PARTNERZY

PRODUKTY I SKLEP POZNAJ SICK

Od automatyzacji produkcji i logistyki, aż po automatyzację procesów technologicznych — SICK należy do ścisłej czołówki wśród producentów czujników. Jako lider rynku w dziedzinie technologii, firma SICK ze swoimi czujnikami i rozwiązaniami aplikacyjnymi tworzy doskonałe podstawy dla bezpiecznego i efektywnego sterowania procesami, ochrony ludzi przed wypadkami oraz ochrony środowiska naturalnego.

NEWSY / BLOG POZNAJ MITSUBISHI ELECTRIC ODDZIAŁ POLSKA

Korporacja Mitsubishi Electric, posiadająca 90 lat doświadczenia w zakresie dostarczania niezawodnych, wysokiej jakości innowacyjnych produktów w dziedzinie automatyki przemysłowej, produkcji, marketingu i sprzedaży urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Programowalne sterowniki PLC, rozwiązania napędowe, roboty przemysłowe, panele dotykowe, wycinarki laserowe i sterownie CNC firmy Mitsubishi Electric zaliczają się do produktów najwydajniejszych na rynku i gwarantują sukcesy firmy już od ponad 30 lat.

KATALOG PRODUKTÓW POZNAJ FINDER

Od 1954 Finder pracował wyłącznie w zakresie przekaźników i timerów. Nasz wysoki stopień specjalizacji zaowocował ponad 10.000 różnych produktów w jednej z najszerszych dostępnych ofert. Firma szeroko się rozwija i inwestuje w przyszłość uzupełniając gamę swojego asortymentu. Prócz przekaźników oferuje rozwiązania przemysłu elektrycznego do zastosowań domowych jak i komercyjnych poprzez przekaźniki, urządzenia przeciwprzepięciowe, termostaty panelowe, zasilacze i liczniki energii. Gama asortymentu obejmuje ponad 12 tysięcy produktów.

KATALOG ONLINE POZNAJ JOHNSON CONTROLS

Firma Johnson Controls to światowy lider w zakresie zróżnicowanych technologii i przemysłu świadczący usługi dla klientów w ponad 150 krajach. 120 000 pracowników tworzy wysokiej jakości produkty, usługi i rozwiązania umożliwiające optymalizację wydajności energetycznej oraz obsługowej budynków. Johnson Control prężnie działa również w branży motoryzacyjnej, a w ofercie firmy można odnaleźć różne rodzaje akumulatorów oraz opracowane systemy wnętrz samochodowych.

BLOG WAGO POZNAJ WAGO

Rozwiązania dostarczane przez WAGO. już od wielu lat wspierają naszych klientów w dążeniu do sukcesu. Poczynając od prostych instalacji elektrycznych, a kończąc na skomplikowanej infrastrukturze zarządzającej procesami przemysłowymi czy automatyką budynkową. Sprawdźcie jak rozwiązania WAGO, mogą wesprzeć Was w drodze do Waszego sukcesu.

KATALOG ONLINE POZNAJ PANASONIC

Panasonic Electric Works Europe zajmuje się produkcją oraz dystrybucją komponentów automatyki, takich jak: czujniki przemysłowe, sterowniki programowalne, napędy przemysłowe i systemy znakowania laserowego. W ścisłej kooperacji z europejskimi klientami, oferują rozwiązania dla różnych obszarów biznesu, takich jak przemysł motoryzacyjny, pojazdy elektryczne, automatyzacja procesów technologicznych oraz budynków, odnawialnych źródeł energii czy zarządzania środowiskowego.

Poznaj easyE4 POZNAJ EATON

Eaton Electric jest producentem najwyższej jakości automatyki przemysłowej, aparatury sygnalizacyjnej, łączeniowej, zabezpieczającej i instalacyjnej oraz systemów rozdziału energii niskiego napięcia. Międzynarodowe nagrody oraz certyfikaty są dowodem, iż produkty Eaton Electric odpowiadają najnowszym standardom bezpieczeństwa i wymaganiom jakości. Wszystkie nasze wyroby gwarantują długoletnie działanie.

PRODUKTY POZNAJ PEPPERL+FUCHS

Automatyzacja to nasz świat. Perfekcyjne rozwiązania - nasz cel.

Obecnie firma Pepperl+Fuchs jest znana klientom na całym świecie jako przedsiębiorstwo pionierskie i innowacyjne w dziedzinach takich, jak ochrona przeciwwybuchowa instalacji elektrycznych czy technologie czujników. Zawsze koncentrujemy się na wymaganiach klientów. Pasja, z jaką poświęcamy się automatyce, oraz przełomowe technologie, jakimi dysponujemy, pozwalają nam owocnie współpracować z klientami — tak dziś, jak i w przyszłości.

MENU PROFIL

Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Czujniki zbliżeniowe – działanie, rodzaje, zastosowanie, najczęściej popełniane błędy

8397 wyświetleń, autor: Marcin Faszczewski • iAutomatyka.pl.

Niniejszy artykuł w przystępny sposób stara się przedstawić zasadę działania, zastosowania oraz podstawowe parametry wraz z typowymi problemami występującymi przy doborze oraz stosowaniu wspomnianych czujników. Autorzy zdecydowali się na poruszenie tych – jednych z najprostszych co do zasady działania – czujników z racji ich powszechnego występowania w układach automatyki.

