Pontos, gyors és robusztus eszközök: Beckhoff EtherCAT méréstechnikai modulok

A Beckhoff méréstechnikai választéka új, nagysebességű és rendkívül precíz mérőeszköz-családdal bővült. A mérési pontosság, a ciklusidők, a szinkronizáció és a hosszú idejű mérési pontosság tekintetében az új, nagy teljesítőképességű EtherCAT-mérőmodulok új távlatokat nyitnak: az automatizálás területén ilyen szintű méréseket eddig csak rendkívül költséges, egyedi célra tervezett eszközökkel lehetett végezni. A Beckhoff új, egységes rendszerű mérési megoldást kínál a meglévő PC- és EtherCAT-alapú vezérlési technológiákhoz, amely problémamentesen illeszkedik az eddigi rendszerekhez. A termékkínálat most már az egyszerű, 12 bites analóg termináloktól egészen a nagypontosságú, 24 bites gépállapot-felügyeleti modulokig terjed, amelyek másodpercenként akár 50 ezer mintát is képesek begyűjteni.

A gép- és gyártóüzem-tervezés területén a vevők egyre szigorúbb elvárásokat fogalmaznak meg a ciklusidők, a gépállapot-felügyelet és az előrejelző karbantartás tekintetében. Napjainkban a nagypontosságú méréstechnika a versenyképesség megőrzésének fontos előfeltétele. A gyártó- és csomagolórendszerekben a gyártósor végén található próbapadok már alapvető normáknak számítanak. Minden egyes végterméket egyenként ellenőrizni kell, vagy le kell mérni, majd – a későbbi nyomon követhetőség érdekében – az adatokat archiválni kell. Ehhez rövid ciklusidőkre van szükség; a nyomon követhetőség rendkívüli követelményeket támaszt a felhasznált méréstechnikával szemben. Például gyári kalibrációs tanúsítványokat kell kiadni, és a mérés megbízhatóságát folyamatosan bizonyítani kell tudni. Korábban gyakran külső mérőeszközöket kellett beépíteni buszrendszerek segítségével, ami jelentős többletköltséggel járt.

A Beckhoff újabban hatékony, egységes rendszerbe épített megoldást kínál, amely számos, a fenti követelményekhez kialakított EtherCAT-méréstechnikai modult tartalmaz. Minden egységhez egyedi azonosítószám (ID) és szükség esetén gyári kalibrációs tanúsítvány tartozik. Ezek az EtherCAT- mérőmodulok a Beckhoff eddigi három méréstechnikai termékcsoportját – az általános analóg méréstechnikát (12/16 bit), az energiamérést és a gépállapot-felügyeletet – egy újabb kategóriával, a nagysebességű, nagypontosságú méréstechnikával egészítik ki.

Új mérföldkő az automatizálásban

Az új eszközkategória új mérföldkövet testesít meg az automatizálás területén. Gyors, termelékeny, általános kiépítésű vezérlőszekrénnyel rendelkező ipari alkalmazásokhoz tervezték, kiváló működési jellemzői masszív felépítéssel és felhasználóbarát tulajdonságokkal párosulnak. A rendszer további előnye az átfogó öndiagnosztikai képesség, aminek köszönhetően hosszú távon, felügyelet nélküli üzemben minimális karbantartási igények mellett is megbízhatóan működik. Az EtherCAT-mérőmodulok automatikusan és azonnal észlelik az olyan mérési hibákat is, amelyeket egyébként sokáig össze lehetne téveszteni az érvényes adatokkal. A megfelelő diagnosztikai jelentéseket folyamatosan elő lehet hívni EtherCAT-kezelőfelületen keresztül. A rendszer az alábbi képességekre épül:

• átfogó áramköri diagnosztika rövidzárlat, továbbá vezeték- és söntszakadás megbízható érzékeléséhez;

• átfogó önellenőrzés és ismétlődő belső ellenőrzések;

• a hőmérséklet folyamatos nyomon követése és túlvezérlés-érzékelő bemenet.

