Radarové senzory pro přesné měření hladiny a vzdálenosti

Většina lidí si radarovou technologii spojuje s radarovými měřiči rychlosti na veřejných komunikacích. V uplynulém desetiletí se tato technologie stále častěji využívá v automobilech. Systémy aktivní regulace vzdálenosti, známé jako adaptivní tempomat (ACC), využívají radar k určení vzdálenosti od vozidla jedoucího vpředu a jeho rychlosti.  

V průmyslové automatizaci byl radar dlouhou dobu spíše výjimečným řešením. Zpracovatelský průmysl naopak tuto technologii k měření hladiny již nějakou dobu využívá. Jelikož radary spolehlivě detekují hladiny plnění bez jakéhokoli kontaktu s médiem, a to i na velké vzdálenosti, vykazují v mnoha aplikacích významné výhody oproti ultrazvukovým a optoelektronickým technologiím nebo technologiím vyžadujícím kontakt s médiem. V automatizaci výroby bylo použití radarů po mnoho let obvykle omezeno na bezpečnostní senzory pro detekci ochranných polí, například na automaticky řízených vozidlech (AGV).  

Společnost TURCK uvedla v roce 2021 na trh svůj první vlastní radarový senzor – radarový snímač hladiny LRS+ z produktové řady Fluid+. Tyto radarové senzory s podporou rozhraní IO-Link byly vyvinuty pro měření hladiny v rozsahu 0,35 až 10 metrů. Zařízení s krytím IP67/69K jsou proto vhodná pro delší detekční dosahy a nabízejí podrobnější možnosti potlačení rušivých signálů než ultrazvukový snímač hladiny LUS+, který rovněž vychází ze senzorové platformy Fluid+.  

Další údaje pro snazší monitorování stavu  

Charakteristickým rysem platformy Fluid+ je řídicí jednotka s kapacitními dotykovými panely a průsvitným předním krytem, pomocí kterého zařízení LRS+ zobrazuje vzdálenost, úroveň naplnění a objemové hodnoty. Díky absenci kovové vodicí tyče je zařízení vhodné pro použití v hygienických prostorech a jeho uvedení do provozu je velmi jednoduché. Senzory LRS jsou k dispozici buď se dvěma spínacími výstupy, nebo s jedním spínacím výstupem a jedním analogovým výstupem. Díky dodatečnému rozhraní IO-Link a inteligentnímu, distribuovanému předzpracování signálu mohou všechny modely poskytovat také řadu doplňkových informací pro zpracování v aplikacích monitorování stavu v rámci IIoT: Kromě síly signálu se jedná také o teplotní hodnoty, provozní hodiny nebo spínací cykly.

Radarový monitor zobrazuje průběh signálu  

Radarový monitor TURCK je konfigurační nástroj založený na webovém prohlížeči, který mimo jiné zobrazuje signální křivku radaru a poskytuje přístup ke všem relevantním parametrům v prostém textu. Dosud byly takovéto podrobné analytické funkce omezeny pouze na špičkové radarové senzory používané v procesním průmyslu. Díky radarovému monitoru a zejména vizualizaci signální křivky společnost TURCK svým zákazníkům usnadňuje konfiguraci systémů automatizace výroby. Signál z míchadla nebo roštu, který způsobuje rušení, lze například snadno potlačit, nebo lze snímač pomocí zpětné vazby v reálném čase dokonale vyrovnat, aby se maximalizovala spolehlivost detekce hladiny v náročných aplikacích.  

Použití: měření hladiny v lázni pro ponorné lakování  

Existuje jedna oblast použití, ve které jsou výhody radarového měření hladiny obzvláště patrné: měření hladiny náplně v nádržích pro ponorné lakování. V tomto procesu se karosářské díly potahují pomocí katodického ponorného lakování (CDC) – známého také jako kataforéza. Při tomto postupu se využívá elektrické pole k dosažení rovnoměrného a trvanlivého povrchového povlaku, a to i na obrobcích se složitou strukturou.  

Aby bylo možné obrobek, který je upevněn na dopravním pásu, zcela a bezpečně ponořit do povlakovacího média, potřebují uživatelé několik informací. Na jedné straně je třeba zajistit, aby byl dopravní pás namontován ve správné výšce. Na druhé straně je nutné zajistit správnou hladinu povlakovacího média v nádrži. K tomu se přidává výzva, kterou představují vysoké proudy používané v procesu nanášení povlaku.  

Vzhledem k tomu, že ponorné snímače jsou pro kataforetický proces vzhledem k vysokým proudům, které se při něm používají, vhodné pouze v omezené míře, uživatelé obvykle využívají bezkontaktní měření hladiny náplně. Dopravní mechanismy a další konstrukce mezi snímačem hladiny a ponornou lázní však mohou způsobovat nežádoucí signály a nesprávná měření hladiny náplně ponorné lázně.  

Radarový monitor TURCK pomáhá uživateli potlačit rušivé impulzy způsobené kovovými podpěrami nebo samotnou karoserií. Graf s průběhem signálu jasně ukazuje velký vrchol vyzařovaný hlavním cílem, jímž je ponorná lázeň, stejně jako menší vrcholy způsobené například transportními háky, které táhnou části karoserie skrz ponornou lázeň. Tyto rušivé impulsy lze velmi snadno potlačit definováním individuálního měřicího okna.  