Na stronie iAutomatyka.pl pojawił się już wpis traktujący o czujnikach optycznych. Tym razem poruszone zostaną kwestie czujników indukcyjnych, magnetycznych i pojemnościowych.

Artykuł powstał we współpracy firmy SICK z iAutomatyka.pl.

Co to są czujniki zbliżeniowe?

Czujniki zbliżeniowe to czujniki przeznaczone do bezkontaktowego wykrywania elementów. Są bardzo powszechnie stosowane w aplikacjach automatyki. Wykorzystuje się je najczęściej do kontroli położenia, przemieszczenia i poziomu. Wśród czujników zbliżeniowych wyróżnić można między innymi czujniki indukcyjne, magnetyczne i pojemnościowe. Każdy z nich ma inną zasadę działania i może być użyty do wykrywania innych elementów.

Spis treści

  1. Czujniki indukcyjne
  2. Czujniki magnetyczne
  3. Czujniki pojemnościowe

Czujniki indukcyjne

Głównym elementem detekcyjnym czujnika indukcyjnego jest cewka. Wymuszając przepływ prądu przez cewkę indukujemy wokół niej pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne oddziałuje na metalowe elementy (ferromagnetyczne i nieferromagnetyczne – więcej o tym w dalszej części rozdziału) znajdujące się przed czujnikiem w granicach jego zasięgu. Zmiany w tym polu są śledzone przez układ elektroniczny czujnika. Wielkość tych zmian zależy od odległości elementu od czoła czujnika. Aktywowanie wyjścia następuje po zbliżeniu elementu na odpowiednią odległość. Najczęściej odległość tą można zmieniać regulując czułość czujnika.


W zależności od tego jaki mamy zasięg czujnika (nominalny Sn czy też roboczy/zalecany Sa), rodzaj materiału (metal ferromagnetyczny/nieferromagnetyczny) i jego gabaryty, rodzaj zabudowy czujnika (z czołem zabudowanym czy niezabudowanym), częstotliwość przełączania i innych parametrów, będzie zależało jakie elementy i pod jakimi warunkami możemy wykryć (dzięki wyjściom przełączającym/dyskretnym) i pomierzyć (np. wyjścia analogowe). Czujniki te mogą pracować z wykorzystaniem protokołu IO-Link. Istnieją też kombinacje powyższych wyjść np. czujnik posiada wyjście przełączające lub impulsowe na jednym pinie, a na innym komunikację po IO-Link.

Przegląd czujników indukcyjnych SICK: https://www.sick.com/pl/pl/czujniki-zblizeniowe/indukcyjne-czujniki-zblizeniowe/c/g190731

Zastosowanie czujników indukcyjnych

Stosowane są powszechnie przy wykrywaniu obiektów metalowych, części maszyn, krzywek, kontroli obecności/jakości np. wieczek aluminiowych, kapsli na butelkach, pozycjonowaniu elementów części maszyn, sprawdzaniu podania warstwy materiału, pomiarze lub kontroli grubości blachy czy folii aluminiowej, mierzenia prędkości lub przyśpieszenia w napędach itd. Tak naprawdę zastosowanie tych czujników ogranicza jedynie wyobraźnia. Na przykład przykręcona do plastikowego bębna metalowa śruba może być wykorzystana do mierzenia prędkości obrotu tego bębna.

Przykładowym zastosowaniem czujnika indukcyjnego może być wykrywanie obecności popychacza w pozycji krańcowej. W fabryce piwa wieczka, którymi zamykane są puszki, wypychane są stopniowo z podajnika za pomocą popychacza napędzanego siłownikiem. Zachodzi konieczność kontroli w którym momencie popychacz znajduje się w swojej krańcowej pozycji. W tym celu wykorzystano czujnik indukcyjny. Czujnik umieszczony jest poniżej w pozycji pracy popychacza i jeżeli ten znajdzie się bezpośrednio nad czujnikiem wyjście czujnika zostanie aktywowane.

Na poniższych zdjęciach widać wspomniany czujnik 45U1, który jest na jednym zdjęciu aktywowany (znajduje się nad nim wspomniany popychacz), a na drugim nie.

Dodatkowo poniżej schemat elektryczny, na którym widać w jaki sposób zasilane są czujniki trzy-przewodowe oraz w którym miejscu sygnał z czujnika podany jest do systemu sterowania. Dołączone zostało zdjęcie pokazujące podłączenie czujnika do wyspy I/O.

I jeszcze dla innego przykładu pokazujemy czujnik z tej samej linii produkcyjnej. Tak są ustawione na podajniku aluminiowe wieczka, a ich obecność wykrywa czujnik indukcyjny oznaczony jako 45U7.


Najważniejsze parametry czujników zbliżeniowych indukcyjnych

Ważna uwaga: Część z tych parametrów odnosi się również do czujników magnetycznych oraz pojemnościowych.

