VŠB-TUO
2005/2006
FAKULTA STROJNÍ
P ROSTŘEDKY
AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ
Překlad Katalog Micropulse Balluff
SN 172
JOSEF DOVRTĚL
Balluff je přední světový výrobce v oblasti snímačové technologie. Náš výrobní program zahrnuje elektronické a elektromechanické snímače, odměřování, identifikační systémy a také snímače připojitelné na sběrnice. Balluff výrobky naleznete všude tam, kde je žádána přesnost, spolehlivost a vysoká kvalita. Tyto nezbytné vlastnosti zaručují úspěšné nasazení ve všech oblastech automatizace. Všude tam, kde jsou předměty snímány, řízen tok výrobků nebo sledován rotační a lineární pohyb – je Balluff vždy ten správný partner. Vyrábíme podle DIN ISO 9001. Plánování, testování, monitorování a dokumentování, používané v procesu řízení výroby a montáže, jsou pro Balluff samozřejmostí. Značka CE potvrzuje, že naše výrobky odpovídají požadavkům normy EU 89/336/EEC (norma EMC) a zákonu EMC. Testování v naší EMC laboratoři, která je akreditována u DATech pro testování elektromagnetické kompatibility ukazuje, že výrobky BALLUFF splňují následující požadavky EMC všeobecného standardu EN 50081-2 (emise) EN 50082-2 (šumová imunita). Detailní informace najdete v příslušných návodech k obsluze. Balluff lineární odměřování Micropulse jsou robustní odměřování pro použití v extrémních podmínkách s měřícími rozsahy od 25 do 5500 mm. K dispozici jsou různé typy a formáty výstupních signálů pro snadné připojení k Vašim řídícím systémům. Navíc nabízíme vyhodnocovací jednotky s různými programovatelnými funkcemi pro vytváření analogových signálů nebo digitálních dat vhodných ke zpracování Vaším řízením. V porovnání s obvyklými zpětnovazebními systémy, nabízí odměřování Balluff následující výhody: – necitlivost vůči rázům, vibracím, teplotě, znečištění, vlhkosti a elektrickému rušení – díky bezdotykovému principu funkce je provoz bez opotřebení a bez údržby – absolutní výstupní signál, není nutné najíždění referenčních bodů po vypnutí napájení – vysoké rozlišení, opakovatelnost a linearita – jednoduchá montáž, snímací prvek (magnet) nepotřebuje napájení – IP 67 dle DIN 40 050 – odolné tlaku do 600 barů, pro vnitřní montáž do hydraulických válců. Aplikace Odměřování Balluff nabízí výhody, které zaručují spolehlivou funkci v mnoha oblastech automatizace a řízeních technologií i v extrémních podmínkách. – – – – – – – – – – – – – – – – – –
hydraulické válce nářadí a výměna nástrojů lisy slévárenské a válcovací linky prádelny vstřikování rovnací stroje dopravní systémy řízení zdvihu sledování hladiny zařízení na vrtání tunelů tlakové lití portálové manipulátory dřevoobráběcí stroje letecké simulátory stříhací/nůžkové stroje dopravníky balicí stroje
– větrné elektrárny – výtahy Charakteristická křivka, rozlišení, citlivost Charakteristická křivka popisuje závislost mezi výstupním a vstupním signálem. Sklon křivky představuje citlivost přístroje. Citlivost (rozlišení) je podíl změny vstupního signálu ke změně signálu výstupního. Pro odměřování Micropulse je změna vstupního signálu změnou polohy magnetu a změna výstupního signálu je změnou výstupního elektrického signálu. Linearita Měřící přístroj má lineární charakteristickou křivku a konstantní citlivost, když závislost mezi vstupní a výstupní proměnou je představována rovnou čarou (lineární funkce). Lineární rozsahy jsou předpokládány pro osy X a Y. Jestliže ty nejsou lineární, není lineární ani charakteristická křivka. Nelinearita Nelinearita je maximální odchylka od rovné čáry, která spojuje nulový bod měřícího rozsahu s bodem koncovým (plný rozsah). Spočívá v lineární závislosti mezi polohou nebo rozsahem k měřenému výstupnímu signálu ve formě napětí, proudu nebo digitální informace. Lineární křivka magnetostrikčního odměřování se nemění v průběhu životnosti systému a křivka může být korigována. Reprodukovatelnost Reprodukovatelnost je posun určité polohy z obou směrů. Reprodukovatelnost je součtem hystereze a rozlišení. Opakovatelnost Opakovatelnost je hodnota plynoucí z nájezdu