Michael Jackson, Brian Condell, and Konrad Scheuer

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

機械到電氣到微電子控制

執(zhí)行器傳統(tǒng)上使用機械原理（氣動、液壓）來打開和關閉閥門，但在許多應用中，電控電機已經(jīng)取代了這些原理。盡管如此，執(zhí)行器將始終具有移動部件。這些會產(chǎn)生摩擦，需要持續(xù)監(jiān)控和維護，以防止可能導致生產(chǎn)意外停止的故障類型。低壓電子設備的添加使工廠操作員能夠以更聰明的方式執(zhí)行任務。微電子技術為執(zhí)行器帶來的一些優(yōu)勢包括：

低功耗開關：過去，電動執(zhí)行器依賴于功率低效和不可靠的繼電器，但如今，車載電子設備實現(xiàn)了 H 橋型開關，使其更容易使用低電平功率信號進行控制，這也通過降低觸電風險來提高安全性。這些還有助于通過使用額定功率較低的控制組件來簡化設計。此外，使用板載電子設備管理電源可降低開關或觸點處的電流，從而實現(xiàn)更高效、更低成本的系統(tǒng)設計。

位置反饋：準確了解執(zhí)行器在操作周期中每個點的位置是使用集成電子設備的顯著優(yōu)勢。使用編碼器的高級位置控制可實現(xiàn)廣泛的運動曲線。如果需要，這些變化的任何變化都可能觸發(fā)調(diào)整和警報或自動關閉系統(tǒng)，從而防止無法彌補的損壞。

基于狀態(tài)的監(jiān)控：通過監(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額外的安全網(wǎng)，以防止代價高昂的損壞以及相關的更換或維修。例如，他們可以監(jiān)測溫度（涉及運動部件的重要指標）、電壓和電流水平，并采取相應措施以減輕原因，或在必要時采取保護措施。它們還收集有關已執(zhí)行的操作循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)，并在需要維護時發(fā)送自動提醒。他們還越來越多地集成智能算法來監(jiān)測振動和噪音，作為機械部件過度磨損的潛在指標。

實時通信：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。此類信息必須通過工業(yè)網(wǎng)絡與PLC共享。面對如此多不同的現(xiàn)場總線協(xié)議和工業(yè)以太網(wǎng)版本，智能執(zhí)行器設計人員最重要的決策之一是使用哪一個。

使用經(jīng)過驗證的智能執(zhí)行器參考設計啟動并運行

ADI公司和TMG TE基于MAX278 8A八通道集成串行控制電磁驅(qū)動器IC（集成FET）和MAX2 IO-Link收發(fā)器（集成保護），合作設計了MAXREFDES22200#1通道電磁執(zhí)行器參考設計（圖22514）。MAXREFDES278# 采用工業(yè)外形，每個電磁閥通道都有一個專用的 2 路接線端子。尺寸為85mm x 42mm，采用行業(yè)標準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)行器參考設計

該參考設計可通過兩種方式供電。例如，第一種是通過IO-Link主站直接（提供高達800mA的總負載）或使用外部電源提供更高的電流。MAX17608限流器具有過壓（OV）、欠壓（UV）和反向保護功能，以確保IO-Link部分始終供電，使電流不會回流到IO-Link主機。使用 IO-Link 進行數(shù)據(jù)通信的優(yōu)點是它攜帶四種不同類型的傳輸 - 過程數(shù)據(jù)、診斷、配置和事件，如果執(zhí)行器發(fā)生故障，可以標記它，以便快速處理。使用IO-Link的另一個優(yōu)點是它使執(zhí)行器“與網(wǎng)絡無關”，這意味著它可以在任何工業(yè)網(wǎng)絡上工作，因此工程師無需擔心他們的執(zhí)行器設計使用哪種協(xié)議。

審核編輯：郭婷