  1. Zasięg

W zależności od materiałów można zetknąć się z różnymi opisami oraz zależnościami pomiędzy poszczególnymi typami zasięgów. Najczęściej podaje się maksymalny zasięg czujnika. Jest on skalowany dla typowej stali konstrukcyjnej St3. Jest też zasięg zalecany/roboczy/pewny Sa podawany dla tego samego gatunku stali. Najczęściej podawany jako przelicznik 0,81 zasięgu maksymalnego Sn. Wartość ta wynika m.in. z wartości tolerancji zasilania, różnicy temperatur, tolerancji elementów elektronicznych użytych do budowy czujnika.

W praktyce, zapewniony zasięg czujnika Sa jest używany jako wyznacznik w celu zapewnienia przełączania wyjścia czujnika z uwzględnieniem wszystkich tolerancji. Zapewnia to również działanie czujnika w swoim zakresie roboczym.

Większość czujników indukcyjnych to proste konstrukcie, które po „złożeniu” czujnika mają niezmienne parametry takie jak zasięg i histerezę. W niektórych, bardziej zaawansowanych czujnikach po złożeniu stosuje się dodatkowo kalibrację. Dzięki temu wspomniany zalecany zasięg czujnika ma wartości bliższe zasięgowi maksymalnemu, mniejszą histerezę itd.

Zasięg oprócz parametrów samego czujnika zależy również od kilku innych zewnętrznych czynników

Ważne: Kalibrację czujnika wykonuje się na płytkę stalową St3 o konkretnych gabarytach. W praktyce przekłada się to na detekcję elementów metalowych z odległości zbliżonej do zasięgu nominalnego gdy grubość minimalna obiektu wynosi min. 2 mm a jego powierzchnia jest bliska 2,5 do 3 krotności pola aktywnego czujnika.

  1. Histereza

Jak każde urządzenie techniczne tak i czujniki obarczone są pewną histerezą. W przypadku czujników objawia się to innym punktem przełączenia wyjścia przy przesuwaniu obiektu do/od czoła czujnika. Co ważne, zjawisko występuje również gdy przesuwamy obiekt z boku przed czoło czujnika. Histereza ma zwykle wartość procentową ujętą w funkcji zasięgu czujnika.

Ważne: Co zrobić gdy jest nam potrzebny punkt przełączania o dużej powtarzalności? Najprostszym sposobem jest wzięcie czujnika o małej cewce (małej średnicy), o małym zasięgu.

Inaczej mówiąc histereza jest różnicą odległości, przy której czujnik reaguje na zbliżanie i oddalanie metalu od jego czoła. Wtedy stan wyjścia zmienia się z OFF na ON lub z ON na OFF (rysunek poniżej). Wartość histerezy zależy od rodzaju i wielkości czujnika i nie przekracza 20% zakresu pomiarowego. Przy jej występowaniu czujnik będzie prawidłowo pracował również wtedy, gdy wykrywany przedmiot znajduje się na granicy strefy działania czujnika. W czujnikach wyposażonych w sygnalizacje stanu wyjścia jest to sygnalizowane świeceniem diody LED.

  1. Współczynniki materiałowe (redukcja zasięgu)

Czujniki indukcyjne w większości wypadków nie posiadają możliwości wykrywania różnych elementów metalowych z tego samego/zbliżonego zasięgu. Dla danych materiałów, np. miedź, mosiądz, aluminium stosuje się współczynniki, które mnoży się przez zasięg czujnika. W ten sposób z pewnym przybliżeniem jesteśmy w stanie określić zasięg czujnika na dany materiał.

Istnieją również czujniki, które charakteryzują się wykrywaniem różnych metali z podobnych odległości.

Ważna sprawa: Nawet gdy czujnik posiada tego typu układ elektroniczny należy sprawdzić z jakiego materiału wykonane jest czoło czujnika. W niektórych wersjach o wysokim stopniu ochrony IP 69K czujniki mogą mieć czoła wykonane ze stali nierdzewnej. Taki czujnik, wykrywający różne metale z podobnego zasięgu będzie pracował prawidłowo przy wykrywaniu wszystkich rodzajów metalu z wyjątkiem stali nierdzewnej zbliżonej właściwościami do stali czoła czujnika. Jak widać, są wyjątki od reguły.

  1. Zabudowa czoła

W zależności od zabudowy czoła czujnika (czoło zabudowane lub niezabudowane) czujnik o danym korpusie charakteryzuje się większym lub mniejszym zasięgiem. W przypadku czujników o korpusie gwintowanym na pierwszy rzut oka zabudowę rozpoznać można przez sprawdzenie czoła czujnika i gwintu, tj. czy korpus jest nagwintowany prawie do końca czoła czy jakaś część czoła musi wystawać ponad metalowy korpus, wspornik montażowy itp.

Czujniki z czołem zabudowanych zwykle posiadają mniejszy zasięg ale mają bardziej precyzyjny punkt przełączania. Czujniki z czołem niezabudowanym (potocznie „wystającym”) mają większy zasięg ale mniej precyzyjny punkt przełączania.

Wraz z rodzajem zabudowy czoła oraz zasięgiem czujnika, musimy uważać na zasady montażu czujników indukcyjnych. Chodzi tu o trzymanie odstępu od innego czujnika indukcyjnego, metalowego obiektu w tle czy metalowych części z boku czujnika.

