電感式耦合器在沖壓線端拾器更換小車的應(yīng)用

狄 波，王 彬，李興強(qiáng)

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250022）

1 高速?zèng)_壓線端拾器更換小車信號傳遞現(xiàn)狀

沖壓是汽車板材成型的第一道工序。一條沖壓線一般配置4～5 臺(tái)壓機(jī)，配合5～6 臺(tái)送料設(shè)備。每臺(tái)送料設(shè)備都配備了端拾器更換小車來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換端拾器。目前的沖壓線大部分采用多芯高柔電纜加拖鏈的方案來實(shí)現(xiàn)端拾器更換小車上的信號傳遞，高柔電纜加拖鏈如圖1 所示。

圖1 高柔電纜加拖鏈

端拾器更換小車上的每一個(gè)信號都需要占用單獨(dú)一根電纜電芯來通信，信號越多，需要的高柔電纜越粗，成本也對應(yīng)增加。由于采用了拖鏈方案，所以就需要電纜溝來存放拖鏈。這樣一來，電纜溝就需要做的深且寬，否則拖鏈就沒有足夠的空間。并且由于采用的拖鏈方案，所以端拾器更換小車的速度限制也比較小，以防速度過快增加拖鏈破損的風(fēng)險(xiǎn)。而采用高速拖鏈的話，成本又比較高。

2 電感式耦合器的工作原理和使用說明

Inductive coupler 中文翻譯為電感式耦合器，是一種通過非接觸式方式達(dá)到信號傳遞的技術(shù)，采用電感元件把PLC 信號耦合到低壓電力線，與電力線沒有直接電接觸的設(shè)備。

2.1 技術(shù)理論

電感式耦合器是基于電磁感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)非接觸傳遞電能及信號的方式。其固定端（發(fā)射端）與移動(dòng)端（接受端）之間可以是空氣或其他介質(zhì)，是非接觸的。使用工況可以適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境?？晒?jié)省大量拖鏈及高柔電纜。在操作方面也更快捷、方便、直觀。

2.2 組成部分

（1）Base indicators：固定側(cè)設(shè)備，是耦合器的有源發(fā)射部分。安裝在固定的位置上，核心部件由耦合元件和專用芯片組成。

（2）Remote indicators：移動(dòng)側(cè)設(shè)備，是耦合器的無源接受部分。安裝在可移動(dòng)的端拾器更換小車上。

（3）電纜：電感式耦合器一般需要配合對應(yīng)的電纜及接線盒。

2.3 工作原理

電感式耦合器傳輸非接觸式的電能和數(shù)據(jù)。通過高頻的交變磁場，電能和數(shù)據(jù)以不同的頻率進(jìn)行傳輸。接有動(dòng)力裝置的固定側(cè)組件通過空中接口為移動(dòng)側(cè)組件供電，反過來移動(dòng)側(cè)組件又將傳感器信號傳輸回固定側(cè)組件。然后再通過普通電纜將信號傳遞給PLC，最終實(shí)現(xiàn)非接觸式的供電與信號傳遞。電感式耦合器簡單模型如圖2 所示。

圖2 基本工作原理

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 實(shí)例應(yīng)用

本次實(shí)例是應(yīng)用于雙臂高速?zèng)_壓線。實(shí)際選擇的是巴魯夫Balluff 的電感式耦合器配合西門子PLC（其他品牌選型原理基本類似）。并且選型的巴魯夫電感式耦合器具備IP68 防護(hù)等級和-25～70 ℃的寬溫應(yīng)用。響應(yīng)速度最大不超過30 ms，抗干擾能力強(qiáng)。選用的巴魯夫電感式耦合器如圖3 所示，本耦合器外型小巧標(biāo)準(zhǔn)，可以適應(yīng)各種復(fù)雜的工廠環(huán)境。

圖3 巴魯夫電感式耦合器

3.2 實(shí)例安裝

電感式耦合器由以下部件組成：端拾器更換小車本體，端拾器更換小車在位檢測傳感器，端拾器更換小車在位檢測傳感器電纜，傳感器信號集線盒，Balluff Base indicators 端電纜，Balluff Base indicators（移動(dòng)側(cè)），Balluff Remote indicators（固定測），Balluff Remote indicators 端電纜（去西門子PLC）。

電感式耦合器實(shí)例安裝如圖4 所示。當(dāng)端識器小車在線外時(shí)，耦合器的移動(dòng)端與固定端分離，移動(dòng)端斷電。這樣即可以節(jié)能也可以延長傳感器的使用壽命。

