Wyłączniki krańcowe Limitless z transmisją bezprzewodową dla przemysłu

W praktyce, takich aplikacji, gdzie wykorzystywane są dzisiaj wyłączniki krańcowe, jest znacznie więcej. Dlatego w ostatnich latach producenci znacząco poszerzyli swoje oferty wprowadzając wiele różnych wariantów obejmujących budowę wewnętrzną, kształt dźwigni i jej działanie, sposób montażu oraz obciążalność styków. Wraz z pojawieniem się na rynku wyłączników bezprzewodowych, takich jak seria produktów Limitless firmy Honeywell, możliwości aplikacyjne jeszcze bardziej wzrosły, eliminując dotychczasowe ograniczenia narzucane przez okablowanie.

Rozwiązania bezprzewodowe w przemyśle

Fot. 1. Wyłączniki krańcowe z interfejsem bezprzewodowym z serii Limitless firmy Honeywell

Na rynku obserwuje się pewną niechęć projektantów do rozwiązań bezprzewodowych. Kojarzone są one z dużym skomplikowaniem, znacznym poborem mocy i wysoką ceną. W przeszłości w przypadku wyłączników krańcowych większość z wymienionych wad spowodowana była konstrukcją interfejsu bezprzewodowego, która bazowała na komponentach o małej skali integracji, co skutkowało wieloma ograniczenia. Dla większości twórców współczesnych rozwiązań określenia takie jak niezawodność, stabilność i wydajność, stały się podstawą wszystkich działań.

Przykładem zmian technologicznych może być zasilanie tych elementów. Większość bezprzewodowych wyłączników krańcowych jest obecnie zasilana z wymiennej baterii litowo-chlorkowo-sulfinylowej (Li-SOCl₂) o napięciu 3,6 V. Starcza ona na minimum rok nieprzerwanej pracy z pełną mocą transmisji dla łącza bezprzewodowego, a w typowych warunkach, gdy pełna moc nie jest wykorzystywana czas pracy wynosi około 2 lat.

Zasilanie z baterii eliminuje większość problemów i niedogodności, jakie występują przy zasilaniu energią wolnodostępną. Ponadto, specjalny protokół transmisji z wymaganym parowaniem odbiornika i nadajnika likwiduje wiele niedogodności, jakie pojawiają się, gdy na przykład korzysta się z Wi-Fi w połączeniu z klasyczną infrastrukturą komunikacyjną IT.

Cechy konstrukcyjne wyłączników krańcowych

Standardowe typy przełączników krańcowych dostępne są w obudowach metalowych odlewanych ze stopu cynku z odłączalną głowicą. Pozwala to na dopasowanie położenia głowicy poprzez obracanie jej co 90° do uzyskania wymaganego rozwiązania mechanicznego. Dodatkowo, do wyłącznika zamontować można różne dźwignie, wykonane z różnych materiałów (metal, tworzywo), mających różny kształt (proste, zagięte z rolką lub bez niej).

Wyłączniki krańcowe podłączane kablem różnią się sposobem jego montażu oraz miejscem podłączenia. Dostępne są wersje ze złączem do lutowania, a także takie, w których przewód jest zamontowany od razu przez producenta. W takich przypadkach miejsce połączenia jest dodatkowo uszczelnione, co umożliwia jego użycie w aplikacjach narażonych na wilgoć.

Kolejnym kryterium wyboru jest działanie wyłącznika krańcowego, który może przełączać w skrajnym lub centralnym punkcie ruchu dźwigni lub w przypadku aplikacji związanych z bezpieczeństwem, jest także dostępny ze zwłocznym mechanizmem zatrzaskowym.

W przypadku wersji bezprzewodowej dochodzą do tego dwie dodatkowe cechy. Pierwsza to trwała cynkowa obudowa, która znacznie lepiej zabezpiecza wnętrze, a druga to wymienna antena, za pomocą której komponent ten komunikuje się ze sterownikiem. Łączność odbywa się w paśmie 2,5 GHz w standardzie WPAN 802.15.4, a więc tym samym co znany i popularny protokół ZigBee.

Z tą różnicą, że w tym przypadku działanie nie bazuje na sieci mesh, ale na komunikacji typu "punkt-punkt" z parowaniem nadajników i odbiorników ustalającym trwałe adresy sieciowe oraz kanały komunikacji radiowej. Parowanie jest automatyczne. Wymiana sygnału kontrolnego dokonuje się 30 razy na sekundę, co gwarantuje niezawodną komunikację, a w sytuacji jej przerwania generuje ostrzeżenie w systemie. Brak komunikacji pomiędzy poszczególnymi czujnikami zapewnia pełną izolację od innych urządzeń. Pozwala to na efektywne wykorzystanie wielu zestawów nadajników i odbiornika, w otoczeniu innych sygnałów radiowych.

Każdemu bezprzewodowemu wyłącznikowi krańcowemu przypisywany jest indywidualny 16-bitowy numer identyfikacyjny. Za pomocą tego 16-bitowego adresu oraz 128-bitowego klucza szyfrującego kodowana jest transmisja sygnału. Taki zestaw gwarantuje pewność adresowania i bezpieczeństwo komunikacji, bez możliwości podstawienia nieautoryzowanego przełącznika lub też niepoprawnej identyfikacji sygnałów sterujących, na skutek interferencji lub sabotażu. Poza danymi na temat stanu mikroprzełącznika, interfejs radiowy przenosi dane o stanie łącza radiowego pomiędzy nadajnikiem, a odbiornikiem oraz o stanie baterii. Pozwala to serwisować sieć z dużym wyprzedzeniem.

