Podobné články
Bourání mýtů kolem předpětí šroubů
Snímače pro automatizaci
30.09. 2015by Admin E-konstruktérPřinášíme několik jednoduchých rad pro výběr bezkontaktních, kapacitních a fotoelektrických senzorů pro automatizaci strojních zařízení.
Bezkontaktní, kapacitní nebo fotoelektrické senzory hrají velmi důležitou roli v řízení průmyslových strojů. Při volbě vhodného senzoru pro určitý účel musí konstruktér především dobře rozumět požadavkům dané aplikace, specifikacím různých senzorů a požadavkům na jejich montáž. Níže uvádíme přehled důležité faktory, jako je vzdálenost snímání, vlivy okolního prostředí, problematika zapojení či možnosti montáže.
Základy snímání
Každá aplikace senzorů klade určité specifické požadavky; při výběru senzoru je tedy vhodné se nejprve podívat na základní kritéria výběru. Uživatel musí znát následující:
• Cílové objekty, které má senzor snímat
• Předměty a pozadí, které senzor snímat nesmí
• Nejlepší technologii snímání pro detekci pouze cílových objektů
• Dostupné místo a omezení montáže
• Tvarový činitel senzoru
• Elektrické parametry
• Požadavky na zapojení
• Požadavky na montáž
Na začátku musí konstruktér znát cílové objekty a pozadí. Cílovým objektem se rozumí např. předmět, díl, inkoustové značky nebo prázdné mezery, které má senzor rozpoznávat. Pozadím rozumíme vše ostatní, co nemá být snímáno; v některých případech může mít podobu výše uvedených objektů. Příkladem je situace, kdy cílovým objektem je hnědá kartonová krabice jedoucí na dopravníku, zatímco pozadí je prázdný prostor nebo pracovník procházející kolem dopravníku.
Dále zvolte nejlépe vhodný typ senzoru, který je schopen rozpoznat cílový objekt a zároveň ignorovat pozadí. Na toto rozhodnutí má vliv prostředí, kde bude senzor instalován, a případná další omezení.
Konstruktér musí vzít v úvahu, co se má snímat a jakým způsobem; jedním z klíčových faktorů při výběru jsou tedy zásadní rozdíly mezi jednotlivými technologiemi snímání. Při konečné volbě senzoru je též nutno vzít v potaz vzdálenost snímání a vliv okolního prostředí.
Indukční senzory
Indukční bezkontaktní senzory generují pomocí indukční cívky magnetické pole, které je narušeno přítomností železného cílového objektu. Standardní indukční senzory detekují pouze železné objekty; snímání je ale konzistentní a opakovatelné a rušení od okolních zařízení je slabé. Senzory tohoto typu ale bohužel snímají pouze kov, přičemž některé kovy (např. nerezová ocel) zkracují vzdálenost snímání.
Bezkontaktní senzory mají dosah snímání 1 až 120 mm; delší dosah vyžaduje větší senzor. Například senzory s dosahem 2 až 25 mm jsou dodávány v pouzdru o průměru 8 až 30 mm.
 |
 |
Fotoelektrické senzory
Fotoelektrické senzory využívají k detekci objektů světlo. Senzor vyzařuje a přijímá světlo na určité vlnové délce: jde o infračervené, viditelné červené nebo laserové záření. Emitor a přijímač může být instalován v jednom pouzdře (což je běžné u difuzních a retroreflexních modelů) nebo ve dvou samostatných pouzdrech (v případě uspořádání s průchozím paprskem). Fotoelektrické snímání má univerzální využití, protože senzory tohoto typu dokážou rozpoznat i velmi malé objekty z nejrůznějších materiálů, a to i na značnou vzdálenost.
Na jejich funkci ale může mít vliv okolní prostředí a řadu z nich je nutno při instalaci naprogramovat a optimalizovat tak jejich chod. Senzory tohoto druhu jsou nejcitlivější na prach a nečistoty, které mohou způsobit falešnou aktivaci, protože narušují funkci emitoru a přijímače.
Na druhou stranu ale mají největší rozsah snímání. Senzory s laserovým paprskem dokážou detektovat objekty o rozměrech pouhých několika mikronů. Laserový fotoelektrický senzor lze též nakonfigurovat tak, aby rozpoznal cílový objekt na krátkou i dlouhou vzdálenost; umožňuje to vysoký výkon soustředěného laserového paprsku. Levnější fotoelektrické senzory na bázi infračerveného a viditelného červeného světla mají dosah od 100 mm (s difuzním paprskem) až 50 m (při průchozím paprsku).
Kapacitní senzory
Kapacitní senzory v podstatě rozpoznávají dielektrikum nebo hustou látku ve snímané oblasti. Jsou schopny detekovat prakticky jakýkoli objekt, ale v případě předmětů o vysoké hustotě jsou podstatně spolehlivější. Kapacitní senzory jsou ideální pro snímání hladiny kapalin nebo sypkých hmot. Práh sepnutí lze seřídit a „odladit" tak předměty, které detekovat nechceme – např. stěnu plastové nádrže nebo kartonové krabice. Na funkci senzorů tohoto typu mají vliv okolní materiály a jejich dosah je poměrně malý.
Kapacitní senzor má obvykle dosah do 60 mm; na tuto vzdálenost mají ale zásadní vliv dielektrické vlastnosti cílového objektu.
