適用於機器人和工業應用的精密氣動壓力監測

在各種機器人和工業控制應用中，以氣動感測器進行精準壓力監測非常重要。為確保可靠的運作，壓力監測器必須具有優異的過壓和真空耐受性，並且應包含一個不受液體或沉積物影響的測量單元。

除了精準、穩健的操作外，應用靈活性也是一大關鍵特性，以加速初始安裝並支援配置變更，有助於在工業 4.0 中進行大規模客製化。

監測器應包括一個容易讀取的顯示器，以便快速檢查狀態；可編程輸出，用於發出警報；以及使用整合按鈕進行本機設定和操作。必須要有 IO-Link，以便進行數位資料傳輸，用於監測和配置遠端製程。在某些情況下，類比輸出具有優勢。

支援多種安裝配置還可確保與各種系統設計相容。

本文介紹 ifm Efector (ifm) 的 PQ 系列精密壓力監測器，並詳細說明其如何針對各種工業和機器人應用中氣動和壓縮空氣系統，滿足不同需求。

使用者介面

視覺化介面是 PQ 系列的關鍵特性之一。此系列包括一個 1" 彩色 TFT 顯示器、切換點 LED，以及用於更改顯示和設定參數的開關。此測量值主要為壓力，以各種單位顯示：bar、psi、kPa。真空程度也可以用設定值的百分比來表示。

顯示器可以顯示數位輸出的配置設定點 (SP) 和重置點 (rP)，切換點則由 LED 顯示。若型號具有類比輸出，顯示器可用於設定和顯示類比起始點 (如 4 mA) 和結束點 (如 20 mA)，以縮放訊號。使用者介面包含以下幾個元素 (圖 1)：

1. 如果輸出 1 作用中，切換狀態 LED 燈亮起
2. 如果輸出 2 作用中，切換狀態 LED 燈亮起
3. TFT 顯示元素：
   1. 裝置狀態
   2. 測量值。此顯示器可以從標準顏色 (綠) 切換到其他顏色 (紅)，在測量值進入或超出可接受範圍時，以視覺方式清晰顯示。
   3. 診斷和效能資訊，如切換循環次數和記錄到的最低或最高壓力。在圖 2 中，Hi.P 表示壓力的最高測量值。
4. 用於顯示配置和參數設定的按鍵

圖 1：PQ 系列使用者介面佈局。(圖片來源：ifm)

PQ 系列提供含或不含可設定類比輸出的兩種型號。PQS 型號 (如 PQS812) 有兩個數位輸出，而 PQC 型號 (如 PQC812) 除了兩個數位輸出之外，還有一個可設定的類比輸出。PQC 型號的類比輸出可用於發送成比例的訊號。

機械和自動化設計人員可以選擇具有特定測量範圍的裝置。PQS812 和 PQC812 的測量範圍為 -1 bar 至 10 bar (-100 kPa 至 1,000 kPa、-14.5 psi 至 145 psi)。PQS816 和 PQC816 型號專為低壓和真空應用所設計，測量範圍為 -1 至 1 bar (-100 至 100 kPa、-14.5 至 14.5 psi)。僅需進行真空測量的應用可以使用 PQS819 和 PQC819，其測量範圍為 -1 bar 至 0 bar (-100 kPa 至 0 kPa、-14.5 psi 至 0 psi)。

壓縮空氣處理在氣動系統中常見。這是從壓縮空氣中去除污染物 (如水分、油污、灰塵) 的過程，目的是保護氣動設備，確保系統可靠性，並維持產品品質。

PQ 系列特別適用於壓縮空氣處理系統，因為其塗層且密封的矽測量單元即使在空氣中含有水、灰塵、油的情況下也能保持效能。

PQ 系列壓力感測器常用於真空抓取應用。這些應用包括多重拾取效應器。顯示器的紅／綠顏色變化可讓操作人員對每次拾取過程的狀態一目了然 (圖 2)。

圖 2：PQ 系列壓力監測器用於真空抓取應用，圖中顯示一個真空程度過低的抓取器 (顯示紅燈)。(圖片來源：ifm)

