Obrázek 1: Magnetický senzor přiblížení dokáže detekovat pozici akčního členu. Všechny obrázky poskytla společnost Festo Obrázek 1: Magnetický senzor přiblížení dokáže detekovat pozici akčního členu. Všechny obrázky poskytla společnost Festo

Různé druhy senzorů mohou být velmi užitečné pro výrobce a konstruktéry strojů. K jejich lepší implementaci přispívá znalost vhodné aplikace a provozních podmínek.

Na začátku mé kariéry technika přišel do našeho závodu prodejní specialista výrobce senzorů, položil na stůl zasedací místnosti objemný a už řádně ošoupaný kufřík se vzorky. Otevřel víko, ukázal desítky úhledně uspořádaných senzorů a prohlásil: „Pojďme vaši součástku otestovat.“

Věděl, o čem hovoří. Technici musejí senzor testovat s příslušnou součástkou. Najít ten správný senzor pro danou aplikaci vyžaduje zúžit výběr na několik možných senzorů, objednat vzorky a testovat senzor společně se součástkou, akčním členem nebo strojem, a to v podmínkách podobných tomu, kde bude senzor instalován.

Při výběru senzorů pro vzorkování zajistěte, aby jeho sada – podle datového listu výrobce – odpovídala základním provozním podmínkám aplikace. K šesti hlavním požadavkům na provozní podmínky patří: 1) teplotní rozsah, 2) velikost, 3) třída krytí, 4) napěťový rozsah, 5) diskrétní nebo analogový výstup, 6) změna parametrů, jinak řečeno bude se hodit možnost měnit parametry? Pokud zní odpověď ano, pak byste měli zvážit senzor podporující IO-Link (technologie sdružení IO-Link). Dalšími šesti kritérii jsou: 1) rychlost odezvy, 2) dosah snímání,3) přesnost opakovatelnosti, 4) elektrické připojení, 5) způsob upevnění, 6) vizuální displej, stručně řečenovyžaduje daná aplikace vizuální displej na senzoru?

Dále uvádíme šest nejběžnějších typů senzorů používaných ve výrobě, související rady a poznatky.

CTL1806 MAG2 F3 SensorSelection Festo x2 Position analog inductive sensorObrázek 2: Pro měření pozice lze použít analogové indukční senzory

1. Senzory přiblížení

Senzor přiblížení detekuje přítomnost blízkých předmětů bez fyzického kontaktu s nimi. Senzory přítomnosti jsou zařízení s diskrétním výstupem. Obvykle se využívá magnetický senzor přiblížení pro detekci, zda akční člen dosáhl určité pozice detekováním magnetu umístěného v akčním členu.

Není moc dobrý nápad zakoupit akční členy od jednoho výrobce a magnetické senzory přiblížení od jiného. I když může výrobce senzoru tvrdit, že je senzor kompatibilní s akčními členy X, Y a Z, v praxi mohou variace magnetů a montážních pozic způsobovat problémy se snímáním. Senzor se může například aktivovat, když magnet není ve správné pozici, nebo se nemusí aktivovat vůbec. Jestliže výrobce akčního členu nabízí spárovaný senzor přiblížení, měla by to být vaše první volba.

Tranzistorové senzory přiblížení neobsahují žádné pohyblivé díly a mají dlouhou provozní životnost. Jazýčkové senzory přiblížení využívají mechanický kontakt, mají kratší provozní životnost a jsou levnější než tranzistorové modely. Jazýčkové senzory přiblížení je nejlépe použít v aplikacích s vysokými teplotami a v aplikacích vyžadujících napájení střídavým proudem.

2. Poziční senzory

Poziční senzory mají analogové výstupy udávající pozici akčního členu na základě pozice magnetů na tomto akčním členu. Poziční senzory poskytují flexibilitu z hlediska řízení. Řídící technik může určit rozsah žádaných hodnot odpovídajících variacím komponent.

Protože jsou tyto poziční senzory založeny na magnetech, podobně jako senzory přiblížení, je dobré pokud možno zakoupit senzor a akční člen od stejného výrobce. Poziční senzory lze pořídit s podporou funkce IO-Link, což může také zjednodušit řízení a parametrizaci.

3. Indukční senzory

Indukční senzory přiblížení využívají Faradayův zákon elektromagnetické indukce pro signalizaci přítomnosti předmětu nebo pozice analogového výstupu. Při výběru indukčního senzoru je nejdůležitější určit typ kovu, který bude senzor detekovat, což následně určuje snímací vzdálenosti. V případě použití neželezných kovů se může snímací dosah zkrátit o více než 50 % ve srovnání se železnými kovy. Informace potřebné pro výběr vzorku naleznete v datových listech výrobce senzoru.

