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Draadloze naderingsschakelaars
Geen draden, geen batterijen, geen trucage
version française
De eerste draadloze naderingsschakelaar is een feit. ABB opent hiermee nieuwe
mogelijkheden in engineering, want de enorme job om het grote aantal sensoren
van een productiemachine te bedraden is nu overbodig geworden. Dit is niet het
enige voordeel, de veiligheid en de betrouwbaarheid van het productiesysteem
worden substantieel verbeterd.
Inductieve naderingsschakelaars kennen een groot succes binnen de
automatiseringswereld en waaronder in het bijzonder de automobielwereld. In de
wereld van robots en manipulatoren worden ze meer en meer ingezet. Tot op heden
wil dit zeggen dat voor iedere sensor bedrading voor voeding- en
signaaloverdracht doordacht op de bewegende machines bevestigd moet worden. Met
alle risico’s op kabelbreuk of -kraks van dienst en met verhoogde engineering-
en assemblagekosten tot gevolg. Samen met de klemmenstroken, I/O-modules en alle
andere voorzieningen maken zij van de productiecel een complex zenuwstelsel.
Daarnaast moeten de kabels voldoende flexibel zijn om zonder problemen de
bewegingen van de robot mee te kunnen volgen en wordt er heel wat tijd
gespendeerd aan het ontwerpen, ontwikkelen en plaatsen van kabelgoten,
-geleidingen en bevestigingen. De beste kabel is geen kabel, luidt het dus!
Geen kabels
ABB belooft nu met zijn draadloze naderingsschakelaars dat het kableren van
sensoren op robots, in machines en productiecellen volledig tot het verleden zal
behoren. De functionaliteit van de conventionele naderingsschakelaar blijft
volledig behouden, uitgenomen natuurlijk dat er geen kabels meer nodig zijn voor
gegevensoverdracht noch voedingsvoorziening. Dit opent natuurlijk volledig
nieuwe perspectieven voor de constructies van machines. Vooral de hoge kosten
voor het bedraden van het grote aantal sensoren om de verbinding met de centrale
sturing op te zetten, kan nu geëlimineerd worden. Daarnaast worden de veiligheid
en de bedrijfszekerheid van de installatie gevoelig verbeterd. De continue
aanwezigheidscontrole van elke draadloze naderingsschakelaar maakt een vroege
detectie van een fout mogelijk en het tijdrovende zoeken naar kabelfouten is
niet langer relevant.
Eerste assortiment
Met het initiële gamma zal afhankelijk van de grootte M8, M12, M18 en M30
een nominale schakelafstand Sn bereikt worden van 1,5mm tot 15mm. De draadloze
naderingsschakelaar bestaat uit twee delen: de sensorkop en de
communicatiemodule. De cilindrische sensorkop is in de communicatiemodule
ingepast, die dezelfde afmetingen heeft voor alle sensormaten. De
communicatiemodule is met de sensorkop verbonden door middel van een standaard
sensorconnector. De complete eenheid is ontworpen voor IP67 en voor temperaturen
tussen –25°C en 55°C.
Geen batterijen wisselen
Initieel had men het idee om de sensoren te voeden met batterijen, maar hier
kwam men al snel op terug. Het zou een fulltime job zijn om batterijen te
vervangen en op te volgen. In plaats van batterijen krijgt de module nu de
nodige energie voor de sensorfunctie en de radiocommunicatie van een
elektromagnetisch veld dat opgewekt wordt in een lus in de productiecel. De
sensoren zijn ontworpen voor laag vermogen van 6mW elk. Het elektromagnetische
veld dat gebruikt wordt voor de overdracht van de energie wordt opgebouwd door
een voedingsmodule die verbonden wordt met een primaire lus die de productiecel
omringt. De grootte van de lus kan gaan van 1m op 1m tot 3m op 6m. Op deze
manier kunnen alle sensoren die zich binnen de lus bevinden zonder probleem
gevoed worden. Een 120kHz signaal in de primaire lus induceert de operationele
stroom in de sensor. De ronde hoogfrequent kabel bestaat uit één geleider van
ongeveer 10mm² in diameter, die op zijn beurt is opgebouwd uit vele dunne
draden.
