Radio zastępuje kable

Fot. 1. Dostępna jest już druga generacja samowystarczalnych, bezprzewodowych wyłączników

Automatyka bezprzewodowa to gorący temat – obszary zakładów przemysłowych z dużą ilością źródeł promieniowania elektromagnetycznego są bowiem niekorzystnym środowiskiem dla poprawnej, niezakłóconej transmisji radiowej. Inżynierowie muszą wnieść dużo pracy i wykazać się sporą pomysłowością, żeby wybrać i opracować odpowiednią technologię radiową, która może stanowić solidną podstawę dla systemu bezprzewodowej transmisji danych na duże odległości. Obecnie długodystansowa i odporna na zakłócenia bezprzewodowa transmisja danych wymaga relatywnie dużej mocy.

Powoduje to, że zapotrzebowanie na energię elektryczną jest duże, co wymaga z kolei zastosowania pojemnych, często wymienianych baterii lub zasilania nadajnika za pośrednictwem kabla. Niweluje to w zasadzie całkowicie zalety transmisji za pośrednictwem fal radiowych, bo wciąż potrzebny jest kabel zasilający.

ROZWIĄZANIE PROBLEMU

Samowystarczalny osprzęt łączeniowy produkowany przez firmę .steute, oferowany już w drugiej generacji, pokazuje, że ten konfl ikt przeciwstawnych wymagań można rozwiązać (rysunek 1). Urządzenia wykorzystują protokół radiowy wymagający niezwykle niskiej energii, ale wykazujący się jednocześnie bardzo dużą wydajnością transmisji. Wydaje się to sobie przeczyć, jednak wrażenie to znika, jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że energia jest wypadkową wydajności i czasu trwania. Nikt nie chce, albo nie jest w stanie, oszczędzić na wydajności, gdyż zagrożone mogłoby być bezpieczeństwo transmisji. Ale czas trwania może zostać zredukowany.

Dlatego bezprzewodowe urządzenia produkowane przez .steute używają bardzo szybkich radiotelegramów opracowanych przez firmę EnOcean GmbH, których czas trwania wynosi poniżej tysięcznej części sekundy.

ENERGIA Z OTOCZENIA

W związku z tym, że transmisja silnego sygnału wymaga w przypadku technologii firmy EnOcean niskiej energii, spełniony jest podstawowy warunek umożliwiający realizację innowacyjnego rozwiązania: wyłącznik nie musi być zasilany z zewnątrz, lecz może sam wykorzystywać energię płynącą z otoczenia. Urządzenia pierwszej generacji używają baterii o doskonałych parametrach wystarczających na około 10 lat pracy lub miniaturowych ogniw słonecznych ze zintegrowanym akumulatorem, które zapewniają ciągłość pracy w czasie 48 godzin, nawet w całkowitych ciemnościach.

Ostatnio firma .steute wprowadziła jeszcze inne, innowacyjne rozwiązanie, bazujące na fakcie, że energia jest potrzebna tylko wówczas, gdy wyłącznik jest przełączany. Oznacza to, że niewielki impuls elektryczny jest potrzebny właśnie wtedy, gdy wyzwalana jest energia kinetyczna.

Zamiana energii kinetycznej na energię elektryczną jest dokonywana za pośrednictwem niewielkiego generatora elektrodynamicznego. Projektantom udało się zminiaturyzować generator tak, że możliwe jest jego umieszczenie we wnętrzu standardowego, kompaktowego wyłącznika. Generator elektrodynamiczny przetwarza energię kinetyczną powstającą przy naciśnięciu przycisku czy przesunięciu dźwigni wyłącznika w energię elektryczną. Z tego też powodu urządzenie jest całkowicie samowystarczalne i całkowicie bezprzewodowe.

Obecnie .steute stosuje tę innowacyjną technologię w kilku typoszeregach swoich produktów, między innymi w wyłącznikach pozycyjnych i wyłącznikach linkowych. Te ostatnie wykorzystuje się do otwierania przemysłowych bram automatycznych. W tym przypadku można umieścić wyłącznik linkowy w dowolnym miejscu na suficie, unikając jednocześnie zwykle bardzo kłopotliwego doprowadzania kabli zasilających (rysunek 2).