Aplikacje sugerują typ wyłącznika

Fot. 2. Mikroprzełączniki stanowią bazę dla wszystkich wyłączników krańcowych w aplikacjach przemysłowych

Wyłączniki krańcowe bazujące na mikroprzełącznikach wykorzystywane są w aplikacjach, gdzie wymagana jest bardzo duża niezawodność działania w długim okresie użytkowania. Przykładem może być automatyczny robot spawający, w którym istnieje konieczność sprawdzenia obecności drutu spawalniczego. W takiej aplikacji sprawdza się świetnie wyłącznik z rolką na dźwigni, która dotyka drutu i wyłącza zasilanie w sytuacji jego braku.

Inne przykłady to np. wykrywanie masy przedmiotu, nawijanej rolki z papierem, która zwiększa swoją średnicę lub system eliminacji pustych opakowań, w którym wykorzystywane są wyłączniki krańcowe połączone z prostym systemem dźwigni i sprężyn. Kolejnym przykładem jest zgniatarka, w której dzięki krańcówce kontroluje się maksymalną wielkość wypraski.

Czy w takich aplikacjach mogą pojawić się wyłączniki bezprzewodowe? Komponenty te najlepiej sprawdzają się w zastosowaniach, gdzie prowadzenie kabla od przełącznika do sterownika jest trudne, kosztowne lub niepraktyczne. Przykładem może być problem np. związany z bezpieczeństwem instalacji wodnej na basenie. Innym doskonałym zastosowaniem może być kontrola położenia zaworu w rozległej instalacji lub kontrola położenia transportera paczek w automatycznej sortowni, gdzie odległości pomiędzy czujnikiem, a kontrolerem przekracza 100 metrów.

Kolejnym przykładem może być kontrola momentu zbicia szybki zabezpieczającej na hydrancie po to, aby zawiadomić straż. W takim przypadku koszt kabla jest znaczący, a jego ułożenie problematyczne. Zdecydowaną przewagę rozwiązań bezprzewodowych widać też w aplikacjach, w których wyłącznik krańcowy umieszczony jest na części ruchomej względem podstawy, np. ramieniu dźwigu, manipulatorze lub wysięgniku.

Wówczas przewód połączeniowy narażony jest na częste zginanie, co prowadzić może do problemów z niezawodnością. Przykładową aplikacją mogą być również systemy parkingowe ze scentralizowanym sterowaniem, w których otwieranie bramek sterowane jest komputerowo. W wielu przypadkach parkingi takie są na tyle duże, że koszt okablowania wjazdów i wyjazdów stanowi znaczącą część kosztów inwestycji.

Wyłączniki bezprzewodowe w prysznicach bezpieczeństwa Ważnym zagadnieniem w przemyśle chemicznym są tzw. prysznice bezpieczeństwa, które pozwalają pracownikom kontrolującym rozległe instalacje chemiczne szybko zmyć z ciała niebezpieczne chemikalia. Zawsze istnieje prawdopodobieństwo, że podczas ich pracy niebezpieczne substancje przedostaną się do oczu lub rozleją się na skórze. W takiej sytuacji zagrażającej zdrowiu, pracownik ma możliwość szybkiego zmycia chemikaliów z ciała za pomocą jednego z wielu pryszniców bezpieczeństwa. Dlatego urządzenie to stanowi ważną pierwszą pomoc przed nadejściem specjalistycznej pomocy medycznej. Wyposażenie zaworu prysznica w bezprzewodowy wyłącznik krańcowego Limitless firmy Honeywell, pozwala powiadomić natychmiast o zdarzeniu służby medyczne, a w połączeniu z kamerami telewizji przemysłowej CCTV udokumentować wydarzenie dla potrzeb ubezpieczenia.

Podsumowanie

Fot. 3. Bezprzewodowe elementy można montować w dowolnym miejscu, a koszt ich serwisu i utrzymania w ruchu jest pomijalnie mały w porównaniu do rozwiązań tradycyjnych z uwagi na wysoką jakość i trwałość. Klasyczne przełączniki są kłopotliwe szczególnie w aplikacjach takich jak chociażby kontrola wciągarki dźwigu, gdzie panują trudne warunki środowiskowe i wykonanie niezawodnego okablowania byłoby wielkim problemem

W ostatniej dekadzie technologie bezprzewodowe przeżywają niesłychany rozkwit, który obejmuje także wymagające i odpowiedzialne dziedziny techniki m.in. przemysł. Dlatego firma Honeywell opracowała bezprzewodowy system przełączników Limitless. Przeznaczony jest on dla zastosowań w przemyśle w roli wyłączników krańcowych oraz czujników pozycji systemów mechanicznych, zapewniając wysoką jakość i niezawodność łączeniową.

Wyłączniki krańcowe Limitless nie wymagają okablowania, w porównaniu z tradycyjnymi produktami. Są one używane w bramkach wejściowych, windach, drzwiach, systemach kontroli obecności obiektów i dziesiątkach podobnych aplikacji. Dzięki dużej łatwości aplikacyjnej umożliwiają obniżenie całkowitego kosztu instalacji w rozległych w systemach przemysłowych.

Bezprzewodowe przełączniki obniżają koszty instalacji systemów, które nie wymagają ogromnej liczby przewodów, ich układania oraz złączy i akcesoriów. Bezprzewodowe elementy można montować w dowolnym miejscu, a koszt ich serwisu i utrzymania z uwagi na ich wysoką jakość i trwałość jest znacznie mniejszy w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami.

James MacDonald
inżynier aplikacyjny Honeywell
Sensing and Control
Honeywell
sensing.honeywell.com