用于机器人和工业应用的精密气动压力监测系统

在各种机器人和工业控制应用中，使用气动传感器进行精确的压力监测至关重要。为确保可靠运行，压力监测器必须具有出色的耐过压和耐真空性能，并应包括一个对液体或沉积物不敏感的测量单元。

除了精确和稳健的工作外，应用灵活性也是一项关键功能，可加快初始安装并支持配置更改，从而能够在工业 4.0 中实现大规模定制。

监测器应包括便于快速检查状态的易读显示屏、用于报警的可编程输出以及使用集成按钮进行的本地设置和操作。需要使用 IO-Link 进行数字数据传输，以实现远程过程监测和配置。在某些设备中，模拟输出则更有用处。

支持多种安装配置，可确保与各种系统设计兼容。

本文介绍了 ifm Efector (ifm) 的 PQ 系列精密压力监测器，并详细说明了它们如何满足各种工业和机器人应用中气动和压缩空气系统的不同需求。

用户界面

可视化界面是 PQ 系列的一大特色。它包括一个 1 英寸彩色 TFT 显示屏、开关点 LED 指示灯以及用于更改显示和设置参数的开关。测量的主要过程值是压力，可以用各种单位显示，包括 bar、psi 或 kPa。真空度也可以表示为设定点的百分比。

显示屏可显示数字输出的配置设定点 (SP) 和复位点 (rP)。开关点使用 LED 作为指示灯。对于带模拟输出的型号，显示屏可用来设置和显示模拟起点（如 4 mA）和终点（如 20 mA），以对信号进行缩放。用户界面包括以下几个元素（图 1）：

1. 如果输出 1 活动，开关状态 LED 亮起
2. 如果输出 2 活动，开关状态 LED 亮起
3. TFT 显示屏元素：
   1. 设备状态
   2. 过程值。显示屏可以从标准色（绿色）切换到另一种颜色（红色），当过程值进入或超出可接受的范围时，颜色就会切换，让人一目了然。
   3. 诊断和性能信息，如开关次数、记录的最低或最高压力。在图 2 中，Hi.P 表示压力的最高测量值。
4. 用于显示配置和参数设置的按键

图 1：PQ 系列用户界面布局。（图片来源：ifm）

PQ 系列有带和不带可配置模拟输出的型号。PQS 型号（如 PQS812）有两个数字输出，而 PQC 型号（如 PQC812）除了两个数字输出外，还有一个可配置的模拟输出。PQC 型号的模拟输出可用于发送比例信号。

机械和自动化设计人员可以选择具有特定测量范围的设备。PQS812 和 PQC812 的测量范围为 -1 bar 至 10 bar（-100 kPa 至 1,000 kPa，-14.5 psi 至 145 psi）。PQS816 和 PQC816 型号专为低压和真空应用而设计，测量范围为 -1 至 1 bar（-100 至 100 kPa，-14.5 至 14.5 psi）。仅需要真空测量的应用可使用 PQS819 和 PQC819，其测量范围为 -1 bar 至 0 bar（-100 kPa 至 0 kPa，-14.5 psi 至 0 psi）。

压缩空气处理是气动系统中的一项常见操作。这是一种清除压缩空气中的杂质（如湿气、油和灰尘）的过程，目的是保护气动设备，确保系统可靠性并保持产品质量。

PQ 系列特别适用于压缩空气处理系统，因为经过涂层和密封的硅测量单元可在空气受水、灰尘或油污染时保持性能。

真空抓取应用是 PQ 系列压力传感器的常见用途。这些应用可包括多个拾取执行器。显示屏的红/绿颜色变化可让操作员一目了然地看到每次拾取的过程值（图 2）。

图 2：真空抓取应用中使用的 PQ 系列压力监测器示意图，显示一个真空度过低的抓取器（红色显示）。（图片来源：ifm）

应用通用性

PQ Cube 压力传感器适用于各种气动应用，包括食品和饮料包装、工业码垛机、白色消费品制造等。

在食品和饮料操作中，包装密封是使用真空抓取器定位的。在这些包装机中，IP65 防护等级是一项重要功能。它表示传感器受到保护，可以抵御来自任何方向的低压水柱。

为实现最佳性能，食品和饮料包装机中的传感器应尽可能靠近真空抓取器，并使用较短的软管。这将传感器置于机器的清洁区域内，使其承受水和清洁剂的喷洒，而 PQ Cube 可以轻松应对，性能或可靠性丝毫无损。