Wartości te są różne dla różnych czujników. Warto je sprawdzić wcześniej przed montażem w trakcie doboru czujników. Typowo czujniki są umieszczane w dokumentacji projektowej czy w maszynach na końcu projektu. Wiąże się to czasem z kłopotliwym problemem „upakowania” czujników o danym zasięgu w ciasnej zabudowie. Jeśli źle dobierzemy czujnik nie będzie on prawidłowo pracował, np. będzie wzbudzał się na metalowy obiekt w tle za wykrywanym obiektem.

  1. Częstotliwość przełączania

Jest to maksymalna częstotliwość z jaką czujnik może wykrywać pojawiające się obiekty – sygnalizować ich obecność na wyjściu.

Warto tu wspomnieć, że w przypadku szybko pojawiających się obiektów warunek maksymalnej częstotliwości przełączania jest zwykle spełniany w około połowie zasięgu nominalnego.

  1. Parametry zasilania, typ i ilość wyjść

Typowo czujniki te wykonuje się z wyjściami przełączającymi (dyskretnymi) PNP lub NPN. Występują również wersje uniwersalne umożliwiające podłączenie czujnika w obydwu polaryzacjach do wyboru przy podłączeniu odpowiedniej sekwencji pinów. Do pomiarów stosuje się typowo wersje z wyjściami analogowymi 4…20 mA lub 0…10 V.

Ważne: Przed zdecydowaniem się na konkretny czujnik z wyjściem analogowym warto sprawdzić czy (w przypadku wyjścia prądowego) wartość 4 mA jest pokazywana gdy obiekt jest bliżej czoła a 20 mA dalej od czoła czujnika, czy też mamy do czynienia z sytuacją gdy 20 mA na wyjściu czujnika jest w przypadku gdy obiekt prawie dotyka czoła czujnika a 4 mA gdy obiekt jest na skraju zasięgu.

W przypadku gdy czujnik indukcyjny ma swoim wyjściem wysterować bezpośrednio urządzenie podając mu zasilanie, używa się czujników dwu-przewodowych. Jeden z przewodów czujnika dwu-przewodowego łączy się wówczas z cewką przekaźnika która przerzuca zworę przekaźnika.

Niedoświadczonym użytkownikom zdarza się podłączyć czujnik dwu-przewodowy bezpośrednio do zasilania (z pominięciem obciążenia; jakby w ogóle nie wiedzieli, że czujnik ma wystawić sygnał) co zwykle kończy się spaleniem czujnika.

Występują również czujniki z interfejsami do wymiany danych, np. działające po protokole IO-Link, czujniki z wyjściami impulsowymi gdzie obecność obiektu czy jego prędkość jest określana konkretną częstotliwością impulsów itd.

Jeśli chodzi o ilość i kombinacje wyjść najbardziej typowe są czujniki indukcyjne z jednym wyjściem oraz dwoma wyjściami przełączającymi komplementarnymi (jedno Normalnie Otwarte i drugie Normalnie Zamknięte), Występują również kombinacje w postaci jednego wyjścia przełączającego i jednego z IO-Link, wyjście impulsowe i wyjście IO-Link, trzy wyjścia przełączające sygnalizujące kolejno osiąganie danego progu przez obiekt. Czujniki z wyjściami analogowymi w ostatnich latach ustępują nieco na rzecz czujników pracujących z protokołami ale nadal cieszą się popularnością.

Poniższy rysunek przedstawia przykłady podłączeń czujników z wyjściem cyfrowym.

Poniższy rysunek przedstawia przykład podłączeń czujników z wyjściem analogowym. Dokładnie jest to czujnik indukcyjny IMA18-10BE1ZCOK z wyjściem analogowym 0-10V (wyjście QA1) lub 4-20mA (wyjście QA2). Ze specyfikacji technicznej możemy dowiedzieć się, że jego zakres pomiarowy to 0-10mm. Zauważ na poniższym wykresie jego charakterystykę pracy:

  • 0mm będzie odpowiadało 0V dla wyjścia napięciowego QA1 i 4mA dla wyjścia prądowego QA2,
  • 5mm będzie odpowiadało około 5V dla wyjścia napięciowego QA1 i 12mA dla wyjścia prądowego QA2,
  • 10mm będzie odpowiadało 10V dla wyjścia napięciowego QA1 i 20mA dla wyjścia prądowego QA2.

Zauważ, że charakterystyka nie jest w 100% liniowa, tylko przybiera kształt „fali”. Przez to bliżej krańców zakresu pomiarowego zmiany sygnału analogowego również będą nieliniowe.

  1. Przeznaczenie, odporność (stopień ochrony)

Większość powszechnie stosowanych czujników indukcyjnych przeznaczona jest do pracy w typowych aplikacjach, gdzie nie występują ciężkie warunki pracy. Najpopularniejsze rodzaje czujników to te występujące w korpusach M12, M18, dalej M8 oraz M30 o największych zasięgach. Korpusy wykonane są z mosiądzu niklowanego, a czoła z tworzyw sztucznych. Typowy stopień ochrony to IP 69K

Istnieją również czujniki specjalizowane do pracy w danych aplikacjach, czy środowiskach. Mogą to być czujniki do pracy w branży spożywczej, farmaceutycznej czy kosmetycznej. Ze względu na ryzyko bezpośredniego kontaktu z medium, utrzymywanie antyseptyki, powstrzymywanie rozwoju bakterii ich korpusy wykonuje się ze stali nierdzewnej. Czoła czujników mogą być wykonane z tworzyw sztucznych bez barwnika (żeby nie wytrącił się do medium) z certyfikatami materiałowymi zezwalającymi na kontakt np. z żywnością lub ze stali nierdzewnej.

