Aktuální vydání

celé číslo

10

2017

Systémy pro řízení výroby, PLM, SCADA

celé číslo

Ultrazvukové snímače: osvědčený princip s mnoha přednostmi

Nové ultrazvukové snímače di-soric se vyznačují, kromě malých rozměrů a velké pracovní vzdálenosti, také rozhraním IO-Link, které umožňuje kontinuálně monitorovat činnost snímačů a automaticky přizpůsobovat jejich parametry dané úloze. 

Ultrazvukové snímače jsou v průmyslové automatizaci často používány jako koncové spínače nebo snímače vzdálenosti. Pracují na principu měření doby průchodu ultrazvukového signálu od senzoru k detekovanému předmětu a zpět. Znamená to, že měření není nijak závislé na barvě povrchu nebo jeho struktuře a je možné stejně přesně měřit i průhledné objekty nebo polohu hladiny kapalin a sypkých látek. Snímače nejsou citlivé na znečištění prachem a mají velký měřicí dosah.

Firma di-soric dodává snímače ve standardních pouzdrech, válcových M8 až M18 s výstupem paprsku v ose, popř. v pouzdru čtvercového průřezu 12 × 12 mm s bočním výstupem paprsku (obr. 1). Výstup signálu je konektorem M8. Snímače mají robustní kovové pouzdro a jejich krytí je IP67. 

Jaké výhody přinášejí snímače di-soric?

Zatím popsané vlastnosti jsou běžné u ultrazvukových snímačů různých výrobců. Jaké jsou tedy přednosti snímačů di-soric, proč si vybrat právě je?

Na první pohled jsou patrné malé rozměry snímačů. Průměr, popř. průřez jsou standardizované, ale nejkratší snímač v pouzdru M18 jen se spínacím výstupem (UST) má délku pouze 55,5 mm a s analogovým výstupem (US) 65 mm, a dokonce i nejštíhlejší snímač M8 má délku 70 mm (spínač, UST), popř. 75 mm (analogový snímač, US). Snímače je tedy možné snadno vestavět i tam, kde je pro jejich montáž opravdu omezený prostor.

Funkce snímačů jsou snadno a rychle konfigurovatelné. V několika krocích lze nakonfigurovat jak analogový výstup, tak spínací body. V režimu učení, tech-in, jsou k dispozici tři funkce: určení snímacího okna, určení dvou spínacích bodů nebo funkce autokonfigurace. Pracovní rozsah je nastavitelný a u nejvýkonnějších senzorů (US 18 M 1500 IU-B4) je až 1 500 mm.

Vzhledem k úzkému a přesnému ultrazvukovému signálu snímač spolehlivě detekuje i malé části. Účinné je potlačení vlivu pozadí v reflexním režimu: senzor se nejprve v režimu tech-in naučí, aby signál odražený od pozadí ignoroval, a potom v provozním režimu detekuje jen ty předměty, které jsou ve snímané oblasti „navíc“.

Snímače jsou vybaveny teplotní kompenzací. V podmínkách, kdy se teplota mění pomalu – těch je v praxi nejvíce – umožňuje teplotní kompenzace zvýšit přesnost měření. Při rychlých změnách teploty by však kompenzace byla neúčinná, a proto je možné ji vypnout. 

IO-Link: spojení s budoucností

Ultrazvukové snímače di-soric (kromě těch zcela nejjednodušších, kde jsou prioritami rozměry a cena) jsou vybaveny rozhraním IO-Link, které umožňuje trvale monitorovat funkce snímače a realizovat rozšířené funkce nastavení. Snímače di-soric jsou jako první na trhu vybavené funkcí Multi-I/O, MI/O (obr. 2). Díky ní může mít výstupní konektor M8 jen čtyři póly – čtyřpólový konektor je levnější než např. pětipólový, který se u tohoto typu senzorů používá běžněji, ale přitom nejsou nijak omezeny funkce senzoru. Je to proto, že signály na čtvrtém pólu, MI/O, se mění podle toho, zda je senzor v režimu učení, v běžném provozu nebo v režimu komunikace prostřednictvím IO-Link. Senzor automaticky rozpozná, že je připojen k jednotce IO-Link Master, a přepne se do komunikačního módu, kdy lze výstup nastavit nikoliv lokální funkcí tech-in, ale na dálku, z připojeného počítače nebo PLC (obr. 3). 

Příklady použití

Možností použití ultrazvukových snímačů je bezpočet. Výrobce na svých webových stránkách uvádí jen několik nejtypičtějších a nejzajímavějších. Na obr. 4 vlevo je monitorování zaplnění zásobníku vibračního dopravníku malých plastových výlisků. Zde je použit senzor s čtvercovým průřezem a binárním výstupem UST Q12. Uprostřed na obr. 4 je znázorněno použití senzorů US 12 nebo US 18 pro detekci krabic na válečkovém dopravníku. Kromě detekce přítomnosti krabice je možné při známé rychlosti pohybu měřit rozestup mezi krabicemi. To jsou důležité údaje pro plynulou činnost navazujícího manipulačního zařízení. Na obr. 4 vpravo je senzor UST 08 použitý ke kontrole plynulého pohybu desek plošných spojů na dopravníku. Zde se využívá to, že ultrazvukový spínač může být od dopravníku vzdálen více než jiné senzory, až 80 mm.

Na obr. 5 jsou tři náročnější úlohy, včetně využití analogového výstupu. Vlevo je odvíjecí a podávací mechanismus pásového materiá­lu. Zde jsou použity dva snímače: US 18 M 1500 IU-B4 měří průměr válce s odvíjeným materiálem a včas detekuje nutnost jeho výměny a US 12 M 400 IU-B4 měří průhyb materiálu, který je důležitý pro regulaci rychlosti válců podavače. Tady se plně projeví výhoda rozhraní IO-Link: spínací body obou senzorů je možné nastavovat na dálku podle druhu odvíjeného materiálu a průměru odvíjeného válce. Uprostřed na obr. 5 je měření polohy hladiny v zásobní nádrži ultrazvukovým snímačem US 18 M 800 IU-B4. Analogový výstup poskytuje informaci o poloze hladiny a dva spínací výstupy chrání nádrž před přetečením (horní hladina) a čerpadlo před během naprázdno (dolní hladina). A na obr. 5 vpravo je opět válečkový dopravník, jako na obr. 4, avšak v tomto případě se dvěma snímači US 18 M 1500 IU-B4. Zde totiž nebylo zadáním jen detekovat přítomnost krabice, ale také měřit její výšku, a to při umístění snímače až 1,5 m nad dopravníkem. 

Závěr

Ultrazvukové snímače di-soric dodává na český trh firma Amtek (viz inzerát níže). Její pracovníci zájemcům rádi poskytnou další informace, poradí s řešením konkrétních úloh a pomohou s výběrem nejvhodnějších snímačů. 

[Materiály firmy di-soric.]

(Bk)

Obr. 1. Sortiment ultrazvukových snímačů di-soric

Obr. 2. Výstup snímačů MI/O využívá čtyřpólové konektory M8 (BN – hnědá, BK – černá, WH – bílá, BU – modrá)

Obr. 4. Využití ultrazvukových snímačů ve funkci spínačů – detekce zaplnění zásobníku vibračního dopravníku, detekce krabic na dopravníku, detekce plynulosti pohybu desek plošných spojů na dopravníku

Obr. 5. Využití ultrazvukových snímačů s analogovým výstupem – odvíjecí a podávací mechanismus, monitorování polohy hladiny v nádrži a měření výšky krabic na dopravníku