圖4 基本安裝

待端拾器換模小車開進(jìn)到位后，巴魯夫耦合器兩端對齊（處于非接觸狀態(tài)），即可實(shí)現(xiàn)對端識器小車上的耦合器移動(dòng)端傳感器進(jìn)行供電和信號的傳遞。無需額外進(jìn)行供電與信號接線。

本例所采用的耦合器方案較原拖鏈電纜方案改動(dòng)較小。原方案中的傳感器及對應(yīng)的電纜都可以保留，信號器集線盒也可以采用原來的器件。只需要按巴魯夫耦合器的接線方式對應(yīng)接線即可。所以現(xiàn)存的采用拖鏈方案的項(xiàng)目也可以很方便的改造為非接觸式電感耦合器的方案。改用電感式耦合方案后可避免電纜和拖鏈在設(shè)備運(yùn)行過程中頻繁承受高負(fù)荷，可避免電纜因疲勞和斷裂導(dǎo)致的機(jī)器停機(jī)。耦合器方案對設(shè)備供應(yīng)商也十分友好，可極大的優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)方案，降低安裝時(shí)間成本和布線成本，提高設(shè)備生產(chǎn)效率。

3.3 巴魯夫電感耦合器狀態(tài)及故障診斷

巴魯夫耦合器LED 顯示及診斷如圖5 所示，巴魯夫電感式耦合器的狀態(tài)都可以顯示在本體上的LED 燈上，使用者可以通過觀察傳感器上的LED 燈顏色及亮滅狀態(tài)就可以準(zhǔn)確的判斷出傳感器的狀態(tài)或者故障。大大縮短使用者排除設(shè)備故障的時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)效率。

圖5 巴魯夫耦合器LED 顯示及診斷

4 應(yīng)用優(yōu)勢

目前使用電感式耦合器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)應(yīng)用到了多個(gè)項(xiàng)目，優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）安裝簡單：電感式耦合器改變了傳統(tǒng)信號連接方案，采用非接觸式傳輸電源和信號，使信號連接更加簡單方便，無設(shè)備磨損，大大延長設(shè)備使用壽命，安裝簡單。

（2）結(jié)構(gòu)簡單：電感式耦合器可以傳輸1 個(gè)或多個(gè)開關(guān)量或模擬量信號，支持IO-Link 通信，最多可以無線傳輸32 字節(jié)輸入和32 字節(jié)輸出信號?？梢詫?shí)現(xiàn)快速建立和斷開裝置連接，反應(yīng)快速快。

（3）維護(hù)方便：巴魯夫電感式耦合器本體自帶的LED 燈可以清楚的顯示傳感器當(dāng)前狀態(tài)與故障診斷，極大的降低了后期查找故障的難度，且更直觀，維護(hù)方便。

（4）成本較低：采用電感式耦合器可以節(jié)省大量的高柔電纜以及拖鏈，同時(shí)也減小了基坑的大小，不僅降低了安裝時(shí)間、布線成本也降低了后期維護(hù)成本，為用戶提供了更加節(jié)省成本的選擇，易于推廣。

（5）應(yīng)用前景廣泛：巴魯夫無電纜連接的電感耦合器系統(tǒng)使設(shè)計(jì)更加簡單方便，可以非常穩(wěn)定快速的為傳感器和執(zhí)行器傳輸電能和信號。除應(yīng)用在沖壓設(shè)備上還可廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的抓具快速更換，非接觸式連接無機(jī)械磨損，保證更換過程快速穩(wěn)定，延長設(shè)備使用壽命，并提供高度的靈活性和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

5 結(jié)束語

電感式耦合器系統(tǒng)現(xiàn)在是許多應(yīng)用中必不可少的。它們的非接觸式數(shù)據(jù)和電能傳輸能力，使其成為曾經(jīng)普及的插入式接觸的理想替代。隨著科技的進(jìn)步耦合器可傳輸?shù)碾娔芤部梢宰龅胶艽?，在許多應(yīng)用（包括機(jī)器人技術(shù)中的機(jī)械抓具控制與更換）中起著核心作用，21 世紀(jì)以來更是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能倉儲(chǔ)、機(jī)械制造、數(shù)字制造、智能制造等領(lǐng)域頻繁應(yīng)用。由于該技術(shù)擁有的諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢，已被很多全球500 強(qiáng)企業(yè)廣泛應(yīng)在其生產(chǎn)、物流等供應(yīng)鏈中。

隨著中國制造2025 和中國制造2035 的發(fā)展規(guī)劃，電感式耦合器勢必會(huì)在工業(yè)制造、智能制造等領(lǐng)域大放光彩，也為中國智造的騰飛添磚加瓦。