Možnosti zapojení
Senzory jsou obvykle připojeny k ovladačům jako PLC nebo PAC na bázi PLC. Z elektrického hlediska je většina moderních senzorů napájena nízkým stejnosměrným napětí, zpravidla 24 VDC; lze ale použít i napětí 120 VAC. Diskrétní senzory jsou obvykle vybaveny polovodičovými spínacími PNP nebo NPN výstupy, zatímco analogové senzory mají zpravidla výstupy 0 až 10 V resp. 4 až 20 mA.
Většina senzorů vyžaduje určitý typ spínání, tj. buď PNP nebo NPN. Některé senzory lze ale upravit pro kterýkoli z těchto typů nebo i pro jiné varianty. Tyto senzory umožňují určit typ spínání na základě programování, konfigurace spínače nebo zapojení zařízení přímo při montáži. Podobné možnosti jsou k dispozici i pro spínací normálně otevřené i uzavřené kontakty.
Ať již jde o připojení k senzoru nebo k zesilovači fotoelektrického senzoru, k dispozici je řada různých možností zapojení. Předem zapojené kabely jsou již z výroby zalisovány do senzoru. Toto řešení je zpravidla nejlevnější a usnadňuje nákup součástek. Další výhodou je to, že slisovaným kabelem se dobře manipuluje v případě malých senzorů, protože umožňuje montáž i do stísněného prostoru. Předem zapojené kabely jsou ale omezeny svojí délkou, která je zpravidla 2 až 5 metrů. V případě poruchy snímače je nutno kabel znovu instalovat a zajistit, což prodlužuje dobu montáže.
Velmi oblíbenou variantou se proto staly rychloodpojovací kabely. Ty totiž umožňují použít kabel libovolné délky a z jakéhokoli materiálu nezávisle na senzoru. Pozdější výměna vadného senzoru je rychlá a snadná. Na druhou stranu, rychloodpojovací kabely sice nabízejí nepřeberné možnosti, ale mohou prodražit a zkomplikovat nákup.
Rychloodpojovací konektory se postupně stávají průmyslovým standardem. Předem montované kabely o délce 2 až 15m jsou zpravidla k dispozici v axiálním a pravoúhlém provedení se šroubovacím konektorem velikosti M8 nebo M12 na jednom konci a volnými vodiči na druhém. Bez ohledu na vybraný senzor musí zvolený kabel odpovídat elektrické konfiguraci senzoru. Například konektory o velikosti M8 a M12 jsou obvykle dodávány v3- a 4pólovém provedení. Při výběru je tedy nutno dbát i na počet kolíků.
Pokyny kaplikaci
Při správné specifikaci může většina senzorů fungovat v celé řadě aplikací. Přestože se ale možné aplikace senzorů do značné míry překrývají, jsou případy, kdy některá technologie snímání funguje lépe než ostatní.
Například snímání konce zdvihu pneumatického nebo motorového pohonu a snímání kovových objektů jsou typické aplikace pro indukční bezkontaktní spínač. V minulosti šlo o exkluzivní produkty, zatímco dnes patří tato jednoduchá a robustní zařízení díky nižší ceně mezi nejpoužívanější součástky svého druhu. Jde-li o snímání kovových cílových objektů na blízkou vzdálenost, je nejlepší volbou indukční bezkontaktní senzor, který nabízí robustní konstrukci a minimální vliv okolního prostředí. Mezi jeho obvyklá využití patří detekce přítomnosti kovových dílů, palet dopravníku nebo zubů převodových kol, případě detekce pohybu a výchozí polohy pohonů.
Fotoelektrické senzory jsou univerzální senzory, které lze spolehlivě využít vcelé řadě aplikací. Mezi jejich běžná využití patří detekce přítomnosti dílu v upínacím přípravku nebo snímání dílů na dopravníku. Laserové senzory zase díky vysoké přesnosti umožňují detekci malých součástek pro tištěné spoje. Kromě toho lze i na několikametrovou vzdálenost změřit výšku předmětu. Mezi běžná využití standardních fotoelektrických senzorů patří detekce tištěných značek ve vysokorychlostním štítkovacím stroji nebo počítání lahví v plnicí lince. Při umístění senzoru pod hladinou vody nebo na místě, kde může být zasažen stříkajícím olejem nebo procesní kapalinou, ale může docházet k problémům.
Klíčovou vlastností kapacitních senzorů je jejich schopnost snímat i skrze papír, plast a karton. Senzory tohoto typu dokážou snímat i přítomnost kapaliny či rozpoznat objekt procházející kapalinou. Načítání obrobených mosazných armatur procházejících kolem senzoru v řezné kapalině lze provádět pomocí kapacitního senzoru, ale ostatní typy jej neumožňují. Tato nastavitelnost umožňuje detekci při různých kombinacích kapalin a pevných látek včetně vody, oleje, chemikálií i sypkých a zrnitých materiálů.
Mezi další hlavní způsoby použití kapacitních senzorů patří snímání hladiny kapaliny přes stěnu nádrže nebo průhledítko nebo v montážní jímce, a to pro horní i dolní limity hladiny. Je-li kapacitní senzor instalován v dostatečné blízkosti, dokáže měřit i hladinu v krabicích či neprůhledných lahvích.
Každá z těchto technologií snímání má vliv na dosah (vzdálenost) snímání. Větší dosah snímání se sice může zdát jako lepší, ale vždy je nutné danou aplikaci pečlivě zvážit, aby nedocházelo k falešné aktivaci senzoru.
zdroj: machinedesign.com