Nagy felbontást, nagy mérési pontosságot és nagysebességű mintavételt kínáló laboratóriumi rendszerek már hosszú ideje léteznek, viszont a Beckhoff – az ipari automatizálásban szerzett jelentős tapasztalatára alapozva – ezeket általános automatizálási rendszerekben is képes ajánlani. A precíziós méréstechnika és az ipari automatizálási szabványok ötvözete új műszaki fejlesztési lehetőségeket teremt a hagyományos gyártóberendezések, vizsgálórendszerek és tesztelő berendezések gyártói számára. Az SPS IPC Drives 2016 kiállításon a Beckhoff az EtherCAT-méréstechnikai modulok egy új, alapszintű kategóriáját mutatja be, amelyek akár 10…50 ezer minta begyűjtésére is képesek másodpercenként. A vevők „éles” alkalmazásainak igényei alapján a vállalat a jövőben bővíteni szeretné ezt a termékcsaládot.

A Beckhoff bevált be-kimeneti eszközökkel háromféle alkalmazási kört lefedő méréstechnikája egy új területtel, precíziós ipari mérésekkel egészül ki: 1. Általános analóg mérések, 12/16 bit felbontással, 2. Energetikai felügyelet erősáramú hálózatokban, 3. Gépállapot-felügyelet (rezgésmérési-berendezések), 4. Az újdonság: nagypontosságú méréstechnika.

Sokoldalú EtherCAT-mérőmodulok tesztelésekhez és ipari alkalmazásokhoz

Az új eszközöket számos különféle ipari- és tesztkörnyezetben történő felhasználásra tervezték. Igen sokféle mérési tartományban működő, többfunkciós (20 mV…30 V, ±20 mA, teljes/fél/negyed hidas nyúlásmérőt, integrált piezoelektromos érzékelőt, termoelemet, ellenállás-hőmérőt kezelő), illetve különböző csatornaszámmal rendelkező, kedvező árfekvésű típusváltozatok egyaránt az új modulcsalád tagjai.
Az EtherCAT-mérőmodulok egyik legfőbb tulajdonsága a kiváló adatgyűjtési képességük, amit számos tervezési kialakítással, megfontolással sikerült elérni:

• magas áthallási csillapítás a csatornák között,

• jó minőségű, csúcstechnológiájú alkatrészekkel elért különösen alacsony zaj és nagy dinamika. Tökéletesen kihasználható a 24 bites felbontás, amely a szokásos 16 bites változatokhoz képest elméletileg 256-szor finomabb felbontású méréseket tesz lehetővé. Az EtherCAT 100 megabites adatátviteli sebessége bőségesen elegendő akár több száz, másodpercenként 10 ezer mintát begyűjtő csatorna adatainak továbbítására,

• a különleges gyári előkezelésnek köszönhetően a Beckhoff méréstechnikai áramköreit folyamatos üzemre tervezték, és hosszú idejű stabilitásuk megfelel ennek a követelménynek,

• az analóg kábelek árnyékolását úgy alakították ki, hogy hosszú távú üzembiztonságot nyújtsanak. Ez masszív védelmet nyújt a zavarásokkal szemben, és jól tűri a rezgések okozta terheléseket is,

• az alacsony mérési bizonytalanság a jó minőségű, sorozatban történő szinkronizálásnak, továbbá a mérésre gyakorolt hatások pontos naplózásának köszönhető. Az előforduló hibákat a Beckhoff a következők szerint csoportosítja: ismétlődő hibák, nemlinearitás, ofszet és erősítéshibák, zaj,

• néhány mérési tartomány esetén akár 100 ppm (0,01%) mérési alappontosság is elérhető 23 °C hőmérsékleten, jó hőmérsékleti stabilitással. Annak ellenére, hogy laboratóriumi körülmények között ez az érték megszokott, az automatizálás területén ez az eredmény kétségtelenül forradalminak mondható.