Communicatie
De communicatie heeft plaats in de 2,4 GHz band volgens de standaard ETS
300328 en gebruikt een wisselende frequentie om een betrouwbare datatransfer te
garanderen. De inputmodule, die tot 60 draadloze naderingsschakelaars kan
behappen, communiceert met de sensors via twee antennes en geeft de informatie
door aan de sturing via een veldbusinterface. Elke 500ms worden de sensoren
bemonsterd om een maximale betrouwbaarheid en een directe detectie van fouten
mogelijk te maken. Een maximum van 5 inputmodules en dus 300
naderingsschakelaars kunnen ingezet worden binnen een zelfde productiecel.
Veiligheid
Het initialiseren van nieuwe naderingsschakelaars gebeurd door een druk op
de knop. Gedurende de opbouw van de machine en gedurende het gebruik ervan,
kunnen de sensoren duidelijk geïdentificeerd worden door middel van een druk op
de knop van zowel de sensor als de inputmodule. En zoals reeds gezegd is er in
tegenstelling tot de conventionele naderingsschakelaars een continue controle op
de aanwezigheid en goed functioneren van de sensor. Doordat de inputmodule deze
informatie elke halve seconde opvraagt, is er een snelle detectie in geval van
defect of slecht functioneren.
Een typische productiecel in een automobielfabriek kan 30 tot 200
naderingsschakelaars bevatten, die allemaal voorzien dienen te worden van
voedings- en datakabels. En tijdens de opbouw en ingebruikname van de machine
kan de configuratie en positionering van de sensoren nog wel eens wijzigen, met
alle ongemakken van dien.
Daarnaast is er zeker bij robots een verhoogd risico op kabelbreuk en moet men
toch aardig wat investeren in geleidingen en kabelpakhouders. Weg met kabels die
bestand moeten zijn tegen olie, water, metaalschilfers en koelwater. De
draadloze naderingsschakelaars bieden de oplossing, maar het is nog even
wachten, want in België zullen ze voorgesteld worden aan de klanten in het
voorjaar van 2003 en zullen ze beschikbaar zijn op de markt vanaf april 2003.
Détecteurs de proximité sans fil
Pas de fils, pas de batteries, pas de trucage
Le premier détecteur de proximité sans fil est né. ABB ouvre ainsi de nouvelles
possibilités dans le domaine de l’ingénierie. Un trait peut désormais être tiré
sur le gigantesque travail qui consistait à câbler le grand nombre de capteurs
d’une machine de production. Cet avantage n’est pas le seul car la sécurité et
la fiabilité du système de production connaissent, elles aussi, une sensible
amélioration.
Les détecteurs de proximité inductifs rencontrent un grand succès en
automatisation et plus particulièrement dans le secteur automobile. Ils sont de
plus en plus utilisés dans le monde des robots et manipulateurs. Cela signifie
que, pour chaque capteur, il faut fixer de façon bien réfléchie un câblage sur
les machines mobiles pour assurer le transfert de l’alimentation et des signaux.
Avec tous les risques de rupture ou craquement de câbles et les coûts
d’ingénierie et d’assemblage qui s’ensuivent. Avec les blocs de jonction, les
modules d’E/S et les autres équipements, cela rend la cellule de production très
complexe. En outre, les câbles doivent être suffisamment flexibles pour pouvoir
accompagner sans problème les mouvements du robot. Un temps considérable est
donc consacré à la conception, au développement et au placement des gaines,
câbles et fixations des câbles. La meilleure solution consiste dès lors à
supprimer le câble !
Pas de câbles
Avec ses détecteurs de proximité sans fil, ABB compte reléguer aux
oubliettes le câblage des capteurs sur les robots et dans les machines et
cellules de production. La fonctionnalité du détecteur de proximité
conventionnel est totalement maintenue, à l’exception naturellement de l’aspect
superflu des câbles tant pour le transfert de données que pour l’alimentation.
