移動(dòng)傳感器：執(zhí)行器正在進(jìn)入智能工廠階段

Michael Jackson, Brian Condell, and Konrad Scheuer

智能傳感器經(jīng)常在預(yù)示工業(yè)4.0最新成就和未來(lái)可能性的文章和視頻中搶走風(fēng)頭。然而，雖然傳感器充當(dāng)“眼睛和耳朵”，允許可編程邏輯控制器（PLC）了解工廠車(chē)間發(fā)生的事情，但執(zhí)行器是無(wú)名英雄，提供完成工作的“肌肉”。對(duì)傳感器的不平衡關(guān)注可能是由于許多人沒(méi)有意識(shí)到使執(zhí)行器“智能”可以為工廠經(jīng)理帶來(lái)可觀的回報(bào)。本博客探討了其中的一些優(yōu)勢(shì)，然后介紹了一個(gè)參考設(shè)計(jì)，展示了使用 IO-Link 使實(shí)用的智能工廠執(zhí)行器能夠與 PLC 通信的優(yōu)勢(shì)。

機(jī)械到電氣到微電子控制

執(zhí)行器傳統(tǒng)上使用機(jī)械原理（氣動(dòng)、液壓）來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉閥門(mén)，但在許多應(yīng)用中，電控電機(jī)已經(jīng)取代了這些原理。盡管如此，執(zhí)行器將始終具有移動(dòng)部件。這些會(huì)產(chǎn)生摩擦，需要持續(xù)監(jiān)控和維護(hù)，以防止可能導(dǎo)致生產(chǎn)意外停止的故障類(lèi)型。低壓電子設(shè)備的添加使工廠操作員能夠以更聰明的方式執(zhí)行任務(wù)。微電子技術(shù)為執(zhí)行器帶來(lái)的一些優(yōu)勢(shì)包括：

低功耗開(kāi)關(guān)：過(guò)去，電動(dòng)執(zhí)行器依賴于功率低效和不可靠的繼電器，但如今，車(chē)載電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了 H 橋型開(kāi)關(guān)，使其更容易使用低電平功率信號(hào)進(jìn)行控制，這也通過(guò)降低觸電風(fēng)險(xiǎn)來(lái)提高安全性。這些還有助于通過(guò)使用額定功率較低的控制組件來(lái)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。此外，使用板載電子設(shè)備管理電源可降低開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)處的電流，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更低成本的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

位置反饋：準(zhǔn)確了解執(zhí)行器在操作周期中每個(gè)點(diǎn)的位置是使用集成電子設(shè)備的顯著優(yōu)勢(shì)。使用編碼器的高級(jí)位置控制可實(shí)現(xiàn)廣泛的運(yùn)動(dòng)曲線。如果需要，這些變化的任何變化都可能觸發(fā)調(diào)整和警報(bào)或自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，從而防止無(wú)法彌補(bǔ)的損壞。

基于狀態(tài)的監(jiān)控：通過(guò)監(jiān)控自己的狀態(tài)（狀態(tài)），智能執(zhí)行器為操作員提供了一個(gè)額外的安全網(wǎng)，以防止代價(jià)高昂的損壞以及相關(guān)的更換或維修。例如，他們可以監(jiān)測(cè)溫度（涉及運(yùn)動(dòng)部件的重要指標(biāo)）、電壓和電流水平，并采取相應(yīng)措施以減輕原因，或在必要時(shí)采取保護(hù)措施。它們還收集有關(guān)已執(zhí)行的操作循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)，并在需要維護(hù)時(shí)發(fā)送自動(dòng)提醒。他們還越來(lái)越多地集成智能算法來(lái)監(jiān)測(cè)振動(dòng)和噪音，作為機(jī)械部件過(guò)度磨損的潛在指標(biāo)。

實(shí)時(shí)通信：位置反饋、基于狀態(tài)的監(jiān)控和其他診斷只有在可操作的情況下才有用。此類(lèi)信息必須通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與PLC共享。面對(duì)如此多不同的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)版本，智能執(zhí)行器設(shè)計(jì)人員最重要的決策之一是使用哪一個(gè)。

使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的智能執(zhí)行器參考設(shè)計(jì)啟動(dòng)并運(yùn)行

ADI公司和TMG TE基于MAX278 8A八通道集成串行控制電磁驅(qū)動(dòng)器IC（集成FET）和MAX2 IO-Link收發(fā)器（集成保護(hù)），合作設(shè)計(jì)了MAXREFDES22200#1通道電磁執(zhí)行器參考設(shè)計(jì)（圖22514）。MAXREFDES278# 采用工業(yè)外形，每個(gè)電磁閥通道都有一個(gè)專(zhuān)用的 2 路接線端子。尺寸為85mm x 42mm，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)M12連接器，允許4芯IO-Link電纜連接到IO-Link主收發(fā)器，如MAX14819。

圖 2 MAXREFDES278# IO-Link 8 通道電磁執(zhí)行器參考設(shè)計(jì)

該參考設(shè)計(jì)可通過(guò)兩種方式供電。例如，第一種是通過(guò)IO-Link主站直接（提供高達(dá)800mA的總負(fù)載）或使用外部電源提供更高的電流。MAX17608限流器具有過(guò)壓（OV）、欠壓（UV）和反向保護(hù)功能，以確保IO-Link部分始終供電，使電流不會(huì)回流到IO-Link主機(jī)。使用 IO-Link 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的優(yōu)點(diǎn)是它攜帶四種不同類(lèi)型的傳輸 - 過(guò)程數(shù)據(jù)、診斷、配置和事件，如果執(zhí)行器發(fā)生故障，可以標(biāo)記它，以便快速處理。使用IO-Link的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它使執(zhí)行器“與網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)”，這意味著它可以在任何工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上工作，因此工程師無(wú)需擔(dān)心他們的執(zhí)行器設(shè)計(jì)使用哪種協(xié)議。

審核編輯：郭婷