Az új, alapszintű kategóriában – a jellemzőktől függően – különböző mintavételi sebességek közül választhatunk. A digitalizálás során az értékeket bármilyen általános EtherCAT-főmodul („master”) be tudja gyűjteni 100…500 μs ciklusidővel, túlminta-vételezéssel, időbélyegekkel együtt, a mérések tehát magas időfelbontással végezhetők:

• 10 ezer minta/s a többfunkciós terminálok esetén;

• 20 ezer minta/s a 2 csatornás változatoknál, feszültség, áram és nyúlásmérés esetén;

• 50 ezer minta/s a 2 csatornás, integrált piezoelektromos érzékelős változatoknál.

Az ExtendedRange (kiterjesztett tartomány) funkcióval, az úgynevezett 107%-os kiterjesztéssel megbízható mérések végezhetők a teljes névleges mérési határig terjedően, sőt, akár azon túl is. Ezzel az érzékelők mérési tartományát teljesen ki lehet használni. Az EtherCAT-mérőmodulok a kalibrálás szempontjából is rugalmasak: szükség esetén a Beckhoff által kalibrált értékek kikapcsolhatók, és a felhasználó a saját értékeivel helyettesítheti őket. Ez a nemlinearitások polinomiális közelítésére is vonatkozik. A rendszer másik vonzó tulajdonsága, hogy lehetővé teszi az összes csatorna és terminál szinkron mintavételezését kevesebb, mint 1 μs ciklusidővel, ahol a külső szinkronizálás történhet az abszolút világidőhöz viszonyítottan, az IEEE 1588 szabvány alapján vagy más EtherCAT-hálózatokhoz képest is.
A rendszerelemeket ipari alkalmazásokhoz tervezték a számítási teljesítmény, a telepítési és a csatlakoztatási lehetőségek tekintetében egyaránt. A nagy számítási teljesítményű vezérlés nemcsak a Beckhoff ipari számítógépeire jellemző, hanem az EtherCAT-mérőmodulokra is. Fejlett mikrovezérlős technológiájuk a jelentős számítási teljesítményt nagy hatékonysággal ötvözi, lehetővé téve a modulok egyes csatornáinak egyenkénti paraméterezését. Ezáltal sokféle számítási függvény segítségével előre feldolgozott, értelmezhető mérési értékek állíthatók elő már magukban az EtherCAT- mérőmodulokban. Néhány példa az ilyen jellegű műveletekre:

• polinomiális közelítés a linearitás további javítása érdekében,

• átfogó belső hőmérsékletmérések és ezeken alapuló kompenzálások,

• mintavételezési sebesség beállítása futásidőben anélkül, hogy az EtherCAT-et újra alaphelyzetbe kellene hozni,

• 2-fokozatú szűrőblokk, 39-ed fokú szűrésig terjedően,

• 2-fokozatú integrátor/differenciáló egység,

• tartomány-átszámítási funkciók nemlineáris érzékelők kompenzálásához, pl. interpolációs táblázat alapján,

• valódi effektívérték-számítás és csúcsértéktartási funkció.

A masszív fémházak előlapján található aljzatok kialakítása rugalmas. A csatlakozófelület mindenféle, széles körben használt csatlakozási felülethez illeszthető, ezért a modulok az összes elterjedt méréstechnikai környezetbe beépíthetők. Az újgenerációs méréstechnikai moduloknak és az EtherCAT-rendszer jellemzőinek köszönhetően a mért adatok rendkívül megbízhatók.