do stejné polohy ze stejného směru za nezměněných okolních podmínek. Hystereze Hystereze je rozdíl signálu, který vznikne při najíždění do určité polohy z jednoho směru, jeho přejetí stejným směrem a poté najetí ze směru druhého. Teplotní koeficient, vzorec Teplotní koeficient je relativní změna fyzikální veličiny se změnou teploty. Velikost teplotní závislosti fyzikální veličiny může být přibližně popsána pro ohraničený teplotní rozsah použitím teplotního koeficientu α s lineární závistostí y = y0 (1 + α *∆T). Teplotní koeficient Teplotní koeficient udává relativní změnu délky na změně teploty. To znamená, že teplotní faktory mění výstupní hodnotu od udávané velikosti.. Nulový bod Nulový bod je poloha, která má nejmenší výstupní hodnotu v celém měřícím rozsahu. Pro některé modely odměřování může být nulový bod nastaven uživatelsky. Nulový bod musí ležet uvnitř měřícího rozsahu.
Vzorkovací frekvence Vzorkovací frekvence je frekvence, kterou je výstupní informace aktualizována. Může být stejná jako počet měření za sekundu. Vysoká vzorkovací frekvence je důležitá pro kritické časy řízení při rychlých změnách polohy. Jmenovitá délka Jmenovitá délka je použitelná oblast podél odměřování a je udávána délkou v typovém označení. Jmenovitá délka je vždy kratší než celková délka odměřování. Tlumící zóna Tlumící zóna je oblast, ve které je utlumena druhá (nežádoucí) magnetostrikční vlna. Tato oblast je vždy vně měřícího rozsahu. Jestliže je magnetu dovoleno, v závislosti na modelu odměřování, pohybovat se v této oblasti bude na výstupu nesprávný nebo chybový signál, který nesmí být považován za platnou informaci o poloze. Jiskrová bezpečnost "i" označení "EEx i" Obvod je jiskrově bezpečný, pokud nepřipouští vznik jiskrového nebo teplotního efektu, který by mohl zapálit výbušné ovzduší definované jako Group IIA, IIB nebo IIC, přičemž musí být splněny testovací podmínky předepsané normami. Zkušební podmínky berou v úvahu normální provoz a určité poruchové stavy. Při realizaci jiskrově bezpečných obvodů jsou pak jistá omezení, týkající se výběru komponentů elektrických a elektronických obvodů. Navíc musí být sníženo dovolené zatížení komponentů v porovnání s běžnými průmyslovými aplikacemi: – napájecí napětí s ohledem na elektrickou pevnost – proud s ohledem na teplotní efekty. Pevný závěr "d" Části, které by mohly zapálit potenciálně výbušné ovzduší, musí být umístěny v pouzdře: – které v případě exploze výbušné směsi uvnitř pouzdra může pohltit tlak – které předchází vnitřní explozi zažehnuté od ovzduší, obklopující pouzdro. Principy činnosti Měřící element ("vlnovod") se skládá ze speciální slitiny niklu a oceli s vnějším průměrem 0,7 mm a vnitřním 0,5 mm. Měděný vodič je vedený vnitřkem této trubičky. Start měření je inicializován krátkým proudovým impulsem. Tento proud vytváří kruhové magnetické pole, které se otáčí okolo vlnovodu. Permanentní magnet v bodě měření je použit jako ukazatel polohy, jehož magnetické siločáry jsou kolmé k elektromagnetickému poli. V místě vlnovodu, kde se obě pole protnou, se vytvoří vlivem magnetostrikčního jevu elastická deformace (v rozsahu mikro), která se šíří vlnovodem oběma směry ve formě mechanické vlny. Rychlost šíření této vlny na vlnovodu je 2830 m/s a je prakticky nezávislá na vlivech okolního prostředí (např. teplota, rázy, znečištění). .8 Část vlny, která dosáhne ke vzdálenému konci vlnovodu je zatlumena, kdežto část, která přijde do signálového konvertoru je změněna na elektrický signál. Doba přeběhu vlny od místa vzniku k signálovému konvertoru je přímo úměrná vzdálenosti permanentního magnetu a signálového konvertoru. Naměřený čas pak dovoluje určit vzdálenost s extrémně vysokou přesností. Nová generace – BTL5 Nová technologie vlnovodu s novou elektronikou Generace 5 odměřování Micropulse používá zcela novou technologii vlnovodu. V odolnosti rázům a vibracím odměřování Micropulse daleko překonávají přecházející standardy. V kombinaci s novou elektronikou generace 5 byla linearita a hystereze významně vylepšena.