Nejjednodušší způsob, jak získat přístup k radarovému monitoru TURCK, je použití IO-Link masteru od společnosti TURCK. K otevření radarového monitoru pomocí konfigurátoru IODD není zapotřebí žádný další software. Mastery IO-Link od společnosti TURCK automaticky stahují data z IODD radarových senzorů.  

Další užitečnou funkcí radarových snímačů hladiny LRS+ je alfanumerický dvoubarevný displej, který má tento snímač společný s ostatními produkty řady Fluid+. Pro lepší viditelnost kritických hladin náplně lze displej nakonfigurovat tak, aby při změně barvy ze zelené na červenou. Díky tomu každý pracovník v terénu okamžitě rozpozná, a to i z větší vzdálenosti, kdy jsou dosaženy kritické hladiny náplně.  

Radarový senzor DR pro měření vzdálenosti ve venkovním prostředí   

Jakmile byl radarový snímač pro měření hladiny vyvinut, bylo zřejmé, že tuto technologii lze přizpůsobit i pro aplikace, které nevyžadují displej ani ovládací menu přímo na snímači – konkrétně pro měření vzdálenosti. Společnost TURCK proto nyní představila radarový snímač vzdálenosti DR-M30-IOL. S dosahem od 0,35 do 15 metrů, pouzdrem z nerezové oceli a odolností proti nárazům až do 100 g je navržen také pro použití v extrémních podmínkách. Senzor využívá stejnou rádiovou frekvenci 122 GHz jako radar FMCW, disponuje rozhraním IO-Link a stupněm krytí IP67/IP69K. Jeho protějškem pro měření hladiny je technologie LRS.    

Díky svým vlastnostem umožňujícím jeho použití nejen v náročných aplikacích průmyslové automatizace, ale také v mobilních či venkovních aplikacích. Díky tomu jsou tyto senzory ideální pro měření vzdálenosti v přístavní logistice, kde optoelektronické nebo ultrazvukové senzory jsou často nevhodné kvůli omezenému dosahu nebo rušení způsobenému prachem, větrem či světlem.   

Stejně jako u radarových snímačů hladiny usnadňuje radarový monitor TURCK i konfiguraci radarových snímačů vzdálenosti díky zobrazení signální křivky v reálném čase – zejména při nastavování filtrů k potlačení rušivých signálů nebo v náročných instalačních situacích. Alternativně lze použít interprety IODD, jako jsou PACTware. Jsou-li zařízení namontována v těsné blízkosti, zabraňuje měřicí princip FMCW, který tato zařízení využívají, vzájemnému ovlivňování signálů. Kromě rozhraní IO-Link jsou všechny snímače DR-M30-IOL vybaveny analogovým a spínacím výstupem, přičemž analogový výstup lze také nakonfigurovat jako druhý spínací výstup.  

Použití: měření vzdálenosti u kontejnerových jeřábů v přístavní logistice  

To může být skutečnou pomocí například v odvětvích, jako je přístavní logistika. Senzory pro měření vzdálenosti na kontejnerových mostových jeřábech nebo jeřábech jsou pro tuto aplikaci ideální. Úchopová zařízení, která se používají k přesunu kontejnerů ISO z lodí na nákladní automobily nebo železniční vagony, jsou upevněna pomocí ramen. Vzdálenost mezi rameny a kontejnerem musí být neustále měřena, aby se předešlo kolizím a aby bylo možné regulovat rychlost. Díky pouzdru z nerezové oceli odolává snímač DR-M30-IOL i drsnému, slanému pobřežnímu vzduchu. A protože v přístavní logistice někdy panují drsné podmínky, přináší odolnost proti nárazům 100 g v této oblasti použití skutečné výhody.    

Tyto rozpěrkyzaměřují kontejner v bezprostřední blízkosti pomocí takzvaných ploutví. Tyto mechanické vodicí nástroje zajišťují přesné dokování kontejneru s přesností na centimetry, takže spreaderspolehlivě uchopí přepravní úchyty. Nicméně plně vysunuté klapkyrozměry kontejneru zvětšují. Řídicí systém zařízení musí tuto informaci kompenzovat na základě signálu o vzdálenosti poskytovaného snímači vzdálenosti, aby se zabránilo kolizím i v těsně naskládaných věžích s kontejnery. Snímač vzdálenosti je také ideální pro měření vzdálenosti mezi jednotlivými kontejnerovými mosty.  

Modely s alternativními konfiguracemi objektivů pro delší vzdálenosti  

Kromě modelu DR-M30 se standardním objektivem doplní společnost TURCK svůj sortiment o modely s alternativními konfiguracemi objektivů. Verze snímače s dlouhým a úzkým detekčním polem je ideální pro větší vzdálenosti až do 20 metrů, jaké se vyskytují v přístavních zařízeních. Další konfigurace objektivu umožňuje široké zorné pole s krátkým dosahem, což je ideální pro ochranu před kolizemi.