Cette solution ouvre naturellement de nouvelles perspectives pour la
construction de machines. Les coûts élevés liés au câblage des nombreux capteurs
pour mettre sur pied la liaison avec la commande centrale, peuvent désormais
être supprimés. La sécurité et la fiabilité de l’installation sont quant à elles
sensiblement améliorées. Le contrôle continu de la présence de chaque détecteur
de proximité sans fil permet la détection précoce de tout défaut. La recherche
fastidieuse des erreurs de câblage n’a plus de raison d’être, non plus.
Premier assortiment
Selon la taille M8, M12, M18 et M30, la gamme initiale permettra d’atteindre
une distance de commutation nominale de 1,5 à 15 mm. Le détecteur de proximité
sans fil comprend deux parties : la tête du capteur et le module de
communication. La tête cylindrique du capteur est encastrée dans le module de
communication qui présente les mêmes dimensions pour toutes les tailles de
capteurs. Le module de communication est relié à la tête de capteur au moyen
d’un connecteur de capteur standard. L’unité complète présente un indice de
protection IP67 et est conçue pour travailler à des températures variant entre
25 et 55°C.
Pas de remplacement de batteries
Au départ, ABB avait envisagé d’alimenter les capteurs au moyen de batteries
mais cette idée a été rapidement écartée. Le remplacement et le suivi des
batteries auraient représenté un job à plein temps. En lieu et place des
batteries, le module reçoit maintenant l’énergie nécessaire au fonctionnement du
capteur et de la communication radio d’un champ magnétique généré par une boucle
installée dans la cellule de production. Les capteurs sont conçus pour absorber
une faible puissance de 6 mW chacun. Le champ magnétique utilisé pour le
transfert d’énergie est généré par un module d’alimentation relié à une boucle
primaire qui entoure la cellule de production. La taille de la boucle peut
varier de 1m sur 1m à 3m sur 6m. De la sorte, tous les capteurs se trouvant dans
la boucle peuvent être alimentés sans problème. Un signal de 120kHz circulant
dans la boucle primaire induit le courant opérationnel dans le capteur. Le câble
rond à haute fréquence est composé d’un conducteur d’un diamètre d’environ 10mm²
qui comprend à son tour de nombreux fils fins.
Communication
La communication a lieu dans la bande des 2,4 GHz, conformément au standard
ETS 300328. Elle utilise une fréquence alternée afin de garantir le transfert
fiable des données. Le module d’acquisition, qui peut assumer jusqu’à 60
détecteurs de proximité sans fil, communique avec les capteurs au travers de
deux antennes et transmet l’information à la commande via une interface de bus.
Toutes les 500 ms, les capteurs sont échantillonnés afin d’assurer une fiabilité
maximale et de permettre une détection immédiate des erreurs. Un maximum de 5
modules d’acquisition et donc 300 détecteurs de proximité peuvent être mis en
œuvre au sein d’une même cellule de production.
Sécurité
Les nouveaux détecteurs de sécurité sont initialisés au moyen d’une simple
pression sur le bouton. Durant la construction de la machine et en cours
d’utilisation, les capteurs peuvent être clairement identifiés par une simple
pression sur le bouton du capteur ou du module d’entrée. Contrairement aux
détecteurs de proximité conventionnels, le contrôle de présence et du bon
fonctionnement du capteur est continu. Puisque le module d’entrée demande cette
information chaque demi-seconde, tout défaut ou dysfonctionnement est rapidement
détecté.Une cellule de production classique d’une usine automobile peut
comprendre de 30 à 200 détecteurs de proximité qui doivent tous être dotés des
câbles d’alimentation et de données. Durant la construction et la mise en
service de la machine, la configuration et la position des capteurs peuvent
éventuellement encore être modifiées avec tous les désagréments qui s’ensuivent.
De plus, les robots présentent surtout un risque accru de rupture de câble et
nécessitent un sérieux investissement en conducteurs et en supports de câbles.
Finis les câbles devant pouvoir résister à l’huile, à l’eau, aux éclats de métal
et à l’eau de refroidissement. Les détecteurs de proximité sans fil offrent la
solution. Il faut toutefois encore faire preuve d’un peu de patience car ils ne
seront présentés aux clients belges qu’au printemps prochain et seront
disponibles sur le marché dès le mois d’avril.
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