Rozlišení od 1 µm, kterého je dosaženo bez průměrování nebo recirkulace, je působivou demonstrací výkonového potenciálu této nové generace. BTL5 s "Autotuningem" Generace 5 odměřování Micropulse jsou prvními, které používají novou Balluff elektroniku s automatickým nastavením. S tímto nastavením odměřování automaticky kompenzuje rozdíly v síle magnetického pole snímacího prvku – magnetu tak, že je vždy dosaženo shodných výsledků. To poskytuje řadu výhod. Například, tolerance rozsahu pro vzdálenost magnetu od vlnovodu je díky tomu dvojnásobná, tj. požadavky na rovnoběžnost navzájem pohybujících se částí stroje jsou sníženy. A také technické parametry jsou skutečně vylepšeny. Již tak vysoká odolnost proti rušení magnetostrikčních snímačů je ještě drasticky vylepšena a tyčové provedení odměřování Micropulse nyní může být namontováno i do válců s magnetickými kroužky ostatních výrobců! Tvarová provedení Balluff má správná provedení pouzder pro jakoukoliv aplikaci: – Tyčové provedení pro instalaci do hydraulických válců (měřená délka od 50 do 4000 mm). – Profilové provedení s volným magnetem pro připojení pohybujících se částí vně válců (měřená délka od 50 do 4000 mm). Kaskádově složená odměřování dovolují získat prakticky jakoukoliv měřenou délku. – Stejné profilové provedení s vedeným magnetem, připojeným na pohyblivý člen vodící tyčkou (měřená délka od 50 do 4000 mm). Úhel vyosení vodící tyčky ±18° dovoluje snadno získat lineární polohovou informaci dokonce i tam, kde se část stroje pohybuje nelineárně. Design Všechna provedení odměřování Balluff jsou vyrobena podle stejných bezpečnostních a spolehlivostních norem pro použití v nejtvrdších podmínkách: – Kompletní elektronika je kompaktně konstruována použitím SMD technologie. Je chráněna v prostorově úsporném, robustním taženém hliníkovém pouzdře. – Sám vlnovod (magnetostrikční slitina Ni-Fe) je vsunut u tyčového provedení do vysokému tlaku odolné (do 600 barů) nerezové tyčky, která je ideální pro použití v agresivních mediích nebo v potravinářském průmyslu. V profilovém provedení je vlnovod chráněn robustním hliníkovým pouzdrem. – Koncovka a montážní příruba tyčového provedení jsou svářeny laserem. – Permanentní magnety jsou zalisovány do plastových dílů. Kvalita Každý kus odměřování Balluff je podroben speciálně vyvinuté, počítači řízené testovací proceduře, která obsahuje 100% kontrolu všech jmenovitých hodnot. Analogový napěťový výstup Výstupní napětí je přímo úměrné poloze magnetu podél vlnovodu. Nejdůležitější parametr pro analogové výstupy je obnovovací frekvence a zvlnění výstupního signálu. Mnohá odměřování na trhu dosahují jmenovitých hodnot výstupního zvlnění pouze prostřednictvím nízkopásmového filtrování. To sebou vždy přináší nežádoucí zpoždění výstupního signálu. Micropulse odměřování dosahují kvality jmenovitého signálu bez nízkopásmových filtrů použitím vylepšené konstrukce obvodů. To znamená rychlé obnovovací časy s malými úrovněmi zvlnění a rušení výstupního signálu. Micropulse odměřování s napě\ovým výstupem
