Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Snímače Panasonic s rozhraním IO-Link – krok k průmyslovému internetu věcí

Článek shrnuje nabídku snímačů společnosti Panasonic určených především pro výrobu s převahou diskrétních výrobních procesů – tzv. strojní výrobu. Zvláště se věnuje snímačům s rozhraním IO-Link, které představují významnou pomoc pro výrobní linky, kde se často vyměňují snímače nebo přenastavují jejich parametry. Standard IO-Link umožňuje realizovat vysoce flexibilní a přitom automatizovanou výrobu malých sérií, nebo dokonce jednotlivých produktů přesně podle požadavků zákazníka. IO-Link tak představuje významný krok směrem k realizaci průmyslového internetu věcí. 

V sortimentu společnosti Panasonic je více než 2 500 různých snímačů a spínačů vhodných zejména pro automatizaci strojů a strojních zařízení. Patří mezi ně např.: 

  • ultraminiaturní fotoelektrické senzory s velikostí od 14 × 8 × 3 mm – jednocestné, dvojcestné i difuzní,
  • trigonometrické snímače vzdálenosti, které jsou schopné detekovat objekty nezávisle na jejich barvě a typu povrchu,
  • vláknové fotoelektrické senzory vhodné zejména do nepříznivých podmínek a tam, kde je třeba šetřit místem k zástavbě,
  • analogové laserové snímače vzdálenosti s rozlišením 0,01 μm a vzorkovací frekvencí až 100 kHz,
  • bezpečnostní světelné závory a závěsy,
  • indukční snímače přiblížení, snímače průtoku a tlaku a další specifické skupiny senzorů.

Jde zejména o snímače vhodné pro stroje a výrobní linky. Výrobcům strojů vychází Panasonic vstříc dodávkami snímačů přizpůsobených jejich specifickým požadavkům. Jde o přizpůsobení kabelů na požadovanou délku, montáž konektorů, balení ve vícekusových sadách (v sadě určené na jeden stroj může být potřebný počet snímačů stanovených druhů včetně kabelů a montážních pomůcek), speciální označení, dodávky upevňovacího materiálu, popř. přednastavení a předmontáž snímačů. V případě potřeby je možné provádět i dodatečné testy kvality (např. mechanické zátěžové testy snímačů, které budou pracovat ve zvláště nepříznivých podmínkách). 

Snímače s rozhraním IO-Link

Nastavit při oživování stroje všechny snímače bývá zdlouhavá práce. Proto Panasonic na přání dodává snímače již přednastavené, připravené k použití.

Existuje však i jiná cesta: nastavení snímačů může být uloženo v PLC nebo v řídicí jednotce a do snímače se nahrává prostřednictvím rozhraní IO-Link.

IO-Link je otevřené komunikační rozhraní, definované mezinárodní normou IEC 61131-9. Jde o komunikaci bod–bod mezi snímačem nebo akčním členem (IO-Link device) a řídicí jednotkou (IO-Link master).

Rozhraní IO-Link umožňuje přenášet ze snímačů více informací než jen měřenou hodnotu. Dodatečné informace se typicky využívají pro preventivní údržbu nebo pro dohled nad provozem zařízení. Zařízení s rozhraním IO-Link se připojuje na I/O modul nebo PLC s aplikací IO-Link master. Odtud je možné data přenést tam, kde jsou vyhodnocována, a to automaticky a v reálném čase.

Preventivní údržba

Preventivní údržbu je možné realizovat i bez digitálního rozhraní: pracovník sleduje provoz zařízení a na základě trendů a své zkušenosti určuje jeho stav. Takový postup je náročný, neboť jeden pracovník je schopen dohlížet jen na omezený počet zařízení a přenos jeho zkušeností na nové pracovníky může být problematický. Digitální rozhraní pro spojení se systémem, který data ze snímačů automaticky vyhodnocuje, může k řešení tohoto problému výrazně přispět.

Typickým příkladem může být změna intenzity světla u fotoelektrických senzorů. V běžném zapojení přenášejí jen dvouhodnotové signály. Optické členy senzorů mohou být v náročném provozním prostředí znečištěny a spínač potom přestane pracovat. Proto se snímače v pravidelných intervalech čistí, přičemž interval čištění určuje servisní pracovník na základě svých zkušeností. Selhání fotoelektrického spínače však může být způsobeno i jinými příčinami: přerušením kabelu nebo zkratem, mechanickým úderem do senzoru, rušivým světlem z okolí apod. Je-li možné ze spínače přenášet také informaci o intenzitě světla, lze lépe rozpoznat příčinu selhání spínače a určit nápravné opatření: čištění, výměnu spínače nebo výměnu kabelu.

V praxi se rozlišují tři stavy snímače. V běžném provozu se mohou generovat jen tzv. notifikace. Je to upozornění na to, že snímač sice pracuje normálně, ale bylo by správné zkontrolovat jeho zapojení nebo nastavení. Může to být např. notifikace, že spínač spíná správně, ale neobvykle často. Ve stavu varování je generováno varovné hlášení o tom, že snímač sice ještě pracuje normálně, ale vyžaduje údržbu, např. proto, že se blíží konec jeho servisního intervalu nebo životnosti. Servis je možné optimálně naplánovat např. na nejbližší odstávku stroje. Ve stavu poruchy již snímač nepracuje. Z předchozích stavů je však možné určit příčinu selhání a urychlit opravu.

