají inkrementální rotační snímače. Princip je prostý. Před čtveřicí fotodiod se natáčí skleněný kotouček s průhlednými a neprůhlednými dílky. Druhý kotouček je pevný a jsou na něm čtyři políčka se stejně širokými ryskami jako na pohyblivém kotoučku, navzájem posunutá o čtvrt úhlové periody. Překrýváním rysek obou kotoučků je modulováno světlo osvětlovací diody a na fotodiody dopadá signál, jehož intenzita se při pohybu kotoučků mění. Vhodným zpracováním pilového signálu z fotodiod lze změřit, na kterou stranu a o kolik se kotouček pootočil.

Inkrementální metoda je jednoduchá, má však mnoho nevýhod. Jde o měření relativní, informace o natočení se ztrácí při vypnutí napájení, při rychlých pohybech nebo kmitání kotoučku může být měření zcela chybné.

Tyto nevýhody odstraňují absolutní snímače úhlu natočení. Za tuto skutečnost se však dříve platilo (kromě vyšší ceny) i složitějším připojením a vyhodnocením. Pro větší rozlišení bylo třeba mnoho připojovacích vodičů (např. pro rozlišení 1 024 dílků na otáčku, tj. osm bitů, deset vodičů), a jestliže vyhodnocovací systém vyžadoval sjednocení elektrické nuly se specifickou mechanickou nulovou polohu, bylo nastavování velmi obtížné.

Tab. 1. Základní vlastnosti čidla PVE-10

Rozlišení 13 b (8 192 poloh na otáčku), ve víceotáčkové verzi 25 b
Komunikace Profibus DP – slave
Komunikační rychlost 9,6 kb/s až 12Mb/s (nastavuje se automaticky)
Kódovací kotouček kovový
Maximální otáčky (za minutu) 6 000
Rozběhový moment menší než 1,5 N·cm
Maximální zatížení hřídele 40 N axiálně, 60 N radiálně
Napájecí napětí 18 až 32 V DC
Rozsah pracovních teplot –20 až +80 °C
Krytí IP65
Odolnost proti rázu 1 000m/s2 po dobu 3 ms

Moderní paralelní absolutní snímače úhlu jsou již vybaveny vestavěným mikroprocesorem, který tyto těžkosti odstraňuje. Přivedením napětí na programovací vstup si uživatel např. může definovat elektrickou nulu v libovolné poloze snímače. Jiný vstup je určen k nastavení směru otáčení. Elektrickým pulsem lze nechat „zamrznout“ aktuální hodnotu na výstupu (funkce hold), aby měl i pomalejší řídicí systém dost času převzít údaj bez chyby. Paralelní výstupy čidla jsou navíc vybaveny třístavovými hradly. Toto řešení umožňuje připojit několik čidel k jedné sadě digitálních vstupů a pomocí vhodného časování vzorkovacích a čtecích signálů měřit několik úhlů. S vestavěným mikroprocesorem je také možné vytvořit víceotáčkové čidlo bez komplikovaných mechanických převodů.

Takové vlastnosti mají např. rotační snímače Pepperl+Fuchs řady SCS-10 (obr.1), které vynikají i výbornými mechanickými vlastnostmi, hlavně vysokým povoleným zatížením hřídele v radiálním i axiálním směru.

Stále ještě však zde zůstává problém velkého počtu připojovacích vodičů a digitálních vstupů. Řešení tohoto problému kopíruje moderní trendy v průmyslové automatizaci – k přenosu informace z čidla do řídicího systému využívat průmyslové sběrnice.

Obr. 1.

Firma Pepperl+Fuchs dodává absolutní rotační snímače úhlového natočení s připojením na průmyslové provozní sběrnice již déle než šest let. Sortiment nabízených rozhraní je vskutku široký: sériové synchronní rozhraní, SUCOnet, CAN, Interbus a Profibus DP.

Připojení na průmyslovou sběrnici nejen umožňuje zařadit rotační čidlo jako plnohodnotnou součást systému (např. jako stanici slave Profibusu), ale podstatně rozšiřuje i komfort nastavení a servisu. Všechny zmíněné funkce (nastavení nuly a směru otáčení) lze realizovat příkazem z řídicí jednotky. Rozšiřuje se i diagnostika systému. Základní technická data rotačního čidla PVE-10 s rozhraním Profibus DP jsou v tab. 1, čidlo je na obr. 2.

Firma Pepperl+Fuchs dodává i absolutní rotační čidlo s připojením na sběrnici AS-I. Na první pohled vypadá toto řešení jako nesmyslné: sběrnice AS-I je primárně určena pro čidla typu zapnuto-vypnuto. Připojení rotačního čidla zabere čtyři adresy a přečtení hodnoty úhlu je poměrně komplikované. Existují však aplikace, ve kterých má toto řešení oprávnění. Jde např. o stroje, v nichž je velké množství dvoustavových čidel a akčních členů a jeden otočný prvek. Příkladem jsou stroje, které využívají otočný karusel – např. plnicí nápojové automaty. Celou jeho obsluhu zvládne jednoduchý PLC s rozhraním AS-I; doplňovat další interface pro připojení rotačního čidla by zkomplikovalo a prodražilo řídicí systém.

(FCC Průmyslové systémy)

FCC Průmyslové systémy s. r. o.
info@fccps.cz
www.fccps.cz

400 11 Ústí nad Labem, SNP 8, tel.: (047) 277 41 73, fax: (047) 277 21 15
603 00 Brno, Vinařská 1a, tel.: (05) 43 21 56 54, fax: (05) 43 21 56 55
182 00 Praha 8, U Slovanky 3, tel.: (02) 66 05 20 98, fax: (02) 86 89 02 52

Inzerce zpět