CTL1806 MAG2 F3 SensorSelection Festo x6 Presence Optical sensorObrázek 3: Fotoelektrický senzor detekuje přítomnost předmětu na základě odrazu světla nebo přerušení světelného paprsku

4. Tlakový a podtlakový senzor

Zajistěte, aby tlakový nebo podtlakový senzor odpovídal požadovanému rozsahu tlaků měřenému v librách na čtvereční palec, v případě měření v imperiálních jednotkách a v barech pro metrické jednotky. Určete nejvhodnější formát pro vyhrazený prostor. Zvažte, zda by senzory montované na stroji měly mít kontrolky nebo displej jako pomůcku pro obsluhující personál. Je-li zapotřebí rychlá změna žádaných hodnot, prozkoumejte nabídku tlakových a podtlakových senzorů podporujících IO-Link.

5. Průtokové senzory

Podobně jako tlakové a podtlakové senzory jsou i průtokové senzory specifikovány rozsahem průtoků, rozměry a variabilitou pro změny žádané hodnoty. Lze je objednat s možností displeje na senzoru. Průtokové senzory lze specifikovat pro relativně nízké průtokové rychlosti v určité části stroje a pro aplikace na celém stroji.

CTL1806 MAG2 F3 SensorSelection Festo x8 VisionObrázek 4: Pro detekci typu, pozice a natočení je ideální inteligentní kompaktní systém počítačového vidění

6. Optické senzory

Nejobvyklejšími variantami optických senzorů jsou fotoelektrické – difúzní, odrazové a světelné závory. Do kategorie optických senzorů spadají také laserové senzory a snímací jednotky s optickými vlákny.

Fotoelektrické senzory jsou většinou senzory přítomnosti. Fotoelektrické senzory detekují předmět na základě odrazu světla nebo přerušení světelného paprsku. Tyto senzory patří k nejpoužívanějším senzorům ve výrobě díky své nízké ceně, všestrannosti a spolehlivosti.

Difúzní fotoelektrické senzory nevyžadují odrazku. Používají se pro snímání přítomnosti blízkých předmětů a patří k levným typům senzorů.

Světelné závory nabízejí nejdelší snímací dosah a jsou instalovány ve dvou místech s jednotkou vysílače a přijímače. K senzorům typu světelné závory patří například bezpečnostní senzory garážových dveří. Při přerušení paprsku je indikována přítomnost. Zajímavou variantou světelné závory jsou světelné vidlice – mají vysílač a přijímač v jedné kompaktní jednotce. Světelné vidlice se používají pro snímání přítomnosti a nepřítomnosti malých dílů.

Odrazové fotoelektrické senzory mají senzor a odrazku a používají se pro snímání přítomnosti na střední vzdálenosti. Pokud jde o přesnost a cenu, nacházejí se uprostřed mezi difúzními senzory a světelnými závorami.

Snímací jednotky s optickými vlákny se používají pro snímání přítomnosti a vzdálenosti. Parametry u těchto všestranných senzorů lze upravit pro detekování různých barev, pozadí a rozsahů vzdálenosti.

Laserové senzory se používají pro snímání přítomnosti na dlouhou vzdálenost a jsou nejpřesnější v aplikacích měření na krátkou vzdálenost.

Senzory s počítačovým viděním lze používat pro čtení čárového kódu, počítání, ověřování tvaru a další aplikace. Senzory s počítačovým viděním jsou cenově výhodnou variantou počítačového vidění v aplikacích, kde by byly kamerové systémy příliš drahé a složité. Čtení čárového kódu pomocí senzoru s počítačovým viděním lze využívat pro sledování jednotlivých komponent a aplikací procesů identifikovaných pro tuto komponentu. Senzor může ověřovat počet prvků přítomných na dílu. Senzor s počítačovým viděním může kontrolovat, zda bylo dosaženo specifikované křivky nebo jiného tvaru. Protože tyto senzory pracují se světlem, je nezbytné testovat senzory v prostředí co nejvíce blízkém provozním podmínkám, pokud jde o okolní světlo a odrazivost pozadí. Ve většině aplikací se doporučuje umístit senzor s počítačovým viděním do krytu, aby byl izolován od vnějších zdrojů světla. Je dobré využít při testování senzorů podporu výrobce senzoru s počítačovým viděním. Zajistěte, že je zvolena správná sběrnice fieldbus.

Konvertor signálu mění analogový výstupní signál ze senzoru na spínací body na signálovém konvertoru, další možností je konverze na procesní data IO-Link.

 Sandro Quintero je manažer produktového marketingu automatizace elektrotechniky společnosti Festo. Upravil Chris Vavra, redaktor časopisu Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com