適合各式應用

PQ Cube 壓力感測器適用於各種氣動應用，包括食品和飲料包裝、工業堆垛機、消費性白色家電製造等。

在食品飲料包裝作業中，包裝密封使用真空抓取進行定位。在這些包裝機中，IP65 防護等級是一項重要特點，這指明此感測器能夠抵禦來自四面八方的低壓水柱。

為了達到最佳效能，食品和飲料包裝機中的感測器應盡可能放置靠近真空抓取器，並使用較短的軟管。如此一來，感測器就位於機器的清潔區域內，會受到水和清潔化學品的噴灑，但 PQ Cube 可以輕鬆因應，不會折損效能或可靠性。

真空抓取技術也是機器人堆垛機的關鍵要素。PQ Cube 氣動感測器能夠準確快速判斷真空程度是否足以抓取箱子。只有當箱子被正確抓住時，機器才會將其移動到堆垛機上 (圖 3)。

圖 3：堆垛機，圖中顯示 PQ Cube 感測器的位置 (中圖)。左側感應器顯示紅色，表示其超出規格。(圖片來源：ifm)

白色家電 (如洗碗機)，的尺寸、形狀、顏色、技術特點可能有數十種甚至數千種型號變化。由於組件種類繁多，使用真空抓取方能確保順利進行高效能生產。

抓取器必須以特定的流程壓力致動，才能在不損壞精密零件之下將其固定，並且在組裝過程中快速進行置放和釋放。PQ Cube 感測器具有 6 ms 反應時間和高精密度，是這些機器人應用中的重要特性。

這些機器通常使用兩個 PQ Cube。一個用於放置組件，另一個用於維護單元；此單元監控整個氣動系統壓力，並支援兩個機器人組裝站。

客製化打造機器

PQ 感測器的彈性還包含其機械結構。此裝置可以使用 E30574 安裝套件安裝於面板上。 也可選用 E30576 壁掛式配接器或 E30575 DIN 軌安裝套件。

此外，也可使用兩個圓柱形螺絲，將感測器安裝到面板上，而無需安裝套件。做法是先將圓柱形螺絲拴入面板，然後將裝置放在上面並向下鎖定。

除此之外，將兩個流程連接點連接到管道上，即可將 PQ 感測器用作氣動分配器，而無需額外的轉接器。在其他應用中，使用感測器上的兩個連接之一，即可以靈活安裝在管道上，達成精準的壓力監測，未使用的連接則用密封塞封住。

安裝具有 PQ 感測器的機器時，技術人員可以使用安裝精靈來加速安裝過程。可由裝置上的整合按鈕，實作安裝精靈。提供九種語言，並藉由詢問一系列問題，引導使用者完成設定和安裝；也可以使用 IO-Link 安裝。

IO-Link 提升生產力

IO-Link 可允許進行除了機器以外的更高層級現場匯流排數位連接，加速新機器或 PQ 感測器替換品的安裝和調試，並支援現有機器的配置更動，以及集中式效能監測和診斷。

IO-Link 連接採用標準 3 線感測器／致動器纜線。PQ Cube 與 IO-Link 主站連接，後者通常透過工業乙太網路協定提供更高層級的連接，連接至可編程邏輯控制器 (PLC) 和人機介面 (HMI) 等裝置，包括平板顯示器。

IO-Link 達到強大的數位通訊、提供高解析度資料，並且支援更先進的診斷，強化 PQ 系列裝置的效能。IO-Link 不依賴傳統的類比訊號或標準 I/O (SIO) 介面，提供更高的精密度和可靠性 (圖 4)。SIO 是二進位切換感測器運作的基本能力。

圖 4：引腳 4 上的 SIO 和 IO-Link 通訊範例。(圖片來源：ifm)

這些感測器的板載記憶體可以儲存運作時間和多達 20 個事件，例如超過使用者定義閾值的壓力峰值。此外，系統溫度可以與壓力和製程同時傳送，以進行預測性維護。

使用 ifm 的 moneo 軟體，支援遠端配置和調整感測器設定。如果裝置故障 (這種情況極為罕見)，moneo 軟體可以自動將必要的配置傳輸到替換感測器，大幅縮短停機時間。

結論

ifm 的 PQ Cube 感測器具有堅固的結構、容易使用的操作、多樣化的通訊選項，以及靈活的安裝方式，因此是各種氣動應用的理想選擇。其具備快速響應時間、高精密度，以及工業 4.0 自動化和機器人系統所需的進階功能。

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