BEZPIECZNA TRANSMISJA DANYCH NAWET PRZY ZASTOSOWANIU WIELU NADAJNIKÓW

Transmisja radiowa wykorzystywana w wyłącznikach firmy .steute jest energooszczędna, charakteryzuje się dużym zasięgiem, a ponadto wykorzystywany jest protokół gwarantujący jej bezpieczeństwo. Nadajnik przesyła informacje razem z numerem identyfikacyjnym w postaci 32-bitowego adresu z liczbą kontrolną. Telegramy mogą być więc bezbłędnie odczytane. Ponadto wysyłane są one wiele razy w czasie kilku milisekund.

Dzięki temu nie ma problemu z prawidłowym odczytaniem informacji przez odbiornik, nawet w przypadku jednoczesnego zadziałania kilkuset wyłączników radiowych. W związku z tym urządzenia mogą być z powodzeniem stosowane nawet w bardzo dużych zakładach przemysłowych. Zasięg sygnału w terenie otwartym sięga 300 metrów, natomiast w bardzo niekorzystnych warunkach, w zamkniętych przestrzeniach – 30 metrów. Jest to więcej niż oferują inne technologie radiowe, wymagające do pracy znacznie większej energii.

Warto zwrócić uwagę na jeszcze jedną korzyść płynącą ze stosowania wyłączników bezprzewodowych .steute – możliwe jest takie zaprogramowanie kilku modułów odbiorczych, aby można je było aktywować przy użyciu jednego wyłącznika. Przykładowo, gdy mamy dwa moduły odbiorcze i pięć wyłączników, można stworzyć system, w którym dwa wyłączniki współpracują wyłącznie z jednym modułem, kolejne dwa wyłącznie z drugim modułem, natomiast załączenie piątego wyłącznika powoduje uaktywnienie obu modułów odbiorczych (rysunek 3).

Jeśli projektant chce zastosować wyłącznik na przesuwnej osłonie obrabiarki czy innej maszyny, nakłady projektowe i finansowe będą znacznie większe w przypadku, gdy konieczne będzie zasilanie wyłącznika oraz doprowadzenie kabla sygnałowego. To samo dotyczy sytuacji, w której wyłącznik lub sensor musi zostać zamontowany na obrotowym lub szybko wirującym elemencie konstrukcji. Wymaga to dodatkowych elementów, które podlegają szybkiemu zużyciu – przykładowo prowadników kablowych lub pierścieni ślizgowych. Zastosowanie wyłączników bezprzewodowych niweluje te niedogodności.

MOCNA POZYCJA W AUTOMATYCE PRZEMYSŁOWEJ

Szczególna technologia radiowa oferowana przez .steute znajduje zastosowanie nie tylko w wyłącznikach linkowych czy pozycyjnych, ale także w klamkach drzwiowych ze zintegrowanymi przyciskami sterującymi oraz wyłącznikach nożnych. Jeden z producentów obrabiarek używa np. bezprzewodowych klamek do osłon przesuwnych (rysunek 4). Operator ma dzięki temu wszystko pod kontrolą, a specjalny prowadnik kabla staje się zbędny. Jest to bardzo korzystne rozwiązanie także w sensie konstrukcyjnym.

Przydatność wyłączników bezprzewodowych .steute została potwierdzona w jednym z niemieckich zakładów produkcyjnych Toyoty. Pracownicy mają możliwość zatrzymania taśmy w przypadku zauważenia wady produkcyjnej, co jest niezwykle istotnym elementem systemu produkcji koncernu zorientowanego na jakość. Pociągając za linkę umieszczoną przy przenośniku, pracownik przesyła jednocześnie sygnał jego zatrzymania, który trafia do systemu sterowania umieszczonego w hali obok.

RÓWNIEŻ DO PRACY W STREFACH ZAGROŻONYCH WYBUCHEM

Nowy generator energii jest montowany także w wyłącznikach bezprzewodowych skonstruowanych specjalnie z myślą o pracy w środowisku zagrożonym wybuchem gazów lub pyłów (strefy 1 i 2, gazowe oraz strefy 21 i 22, pyłowe, rysunek 5).

		{third3}
Fot.4. Wyłączniki steute udowodniły już swoją przydatność w typowych zastosowaniach przemysłowych – przykładowo jako uchwyty do osłon w dużych obrabiarkach		Fot.5. Bezprzewodowy wyłącznik nożny FIF

Technologia radiowa wprowadza tu duże ułatwienia, ponieważ umożliwia montaż modułu odbiorczego już poza strefą zagrożenia, bez konieczności prowadzenia kabli. Dzięki temu unika się stosowania podzespołów przeciwwybuchowych, takich jak przewody, konektory, dławice itd. Nis ka energia sygnału nie stwarza zarazem zagrożenia wybuchem.