mají 2 výstupy, jeden rostoucí a jeden klesající. Dostupné verze obsahují: 0...10 V (10...0 V) a –10...10 V (10...–10 V) Analogový proudový výstup Výstupní napětí je přímo úměrné poloze magnetu podél vlnovodu. Analogové proudové výstupy 0...20 mA a 4...20 mA jsou standardem v četných aplikacích a mnoha odvětvích průmyslu. Proudové výstupy jsou znatelně méně citlivé na indukované napě\ové rušení než analogové napě\ové výstupy. Odpor 500 Ohm může být snadno použit k převodu signálu 0...20 mA na napětí 0...10 V. Signál 4...20 mA poskytuje jednoduchý způsob sledování přerušení kabelu, protože v nulovém bodě měřícího rozsahu musí téct proud rovný 4 mA. Micropulse odměřování s proudovým výstupem jsou dostupná s rostoucími nebo klesajícími signály. Impulsní rozhraní Čas mezi inicializačním a zpětným signálem je přímo úměrný poloze magnetu podél vlnovodu. Tyto impulsy jsou vysílány použitím diferenciálních linkových budičů RS485/422, které zaručují vysílání nezarušeného signálu až do vzdálenosti 500 m. Velkou výhodou těchto výstupů vysílání signálu odolného proti rušení jednoduchým a ekonomickým rozhraním. Rozhraní s třístavovými výstupy umožňuje multiplexování několika Micropulse odměřování. Vhodné řídící vyhodnocovací jednotky jsou snadno dostupné. SSD synchronní seriové rozhraní Poloha magnetu podél vlnovodu je posílána do řízení sériově v datových slovech. Odměřování Micropulse s SSD rozhraním může být přímo připojeno na řídící nebo zpětnovazební regulační obvody, zkonstruované pro absolutní rotační snímače. Přenos dat od snímače k řízení je synchronizován pomocí hodinových impulsů od řízení. V závislosti na požadovaném rozlišení je odměřování dostupné s 24 nebo 25 bitovými slovy. Maximální nelinearita Micropulse odměřování SSD ±30 µm v celém měřícím rozsahu, vzorkovací frekvence 2 kHz a rozlišení 1 µm dělá SSD Micropulse odměřování ideálním zpětnovazebním snímačem – dokonce i v nejnáročnějších aplikacích. CANopen Poloha magnetu podél vlnovodu je posílána přes CAN-Bus do řízení v tak zvaných Process Data Objects, PDO. Micropulse odměřování pracuje se standardními CANopen protokoly podle CiA DS 301 a se standardním profilem zařízení podle DS 406. CANopen nabízí vyšší flexibilitu, protože lze volit z většího množství konfigurací odměřování. Například, rozlišení je programovatelné v 5, 10, 20 nebo 100 µm v závislosti na Vaší aplikaci. Nebo můžete zvolit, zda pouze polohu nebo také rychlost budete posílat do Vašeho řízení; cyklicky nebo na vyžádání. A další možnosti: až 4 tzv. softwarové vačky mohou být definovány v aktivním měřícím rozsahu. Vždy, když se stav jedné z nich změní, jsou do řízení odeslány zprávy Emergency Messages s vysokou prioritou. DeviceNet DeviceNet je sběrnice s trvalou komunikací mezi základním snímačem a jednotkou PLC. Pozice lineární odměřovače Micropulse a jeho rychlost může být určena hodnotou 4byte, s maximální periodou 1ms. Parametry komunikace objektů pro Micropulse odměřování mohou být nastaveny pomocí elektronického rozhraní datového listu.
PROFIBUS-DP Informace o poloze a rychlosti z odměřování jsou posílány na řízení přes PROFIBUS-DP použitím Process Data Unit. Micropulse odměřování odpovídá normě EN 50170 a podporuje PROFIBUS-DP Encoder Profil, stejně tak jako operace s více magnety. Micropulse odměřování může být parametrizováno použitím GSD souboru. Rozlišení polohy může být konfigurováno v 5 µm krocích a rozlišení rychlosti v krocích 0,1 mm/s. Pracovní rozsah a nulový bod mohou být nastaveny pro každé odměřování samostatně.
