电感式耦合器在冲压线端拾器更换小车的应用

狄 波，王 彬，李兴强

（济南二机床集团有限公司，山东济南 250022）

1 高速冲压线端拾器更换小车信号传递现状

冲压是汽车板材成型的第一道工序。一条冲压线一般配置4～5 台压机，配合5～6 台送料设备。每台送料设备都配备了端拾器更换小车来实现自动更换端拾器。目前的冲压线大部分采用多芯高柔电缆加拖链的方案来实现端拾器更换小车上的信号传递，高柔电缆加拖链如图1 所示。

图1 高柔电缆加拖链

端拾器更换小车上的每一个信号都需要占用单独一根电缆电芯来通信，信号越多，需要的高柔电缆越粗，成本也对应增加。由于采用了拖链方案，所以就需要电缆沟来存放拖链。这样一来，电缆沟就需要做的深且宽，否则拖链就没有足够的空间。并且由于采用的拖链方案，所以端拾器更换小车的速度限制也比较小，以防速度过快增加拖链破损的风险。而采用高速拖链的话，成本又比较高。

2 电感式耦合器的工作原理和使用说明

Inductive coupler 中文翻译为电感式耦合器，是一种通过非接触式方式达到信号传递的技术，采用电感元件把PLC 信号耦合到低压电力线，与电力线没有直接电接触的设备。

2.1 技术理论

电感式耦合器是基于电磁感应原理来实现非接触传递电能及信号的方式。其固定端（发射端）与移动端（接受端）之间可以是空气或其他介质，是非接触的。使用工况可以适应各种恶劣的环境。可节省大量拖链及高柔电缆。在操作方面也更快捷、方便、直观。

2.2 组成部分

（1）Base indicators：固定侧设备，是耦合器的有源发射部分。安装在固定的位置上，核心部件由耦合元件和专用芯片组成。

（2）Remote indicators：移动侧设备，是耦合器的无源接受部分。安装在可移动的端拾器更换小车上。

（3）电缆：电感式耦合器一般需要配合对应的电缆及接线盒。

2.3 工作原理

电感式耦合器传输非接触式的电能和数据。通过高频的交变磁场，电能和数据以不同的频率进行传输。接有动力装置的固定侧组件通过空中接口为移动侧组件供电，反过来移动侧组件又将传感器信号传输回固定侧组件。然后再通过普通电缆将信号传递给PLC，最终实现非接触式的供电与信号传递。电感式耦合器简单模型如图2 所示。

图2 基本工作原理

3 实际应用

3.1 实例应用

本次实例是应用于双臂高速冲压线。实际选择的是巴鲁夫Balluff 的电感式耦合器配合西门子PLC（其他品牌选型原理基本类似）。并且选型的巴鲁夫电感式耦合器具备IP68 防护等级和-25～70 ℃的宽温应用。响应速度最大不超过30 ms，抗干扰能力强。选用的巴鲁夫电感式耦合器如图3 所示，本耦合器外型小巧标准，可以适应各种复杂的工厂环境。

图3 巴鲁夫电感式耦合器

3.2 实例安装

电感式耦合器由以下部件组成：端拾器更换小车本体，端拾器更换小车在位检测传感器，端拾器更换小车在位检测传感器电缆，传感器信号集线盒，Balluff Base indicators 端电缆，Balluff Base indicators（移动侧），Balluff Remote indicators（固定测），Balluff Remote indicators 端电缆（去西门子PLC）。

电感式耦合器实例安装如图4 所示。当端识器小车在线外时，耦合器的移动端与固定端分离，移动端断电。这样即可以节能也可以延长传感器的使用寿命。

图4 基本安装

待端拾器换模小车开进到位后，巴鲁夫耦合器两端对齐（处于非接触状态），即可实现对端识器小车上的耦合器移动端传感器进行供电和信号的传递。无需额外进行供电与信号接线。

本例所采用的耦合器方案较原拖链电缆方案改动较小。原方案中的传感器及对应的电缆都可以保留，信号器集线盒也可以采用原来的器件。只需要按巴鲁夫耦合器的接线方式对应接线即可。所以现存的采用拖链方案的项目也可以很方便的改造为非接触式电感耦合器的方案。改用电感式耦合方案后可避免电缆和拖链在设备运行过程中频繁承受高负荷，可避免电缆因疲劳和断裂导致的机器停机。耦合器方案对设备供应商也十分友好，可极大的优化设备设计方案，降低安装时间成本和布线成本，提高设备生产效率。

3.3 巴鲁夫电感耦合器状态及故障诊断

巴鲁夫耦合器LED 显示及诊断如图5 所示，巴鲁夫电感式耦合器的状态都可以显示在本体上的LED 灯上，使用者可以通过观察传感器上的LED 灯颜色及亮灭状态就可以准确的判断出传感器的状态或者故障。大大缩短使用者排除设备故障的时间，有利于提高生产效率。

图5 巴鲁夫耦合器LED 显示及诊断

4 应用优势

目前使用电感式耦合器进行数据传输已经应用到了多个项目，优点如下：

（1）安装简单：电感式耦合器改变了传统信号连接方案，采用非接触式传输电源和信号，使信号连接更加简单方便，无设备磨损，大大延长设备使用寿命，安装简单。

（2）结构简单：电感式耦合器可以传输1 个或多个开关量或模拟量信号，支持IO-Link 通信，最多可以无线传输32 字节输入和32 字节输出信号。可以实现快速建立和断开装置连接，反应快速快。

（3）维护方便：巴鲁夫电感式耦合器本体自带的LED 灯可以清楚的显示传感器当前状态与故障诊断，极大的降低了后期查找故障的难度，且更直观，维护方便。

（4）成本较低：采用电感式耦合器可以节省大量的高柔电缆以及拖链，同时也减小了基坑的大小，不仅降低了安装时间、布线成本也降低了后期维护成本，为用户提供了更加节省成本的选择，易于推广。

（5）应用前景广泛：巴鲁夫无电缆连接的电感耦合器系统使设计更加简单方便，可以非常稳定快速的为传感器和执行器传输电能和信号。除应用在冲压设备上还可广泛应用于机器人的抓具快速更换，非接触式连接无机械磨损，保证更换过程快速稳定，延长设备使用寿命，并提供高度的灵活性和高动态响应。

5 结束语

电感式耦合器系统现在是许多应用中必不可少的。它们的非接触式数据和电能传输能力，使其成为曾经普及的插入式接触的理想替代。随着科技的进步耦合器可传输的电能也可以做到很大，在许多应用（包括机器人技术中的机械抓具控制与更换）中起着核心作用，21 世纪以来更是在物联网技术、智能仓储、机械制造、数字制造、智能制造等领域频繁应用。由于该技术拥有的诸多特点和优势，已被很多全球500 强企业广泛应在其生产、物流等供应链中。

随着中国制造2025 和中国制造2035 的发展规划，电感式耦合器势必会在工业制造、智能制造等领域大放光彩，也为中国智造的腾飞添砖加瓦。