Istnieją również rozwiązania w postaci czujników o zwiększonej odporności na oleje maszynowe, przekładniowe i chłodziwo. Jeśli mamy do czynienia z czujnikiem z wyprowadzonym przewodem, przewód również ma zwiększoną odporność np. na olej.

Innym przykładem mogą być czujniki wykonane do aplikacji hydraulicznych gdzie występują wysokie ciśnienia. Ich czoło wykonane jest z innych materiałów. Nieco inaczej wykonane jest samo przyłącze czujnika.

Występują również czujniki inteligentne, wykorzystywane do pracy w napędach, służące do monitorowania prędkości czy przyśpieszenia, czujniki o zwiększonej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne i podwyższoną temperaturę (np. do aplikacji spawalniczych czy pieców) oraz wiele innych.

Coraz częściej sięga się po czujniki nazywane SMART SENSORS. Są to czujniki komunikujące się z układem sterowania maszyny i przekazujące oprócz parametrów detekcji i danych pomiarowych również dane diagnostyczne. Czujniki te prowadzą monitoring swoich parametrów oraz posiadają dodatkowe funkcje – zależne od wybranego typu czujnika. Mogą to być przykładowo funkcje licznika, debouncera, filtra czasowego i wiele innych. Czujnik taki w wielu  przypadkach po zaprogramowaniu może pracować samodzielnie lub wręcz odciążać PLC. SMART SENSORS w wielu modelach mogą pracować również jako standardowe czujniki z wyjściem tranzystorowym.

Poniżej przykłady:

  • Zobaczcie jak wiele różnych parametrów można ustawić w menu czujnika monitorującego prędkość i przyspieszenie napędu.

  • Czujnik kontrolujący zużycie łańcucha w układzie transportowym palety. Widoczne cztery przedziały (okna) zasięgu, które czujnik obsługuje.

  • Menu czujnika indukcyjnego monitorującego obecność pojedynczej lub podwójnej warstwy folii aluminiowej.

Więcej o SMART SENSORS:

https://www.sick.com/pl/pl/smart-sensors/w/smart-sensors/

W przypadku gdy potrzebny jest nam duży zasięg, dosyć często sięga się po czujniki indukcyjne w obudowie prostopadłościennej. Istnieją również czujniki w postaci małych prostopadłościanów, które w wygodny sposób można umieszczać w profilach czy mocować do korpusów urządzeń.

W niektórych aplikacjach gdzie czujniki ulegają częstym uszkodzeniom mechanicznym, czujniki prostopadłościenne montuje się na specjalnych mocowaniach (nazywanych też kołyskami). W przypadku uszkodzenia głowica czujnika jest szybko wypinana z mocowania i zamieniana na nową. Oszczędza się w ten sposób czas potrzebny na typową wymianę czujnika i jego montaż.

Osobną grupą czujników indukcyjnych są czujniki przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Najczęściej spotyka się czujniki oparte na rozwiązaniu iskro-bezpiecznym NAMUR, gdzie czujnik pracuje na niskich prądach będąc podłączonym do specjalnego modułu bezpieczeństwa.

Typowe błędy i jak sobie z nimi radzić

1. Czujniki zazwyczaj są umieszczane w projektach (w dokumentacji) oraz w maszynach jako jedne z ostatnich elementów. Z tej racji bardzo często występuje potrzeba zmieszczenia czujników indukcyjnych w ciasnej zabudowie lub jak najbliżej innego czujnika. Warunki minimalnej zabudowy czy zabudowy dwóch czujników znajdujących się blisko siebie można czasami zniwelować. Każdorazowo wymaga to przetestowania czujników na żywo. Tabele zabudowy czujników tworzone są zwykle na podstawie typowych stali konstrukcyjnych. Odstępy między dwoma pracującymi czujnikami dobierane są z kolei zwykle na zasadzie wyników ustalonych między dwoma identycznymi. Dobierając czujniki indukcyjne dwóch różnych rodzin o różnych parametrach zwiększamy szansę bliższego ich zabudowania względem siebie. Ważne aby test przeprowadzić w warunkach rzeczywistych, wielokrotnie wprowadzając i usuwając wykrywany element/obiekt.

2. Zdarzają się również przypadki awaryjne, gdy uszkodzeniu ulega czujnik indukcyjny o zwiększonym zasięgu a mamy na stanie jedynie wersję o zasięgu standardowym. Można tu użyć odwrotnej metody, i spróbować wymusić większy zasięg przez umieszczenie „w tle” za wykrywanym elementem/obiektem metalowej blachy (ferromagnetycznej). Zwiększy ona zasięg czujnika. Musimy jednak jak w przypadku omówionym powyżej przeprowadzić testy ponieważ naruszamy zwykle zasady zabudowy czujnika indukcyjnego.