真空抓取器技术也是机器人码垛机的关键环节。PQ Cube 气动传感器可准确快速地确定是否有足够的真空来抓取箱子。只有当箱子被正确抓取时，机器才会将其移动到码垛机上的位置（图 3）。

图 3：显示 PQ Cube 传感器位置的码垛机（中框）。左边的传感器显示为红色，表示超出规格。（图片来源：ifm）

洗碗机等白色家电在尺寸、形状、颜色和技术功能方面可能有几十种甚至上千种型号。面对种类繁多的元器件，必须使用真空机械手来确保生产的高效和顺利进行。

必须以特定的工艺压力驱动机械手，才能在不损坏精密元件的情况下将其固定，然后在装配过程中快速放置和释放。PQ Cube 传感器的 6 毫秒响应时间和高精度是这些机器人应用所需的重要特性。

这些机器通常要使用两个 PQ Cube 传感器。一个用于放置元件，另一个用于维护装置，后者负责监测整个气动系统的压力，并提供给两个机器人装配站。

定制机器

PQ 传感器的应用灵活性还体现在机械制造方面。该设备可使用 E30574 安装套件安装在面板上。E30576 壁式安装适配器和 E30575 DIN 导轨安装套件是另一种选择。

该传感器也可使用两个圆柱形螺钉安装在面板上，无需安装套件。为此，先将圆柱形螺钉拧入面板，然后将设备放在上面并向下锁紧。

还不止如此。通过将两个工艺接口连接到管道上，PQ 传感器可用作气动分配器，而无需额外的适配器。在其他应用中，使用传感器上两个接口中的一个可以灵活地安装在管道上，通过密封塞封闭未使用的接口，从而实现精确的压力监测。

当配备 PQ 传感器的机器安装完成后，技术人员可利用安装向导加快配置进程。该向导可直接通过设备上的集成按钮启动，支持九种语言，并通过一系列引导性问题逐步完成设置与安装。此外，整个安装过程也可通过 IO-Link 实现。

IO-Link 提高了生产率

IO-Link 实现了从机器到更高级现场总线的数字连接，加快了新机器或更换 PQ 传感器的安装和调试，支持现有机器的配置更改以及集中性能监测和诊断。

与 IO-Link 连接使用的是标准 3 线制传感器/执行器电缆。PQ Cube 可与 IO-Link 主站连接，后者通常通过工业以太网协议，为可编程逻辑控制器 (PLC) 和人机界面 (HMI) 等设备（包括平板显示器）提供更高级别的连接。

IO-Link 可实现稳健的数字通信、提供高分辨率数据并支持更先进的诊断功能，从而提高了 PQ 系列设备的性能。IO-Link 不依赖传统的模拟信号或标准 I/O (SIO) 接口，即可提供更高的精度和可靠性（图 4）。SIO 是作为二进制开关传感器操作的基本能力。

图 4：引脚 4 上的 SIO 和 IO-Link 通信示例。（图片来源：ifm）

这些传感器的板载内存可存储工作小时数和多达 20 个事件，例如超过用户定义阈值的压力峰值。此外，系统温度可与压力和过程值一起传输，从而实现预测性维护。

使用 ifm 的 moneo 软件可远程配置和调整传感器设置。在设备出现罕见故障时，moneo 软件可以自动将必要的配置转移到替代传感器上，从而最大限度地减少停机时间。

结语

ifm 的 PQ Cube 传感器具有结构坚固、操作方便、通信选项多样和安装灵活等特点，是各种气动应用的理想之选。它们具有快速响应时间、高精度以及工业 4.0 自动化和机器人系统所需的先进功能。

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