Na obr. 1 je znázorněna typická architektura systému využívajícího rozhraní IO-Link a současně je zde dobře patrné jedno omezení: prostřednictvím rozhraní IO-Link je možné ze snímačů přenášet velké množství dat, ale programovatelný automat, který řídí stroj, nemusí být na jejich zpracování připraven. Data jsou proto z jednotky IO-Link master, která je součástí I/O modulu, přenášena do vyšších úrovní řízení, kde je PLC, jež se stará o sběr dat, a ještě dále do zařízení edge, což zpravidla bývá průmyslový počítač, jehož úlohou je data předzpracovat tak, aby se do systému řízení údržby zbytečně nepřenášela všechna data, ale jen relevantní informace. 

Zvýšení flexibility výroby

Existuje ještě jiný příklad využití rozhraní IO-Link. Při modifikacích výroby je často nutné změnit nastavení snímačů. Dříve to znamenalo ručně nastavit parametry každého jednotlivého snímače přímo na stroji. Protože snímače bývají instalovány na místech optimálních z hlediska jejich funkce, ale ne z hlediska přístupnosti, byla to náročná úloha, která zabrala hodně času a byla zdrojem častých chyb. IO-Link umožňuje odeslat do snímačů správné nastavení z řídicího systému vyšší úrovně, kde jsou v souboru uloženy příslušné výrobní dávky. Současně je možné ověřit, že parametry ve snímači byly řádně změněny a že snímač správně pracuje. 

Příklady snímačů s rozhraním IO-Link ze sortimentu Panasonic

Panasonic dodává s rozhraním IO-Link vláknové fotoelektrické snímače, laserové snímače vzdálenosti a digitální snímače tlaku (obr. 2). Nově k nim přibyly i bezpečnostní světelné závěsy řady SF4D (obr. 3). Do současné konfigurace těchto závěsů je možné integrovat komunikační jednotku SFD-WL3, která dovoluje editovat nastavení závěsu a sledovat jeho funkčnost za provozu.

Na světelném závěsu lze dobře ilustrovat, jaká data mohou být prostřednictvím rozhraní IO-Link přenášena. Je možné je rozdělit do dvou skupin: provozní data a servisní data. Mezi provozní data přenášená prostřednictvím rozhraní IO-Link patří:

  • informace o přijatém nebo zablokovaném paprsku,
  • informace o dopadajícím světle (stabilní nebo nestabilní),
  • informace o okolním světle,
  • informace o blokování vysílače nebo přijímače,
  • informace o intenzitě dopadajícího světla (off, 1, 2, 3),
  • výstupní informace o řízení OSSD,
  • stav řízení komunikace,
  • počet závěsů v sériovém zapojení.

Servisní data jsou:

  • informace o hlavní řídicí jednotce bezpečnostního závěsu,
  • informace o komunikační jednotce SFD-WL3,
  • intenzita dopadajícího světla jednotlivých paprsků (32 úrovní),
  • chybové kódy. 

Závěr

Snímače od společnosti Panasonic najdou uplatnění zejména v oborech strojní výroby. Typickými oblastmi použití jsou automobilová výroba, výroba polovodičů, automatizovaná montáž nebo farmaceutická výroba.

Bohatým a přehledným zdrojem informací o snímačích jsou webové stránky společnosti Panasonic, zvláště vyhledávač www.panasonic-electric-works.com/productfinder-sensors.

Integrací rozhraní IO-Link do snímačů Panasonic prokazuje, že se aktivně podílí na tvorbě moderních technických trendů. Konkrétní příklady použití jsou důkazem toho, že to nedělá samoúčelně, ale výchozím bodem je vždy řešení konkrétních problémů zákazníků.

(Bk)

Obr. 1. Architektura systému s využitím rozhraní IO-Link

Obr. 2. Sortiment snímačů s rozhraním IO-Link od firmy Panasonic

Obr. 3. Nově je možné IO-Link použít i pro bezpečnostní světelné závěsy SF4D (po doplnění komunikačním modulem SFD-WL3;1* – speciální osmižilový kabel pro světelné závěsy, 2* – běžný čtyřžilový kabel s konektory M12)

 IO-Link ve zkratce

Rozhraní IO-Link umožňuje přenášet data, v závislosti na zařízení IO-Link device, rychlostí 4,8 kb/s (COM1), 38,4 kb/s (COM2) nebo 230,4 kb/s (COM3). IO-Link master rozezná komunikační rychlost automaticky. Po navázání spojení je sada parametrů ze snímače samočinně uložena v zařízení IO-Link master. Jestliže je zařízení IO-Link device nahrazeno jiným zařízením stejného typu, jsou uložené parametry automaticky nahrány do nového zařízení.

Každé zařízení IO-Link device obsahuje soubor IODD (IO Device Description), který nese takové informace, jako jsou jméno výrobce a typ zařízení, a současně umožňuje nastavit parametry zařízení. Tento soubor je součástí dodávky zařízení (nebo jej lze stáhnout z webových stránek výrobce). Protože soubory IODD mají standardizovanou strukturu, dovolují nastavit parametry zařízení bez ohledu na to, kdo je výrobcem modulu IO-Link master.