狄 波，王 彬，李興強

（濟南二機床集團有限公司，山東濟南 250022）

1 高速沖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 臺壓機，配合5～6 臺送料設備。每臺送料設備都配備了端拾器更換小車來實現(xiàn)自動更換端拾器。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信號都需要占用單獨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險。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到信號傳遞的技術，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備。

2.1 技術理論

電感式耦合器是基于電磁感應原理來實現(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：移動側(cè)設備，是耦合器的無源接受部分。安裝在可移動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)以不同的頻率進行傳輸。接有動力裝置的固定側(cè)組件通過空中接口為移動側(cè)組件供電，反過來移動側(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 實際應用

3.1 實例應用

本次實例是應用于雙臂高速沖壓線。實際選擇的是巴魯夫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 防護等級和-25～70 ℃的寬溫應用。響應速度最大不超過30 ms，抗干擾能力強。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準，可以適應各種復雜的工廠環(huán)境。

圖3 巴魯夫電感式耦合器

3.2 實例安裝

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）。

電感式耦合器實例安裝如圖4 所示。當端識器小車在線外時，耦合器的移動端與固定端分離，移動端斷電。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到位后，巴魯夫耦合器兩端對齊（處于非接觸狀態(tài)），即可實現(xiàn)對端識器小車上的耦合器移動端傳感器進行供電和信號的傳遞。無需額外進行供電與信號接線。

本例所采用的耦合器方案較原拖鏈電纜方案改動較小。原方案中的傳感器及對應的電纜都可以保留，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接線即可。所以現(xiàn)存的采用拖鏈方案的項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備運行過程中頻繁承受高負荷，可避免電纜因疲勞和斷裂導致的機器停機。耦合器方案對設備供應商也十分友好，可極大的優(yōu)化設備設計方案，降低安裝時間成本和布線成本，提高設備生產(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備故障的時間，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 應用優(yōu)勢

目前使用電感式耦合器進行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)應用到了多個項目，優(yōu)點如下：

（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，無設備磨損，大大延長設備使用壽命，安裝簡單。

（2）結構簡單：電感式耦合器可以傳輸1 個或多個開關量或模擬量信號，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?？梢詫崿F(xiàn)快速建立和斷開裝置連接，反應快速快。

（3）維護方便：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，同時也減小了基坑的大小，不僅降低了安裝時間、布線成本也降低了后期維護成本，為用戶提供了更加節(jié)省成本的選擇，易于推廣。

（5）應用前景廣泛：巴魯夫無電纜連接的電感耦合器系統(tǒng)使設計更加簡單方便，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。除應用在沖壓設備上還可廣泛應用于機器人的抓具快速更換，非接觸式連接無機械磨損，保證更換過程快速穩(wěn)定，延長設備使用壽命，并提供高度的靈活性和高動態(tài)響應。

5 結束語

電感式耦合器系統(tǒng)現(xiàn)在是許多應用中必不可少的。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。隨著科技的進步耦合器可傳輸?shù)碾娔芤部梢宰龅胶艽?，在許多應用（包括機器人技術中的機械抓具控制與更換）中起著核心作用，21 世紀以來更是在物聯(lián)網(wǎng)技術、智能倉儲、機械制造、數(shù)字制造、智能制造等領域頻繁應用。由于該技術擁有的諸多特點和優(yōu)勢，已被很多全球500 強企業(yè)廣泛應在其生產(chǎn)、物流等供應鏈中。

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在工業(yè)制造、智能制造等領域大放光彩，也為中國智造的騰飛添磚加瓦。