Az új kialakításnál a gyakorlati követelményeket tartották szem előtt. Ezt tükrözik a DIN-kalapsínre szerelhető fémmodulok is. Az eszközök kompatibilisek az EtherCAT-terminálok hátoldali összekötő alaplapjaival, szereléskor közvetlenül csatlakoztatható hozzájuk az analóg kábelek árnyékolása, valamint kiválóan képesek elvezetni a hőt az analóg elektronikától a szekrény hátsó részébe. A fémház kedvezőtlen környezetben is megfelelő védelmet nyújt és ritka, hiányos karbantartás mellett is tartós. A készülékház a csúcsminőségű elektronikát is védi, és csökkenti az elektromágneses zavarások hatásait.
Az említetteken kívül az EtherCAT-mérőmodulok már megjelenésükben is a kiváló minőséget tükrözik, és olyan gyári illesztési megoldásokat tartalmaznak, amelyeknek köszönhetően számos különféle területen alkalmazhatók: szervizaljzatot is tartalmazó gyorscsatlakozójukkal megbízhatóan, hosszú távon teljesíthetők a kábelezéssel szemben támasztott általános elvárások. A modulok – huzalhüvelyekkel vagy azok nélkül is – gyorsan beépíthetők. A BNC-csatlakozós rezgésdiagnosztikai egység bajonettzáras kialakításának köszönhetően szintén gyorsan telepíthető, koaxiális kábelen keresztül megfelelően árnyékolt, és bekötése gyorsan módosítható. A felsoroltakon kívül, kifinomult alkalmazásokhoz LEMO-csatlakozókat is alkalmaz a rendszer. Ezek összeszerelése kissé bonyolultabb ugyan, de árnyékolásuk folytonos, és rendkívül megbízható csatlakozást létesítenek.

TwinCAT-be ötvözött méréstechnika

A TwinCAT automatizálási szoftver a PLC-s, mozgásvezérlési, biztonságtechnikai és mérőalkalmazások megvalósításához szükséges tervező- és futásidejű modulok jelenlegi generációja számára is nyújt környezetet. A teljes TwinCAT-rendszer a Microsoft Visual Studio^®-t használja központi programozási és konfigurációs platformként, amelynek méréstechnikai termékcsaládja is be van építve ebbe az univerzális platformba. A TwinCAT igen hatékony, 10 μs-nál gyorsabban változó jelek grafikus megjelenítésére szolgáló megjelenítőeszközöket is tartalmaz. A szokásos funkciókon (pl. triggerelés, grafikonok szinkronizálása és kurzorműveletek stb.) kívül a TwinCAT Scope View többmagos processzorokat is támogat, a segítségével tehát kihasználható egy adott rendszer teljes számítási teljesítménye, például túlmintavételezett, nagyfrekvenciás jelek megjelenítésénél. A TwinCAT Condition Monitoring (gépállapot-felügyeleti) könyvtár felhasználásával, a teljesítményspektrumok alapján a frekvenciamenetek is kiszámíthatók és grafikusan megjeleníthetők a Scope View-ban.

Mérési funkciók aTwinCAT-ben

A TwinCAT Measurement olyan funkciókat is tartalmaz, amelyek kifejezetten az új EtherCAT-mérőmodulokhoz kapcsolódnak. Például, a szűrőtervező átviteli görbék grafikus szerkesztésére szolgáló lehetőségeket is tartalmaz, melyben egy egyszerű egérmozdulattal letölthetők a kiszámított szűrőegyütthatók az új mérőmodulokba. Segítségével Butterworth- vagy Csebisev-karakterisztikájú digitális szűrők is könnyen megtervezhetők mind aluláteresztő, mind sáváteresztő vagy felüláteresztő frekvenciamenettel, és szabadon konfigurálható be-kimeneti szűrőkkel kombinálhatók. További lehetőségként az együtthatókat le is lehet tölteni a szoftveres környezetbe, a szűrők függvényblokkjaiba.
Az Ipar 4.0 és az IoT irányelveinek megfelelően a begyűjtött adatok közötti összefüggések központilag is, de hálózatokon vagy felhőalapú rendszereken keresztül is vizsgálhatók, mivel a TwinCAT már alapkiépítésében is támogatja a felhőalapú kommunikációt. A TwinCAT Analytics egy speciális szoftvercsomag a TwinCAT Measurement környezetben, amellyel az adatok felhőalapú környezetben is elemezhetők. Segítségével be lehet azonosítani és dokumentálni lehet a jelek kritikus jellemzőit, szakaszait, a felhőszolgáltatásnak köszönhetően pedig kényelmesen hozzáférhetünk a korábbi adatokhoz is.

További információkat az alábbi weboldalon talál: beckhoff.hu/measurement-technology

BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940,
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.beckhoff.hu

Még több Beckhoff