„Díky fúzi senzorů je měření sklonu rychlejší a přesnější.“

Téma fúze senzorů a výhod, které přináší, je v oboru předmětem diskusí již delší dobu. Jak dlouho se tím společnost TURCK zabývá?

Michael Troska: Již dlouhou dobu nabízíme snímače náklonu pro širokou škálu mobilních aplikací, jako jsou stavební stroje, rypadla, jeřáby, kolové nakladače a další vozidla, ale také pro tradiční průmyslová odvětví, například pro regulaci napětí pásu v papírenském a textilním průmyslu. Tradiční snímače náklonu dokážou úspěšně zvládnout mnoho úkolů, ale pro určité aplikace jsou technologie kombinující více snímačů prostě lepší. Proto se již delší dobu zabýváme fúzí snímačů a od té doby jsme uvedli na trh naše první zařízení s rozhraním IO-Link a kombinací gyroskopu a MEMS akcelerometru.

Jaká jsou omezení běžných snímačů náklonu?

Běžné snímače náklonu obvykle využívají akcelerometry, které jako referenční signál používají zemskou gravitaci. Když je snímač nakloněn, naměří odlišné zrychlení, protože již není ve vodorovné poloze – což je faktor důležitý pro výpočet úhlu. Pokud v dané aplikaci dochází k rušení způsobenému zrychlením – například v důsledku vibrací, nárazů nebo při zrychlování, brzdění či projíždění zatáčkami – dochází ke zkreslení měřicího signálu. Většina výrobců používá filtrační funkce určené k vyhlazení výstupního signálu, čímž se tyto rušivé vlivy snižují. Tyto filtry však mají zásadní nevýhodu: výrazně zpomalují výstupní signál a za určitých okolností již snímač nemusí být schopen přesně detekovat rychlé pohyby, protože jsou odfiltrovány. Proto jsme vyvinuli fúzované snímače.

Jaké konkrétní výhody přináší fúze senzorů s využitím MEMS akcelerometru a gyroskopu?

Kromě MEMS akcelerometru používáme také gyroskop, který měří úhlovou rychlost ve stupních za sekundu. Hlavní výhodou je, že signály gyroskopu nejsou ovlivněny zrychlením. To znamená, že když zkombinuji signály z akcelerometru a gyroskopu pomocí inteligentního fúzního algoritmu, získám výstupní signál, který reaguje extrémně rychle a je zároveň vysoce přesný i v aplikacích, kde dochází k pohybu.

Pro jaké aplikace jsou snímače náklonu s fúzí dat obzvláště vhodné, zejména v dynamických nebo mobilních aplikacích?

Použití vidím především v mobilních strojích. Představme si například AGV – tedy automaticky řízené vozidlo –, které je neustále v pohybu. Pokud se toto vozidlo pohybuje například po konstantní křivce, dochází k neustálému rušivému vlivu, konkrétně k rušivému zrychlení. Běžný snímač náklonu nedokáže toto rušivé zrychlení odfiltrovat. A právě proto vidím nejlepší možnosti využití zejména v dynamických mobilních aplikacích, které vyžadují rychlou odezvu snímače.

IO-Link podporuje vysokou dynamiku. Je to pro uživatele další výhoda v podobě přesnějších a rychlejších výsledků? Pokud ano, proč?

Obecně se ve velké míře spoléháme na protokol IO-Link, protože kromě samotných uživatelských dat dokáže tento protokol přenášet i další informace a nabízí i další výhody. Například v naší řadě snímačů náklonu se kromě údajů o úhlu zaznamenává také teplota a počet provozních hodin. Kromě toho umožňuje IO-Link uživatelům číst vedle dat ze snímače také informace specifické pro danou aplikaci. To je výrazně více, než může nabídnout analogové rozhraní s proudem 4–20 mA. A protože komunikace přes IO-Link je vysoce odolná proti elektromagnetickému rušení (EMC), mohou uživatelé používat nestíněné třívodičové kabely a ušetřit tak náklady.

Zvláštností vašeho senzoru je LED indikátor hladiny. K čemu slouží?

Vodováha slouží jako pomůcka při instalaci. To znamená, že během instalace nemusí uživatel nejprve spárovat snímač s řídicím zařízením, aby mohl přijímat hodnotu procesního signálu. Uživatel jednoduše obdrží přímou zpětnou vazbu od snímače, jakmile je napájen napětím 24 V. Žluté LED diody svítí, pokud se snímač nachází v rozmezí ±0,5 stupně od nulové polohy.

Jaké další vývojové trendy se v současné době objevují v oblasti MEMS senzorů, například v oblasti monitorování stavu a měření vibrací?

Zatímco jsme zpočátku používali MEMS čidla v našich snímačích náklonu k potlačení nežádoucích vibrací, nyní je využíváme také v našich vibračních snímačích CMVT. Tam plní opačnou funkci: přesně měří a vyhodnocují vibrace. Zkratka CMVT znamená Condition Monitoring, Vibration a Temperature, protože snímač měří také teplotu. Když uživatel prostřednictvím rozhraní IO-Link načte procesní data z našeho snímače – konkrétně rychlost vibrací –, může snadno identifikovat potenciální riziko ve svém stroji. Pokud hodnota vibrací v průběhu času nadále stoupá nebo překročí limity stanovené normou ISO 10816-3, uživatel ví, že je nutné přijmout opatření dříve, než dojde k závažnému poškození. Data ze snímače také pomáhají zajistit, aby údržba byla prováděna v optimálních intervalech – ani příliš pozdě, ani příliš brzy –, protože oba scénáře jsou finančně nákladné. Kromě rozhraní IO-Link disponuje snímač CMVT také spínacími výstupy. Uživatel tak může snímač snadno nakonfigurovat tak, aby se spínací výstup aktivoval při překročení předem nastavených mezních hodnot. To umožňuje například aktivovat výstražnou světelnou věž, která svítí zeleně, žlutě nebo červeně. Vše je zcela samostatné, bez jakékoli integrace do řídicího systému. Uvedení do provozu a obsluhu snímače usnadňuje náš TURCK Vibration Monitor. Tento nástroj vizualizuje údaje o vibracích a teplotě v reálném čase v jakémkoli webovém prohlížeči a lze jej snadno používat prostřednictvím libovolného masteru TURCK IO-Link bez nutnosti dalšího softwaru. To uživateli umožňuje prohlížet naměřené údaje o vibracích za určité časové období; v případě potřeby lze data také exportovat do aplikace Excel pro další analýzu.