3. Niektórzy z użytkowników czujników dwu-przewodowych próbują podłączać je bezpośrednio do źródeł zasilania lub do złego źródła (np. pod 230 V AC zamiast 24 V DC). Podłączenie czujnika dwu-przewodowego bez obciążenia bezpośrednio do źródła zasilania kończy się spaleniem czujnika. Powstaje pytanie: Co użytkownik chciał osiągnąć w ten sposób, skoro nie wyprowadził z czujnika sygnału? Inny przypadek to podłączanie czujników iskro-bezpiecznych w wykonaniu NAMUR zamiast do specjalizowanych separatorów (czujniki te pracują na niskich prądach i napięciach) do standardowych zasilaczy. Często bazujemy na tym co już robiliśmy i zdarza nam się pomijać sprawdzanie dokumentacji. Każdorazowo powinno sprawdzać się z jakim typem układu elektronicznego czujnika mamy do czynienia.

4. Jednym z częstych przypadków jest przeciążanie prądowe wyjść tranzystorowych czujników indukcyjnych. Temat ten można rozbić na dwa przypadki:

  • Podłączenie wyjścia tranzystorowego czujnika nie jako podającego sygnał o obecności elementu, a bezpośrednio do wysterowania innego urządzenia przez podanie mu zasilania. Jeśli prąd rozruchu „urządzenia” przekracza prąd nominalny czujnika na jego wyjściu, wówczas może nastąpić uszkodzenie wyjścia tranzystorowego czujnika (chyba, że ma stosowne zabezpieczenie). Jeśli musimy czujnikiem wysterować zasilanie urządzenia wówczas najlepiej jest użyć czujnika dwu-przewodowego, gdzie na jednym z jego przewodów podłączamy cewkę przekaźnika. Przekaźnik może zasilić drugim napięciem docelowy układ/urządzenie.
  • Łączenie wyjść czujników indukcyjnych w kaskady, tj. wyjście poprzedniego czujnika stanowi zasilanie kolejnego. Jest to bardziej rozbudowana wariacja poprzedniego przypadku, gdzie użytkownik buduje sobie prosty układ logiczny bez użycia sterownika czy bramek logicznych. Mamy więcej elementów więc prąd pobrany z wyjścia np. pierwszego czujnika jest jeszcze większy. W przypadku równoczesnego uruchomienia takiej „samoróbki” prąd pobrany z wyjścia pierwszego czujnika potrafi osiągać duże wartości i uszkodzić jego wyjście tranzystorowe. Musimy pamiętać, że zwłaszcza przy uruchomieniu czujnika, wartość chwilowa prądu podczas jego uruchomienia jest wyższa niż podczas nominalnej pracy. Producenci czujników nie wiedzą zwykle jaki jest prąd pobierany przy rozruchu urządzenia zewnętrznego, które jest podłączane swoimi zaciskami zasilania do wyjścia czujnika. Trzeba to sprawdzić w dokumentacji urządzenia. Generalnie nie zaleca się takiego sposobu łączenia czujników. Jest on bardzo ryzykowny dla samych czujników. Cierpi na tym również jakość i poziom sygnału wyjściowego na ostatnim czujniku.

5. Podłączanie do czujników o wysokim stopniu ochrony IP np. IP68, IP69K przewodów o niższym stopniu ochrony lub wtyczek z zarobionym przewodem. Generalnie jeśli szukamy odpornego czujnika do pracy w trudnym środowisku, należy pamiętać że przewód musi też charakteryzować się dużą odpornością. Przykładowo, jeśli do aplikacji spożywczej, gdzie występuje mycie myjką ciśnieniową stosujemy czujnik z IP69K to dobieramy przewód spełniający IP69K. Jeśli dobierzemy przewód z IP67 to nie miejmy pretensji, że po jakimś czasie w gnieździe elektrycznym czujnika pojawi się wilgoć, która doprowadzi do zwarcia. Ważne również aby właściwie dobrać materiał, z którego wykonany jest przewód np. o podwyższonej odporności na oleje, do korytek ruchomych czy do pracy w danym zakresie temperatur. To wszystko ma wpływ na pracę oraz odporność czujnika.

6. Typowe błędy w przypadku użytkowania czujników inteligentnych jak SMART SENSORS to problemy wynikające z braku doświadczenia w programowaniu np. sterowników PLC. W trakcie doboru czujnika należy sprawdzić jaki mamy sterownik i czy czujnik posiada biblioteki go obsługujące. Jeśli decydujemy się na używanie SMART SENSORA jako samodzielnego czujnika, pamiętajmy aby zgrać jego ustawienia na laptopa. W przypadku uszkodzenia czujnika instalujemy następny taki sam i od razu wgrywamy mu ustawienia. Czujnik jest po tym gotowy do pracy. Jeśli pracujemy w większym zespole, warto taki niezależnie pracujący czujnik oznaczyć w dokumentacji i załączyć jego plik z ustawieniami, a nawet nanieść na niego specjalne oznaczenia niezmywalnym markerem. Unikniemy w ten sposób zaskoczenia w przypadku jego uruchomienia.

Czujniki magnetyczne

Czujniki magnetyczne wykrywają obecność pola magnetycznego generowanego przez magnes stały. Zatem stosuje się je w celu wykrywania magnesów. Jednak jak często na liniach produkcyjnych istnieje taka konieczność? Rzadko i właśnie to jest zaletą. Magnesy mogą być montowane w różnych ruchomych elementach, a ich położenie wykrywane za pomocą czujników magnetycznych. Najczęstsze zastosowanie to wykrywanie położenia tłoczyska w siłownikach pneumatycznych i hydraulicznych oraz krańcówki zamknięcia osłon na liniach produkcyjnych. Proste czujniki nie wymagają zasilania i występują w wersjach dwu-przewodowych.

Przegląd czujników magnetycznych SICK: https://www.sick.com/pl/pl/czujniki-zblizeniowe/magnetyczne-czujniki-zblizeniowe/c/g201656

Podstawy teoretyczne

Przestrzeń, w której oddziałują siły magnetyczne nazywamy polem magnetycznym. W głównej mierze pole magnetyczne istnieje wkoło magnesów i przewodników, przez które płynie prąd elektryczny. W magnesie można wyróżnić dwa bieguny – N i S. Linie oddziaływania pola magnetycznego biegną zawsze od bieguna N do S i są zamknięte. Identycznie wygląda pole magnetyczne wytwarzane przez zwojnicę, przez którą płynie prąd elektryczny.

Tutaj warto wspomnieć o ferromagnetykach. Są to materiały, które mogą zostać namagnesowane podczas przebywania w polu magnetycznym. Głównie jako ferromagnetyki używa się stopy żelaza (stal z różnymi dodatkami) i niklu.

Rodzaje czujników magnetycznych

Wśród czujników magnetycznych wyróżnić można dwie podstawowe technologie wykonania: kontaktrony i czujniki Halla.

  • Kontaktron to dwie cienkie blaszki wykonane z materiału ferromagnetycznego, które znajdują się w próżni albo w gazie obojętnym. Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego na jednej z blaszek pojawia się biegun N, a na drugiej S. Blaszki o przeciwnych biegunach przyciągają się i łączą zamykając w ten sposób obwód elektryczny.

    Czyli w skrócie po przyłożeniu do kontaktronu magnesu blaszki zwierają się, przepływa przez nie prąd, co jest odczytywane jako wysterowanie wyjścia czujnika. Po usunięciu magnesu blaszki rozwierają się na skutek ich sprężystości. Kontaktronów często używa się do sygnalizowania krańcowych położeń w osłonach maszyn i siłownikach. Jest to proste i tanie rozwiązanie. Nie jest pozbawione jednak wad, w urządzeniach przenoszących duże wibracje może dochodzić do „sklejania” się blaszek. Mimo usunięcia z pola magnesu (czyli np otwarcia osłony) blaszki pozostaną zwarte, a obwód elektryczny zamknięty. Dlatego warto uważać w jaki sposób wykorzystujemy sygnał z kontaktronów w takich aplikacjach.
  • Czujnik Halla swoją nazwę bierze od efektu Halla. W skrócie efekt ten polega na pojawieniu się różnicy potencjałów w przewodniku kiedy ten znajdzie się w polu magnetycznym i płynie przez niego prąd stały. Najczęściej jako element czynny wykorzystuje się płytkę magneto-rezystywną. Aby efekt ten mógł zostać wykorzystany w praktyce należy użyć bardzo cienkich płytek wykonanych z materiałów półprzewodnikowych. Wtedy zmiana potencjałów jest na tyle wyraźna, aby można było uznać to za efekt pojawienia się magnesu w obrębie działania czujnika. Jako, że czujniki Halla muszą mieć doprowadzone zasilanie coraz częściej w ostatnim czasie dodaje się do nich dodatkowe funkcje tworząc tzw. inteligentne czujniki (Smart Sensors). Czujniki te wykorzystuje się najczęściej do określania położenia tłoczyska w siłownikach. Cechują się mniejszym czasem odpowiedzi od kontaktronów i precyzyjniejszym punktem przełączania

    Czujniki Halla występują najczęściej jako:

    • Czujniki magnetyczne w korpusach gwintowanych lub prostopadłościennych. Ich wygląd zbliżony jest do czujników indukcyjnych.
    • Czujniki przystosowane typowo do montażu na obudowie siłowników pneumatycznych.

Czujniki magnetyczne do siłowników

Pole magnetyczne jest bardzo przenikliwe, co zapewnia tym czujnikom dużą odporność na zabrudzenia oraz odporność na zakłócenia. Za zasięg odpowiada odpowiednie dobranie zespołu czujnik + magnes.

W przypadku „standardowych” czujników magnetycznych ich zasięg wyrażany jest w [mm]. Dla czujników magnetycznych do siłowników zwykle podaje się ich czułość na natężenie pola magnetycznego wyrażone w [mT].

Dodatkowo, dla tego typu czujników podaje się dosyć często parametr o nazwie „Overrun” wyrażony w [mm]. Wartość ta w przybliżony sposób podaje część wspólną drogi na jakiej przesunęło się tłoczysko w jedną i drugą stronę (część wspólna przy wysunięciu i schowaniu tłoczyska).

Czujniki do siłowników wykonuje się w korpusach w zależności od rodzaju zabudowy siłownika. Najpowszechniejszymi wykonaniami czujników są te przystosowane do montażu do rowków typu T i rowków typu C.

W przypadku rowków typu C należy zwrócić uwagę, że niektóre z ich typów różnią się w minimalny sposób wymiarami. W przypadku błędnego doboru można mieć poważne problemy z „wciśnięciem” czujnika w rowek. Czujnik może również wyskoczyć z rowka w trakcie pracy.

Inne typy to czujniki do siłowników ze szpilką, z wypustami (czujniki wyglądają podobnie ale nie można ich pomylić gdyż nie da się ich zamocować zamiennie w trwały sposób). Istnieje również szereg akcesoriów, np. opasek, mocowań, adapterów, dzięki którym czujniki można zamocować do siłowników.

W niektórych przypadkach czujnik magnetyczny ma wskazać konkretną wartość położenia tłoczyska siłownika pneumatycznego (np. popularne dokręcarki czy zautomatyzowane wiertarki stołowe). Można powiedzieć, że czujnik taki pracuje na zasadzie liniału. Informacja o położeniu/przesunięciu przekazywana jest wówczas przy użyciu wyjścia analogowego lub IO-Link.

W przypadku gdy mamy do czynienia z siłownikami o bardzo krótkich skokach i nie chcemy umieszczać dwóch czujników, które informują o skrajnych położeniach tłoka, możemy zastosować jeden czujnik, który w jednym korpusie posiada dwie głowice (sensory) wykrywające magnes na tłoczysku. W ten sposób oszczędzamy czas i redukujemy okablowanie.

W dobie powszechnej miniaturyzacji powstaje coraz więcej konstrukcji specjalizowanych do kontroli zamknięcia/otwarcia chwytaków robotów przemysłowych i manipulatorów. W przypadku tego typu aplikacji ważne są nie tylko same gabaryty i miejsce wyprowadzenia przewodu (chwytak nie może się na nim przecież „zatrzasnąć”), ale też odporność czujnika i przewodu na obciążenia dynamiczne.


Typowe błędy i jak sobie z nimi radzić

1. Jednymi z typowych błędów wynikających z chęci znacznego wydłużenia zasięgu czujników magnetycznych jest próba zastosowania magnesów neodymowych zamiast polecanych przez producenta magnesów trwałych. Stosowanie magnesów neodymowych kończy się zwykle uszkodzeniem elektroniki czujnika.

2. W przypadku czujników do siłowników z rowkiem typu T lub C zdarzają się przypadki zagubienia małych śrub, które blokują czujnik w rowku. Są one wykonane z metali nieferromagnetycznych. Wymieniając taką śrubę na popularnie stosowane sprawiamy, że nowa śruba zaczyna się magnesować. Po pewnym czasie użytkownik nawet po wymontowaniu czujnika z rowka obserwuje, że na jego wyjściu ma cały czas stan wysoki – mimo braku obecności magnesu. Podobne zjawisko występuje, jeśli do mocowania magnesu lub w pobliżu miejsca jego zamocowania zastosujemy typowe wsporniki z metali ferromagnetycznych. Namagnesują się one przez dłuższy okres czasu, co doprowadzi do błędnych wskazań czujnika.

3. Inny przypadek dotyczy mocowania w wiązki po kilka przewodów czujników do siłowników. Nie powinny one być napięte – powinien występować pewien zapas luzu. Jeśli go nie zapewnimy a wiązka będzie napięta i zebrana „trytytką”, wówczas na skutek pracy siłownika i pochodzących od niego drgań trytytka zacznie przecinać przewody. W skrajnym przypadku przewód może być nawet wyszarpywany z korpusu czujnika powodując jego rozszczelnienie lub oddzielenie od układu elektronicznego.

Czujniki pojemnościowe

W przypadku niektórych aplikacji, gdzie wykrywane obiekty nie są wykonane z metalu, stosuje się czujniki pojemnościowe. W znakomity sposób wykrywają one metale, ciecze, granulaty. W zależności od stałej dielektrycznej obiektu będziemy go wykrywać z większej lub mniejszej odległości. Czujnik zbudowany jest z dwóch metalowych elektrod tworzących kondensator otwarty. Kiedy do czujnika przybliżymy obiekt kondensator ten zmienia swoją pojemność. Wyjście czujnika aktywowane jest kiedy aktualna pojemność w wystarczającym stopniu różniła się będzie od pojemności bazowej (takiej kiedy przy czujniku nie ma żadnych przedmiotów). Czujniki pojemnościowe korzystają z faktu, że przenikalność elektryczna (stała dielektryczna) wszystkich ciał stałych i cieczy jest większa niż gazów (w tym powietrza).

Przegląd czujników pojemnościowych SICK: https://www.sick.com/pl/pl/czujniki-zblizeniowe/pojemnosciowe-czujniki-zblizeniowe/c/g201659

 


Zastosowanie czujników pojemnościowych

Czujniki pojemnościowe stosuje się najczęściej w przypadku:

  • Wykrywania obiektów, które są dielektrykami.
  • Jako czujniki kontroli poziomu cieczy o małej lepkości.
  • Jako czujniki kontroli obecności cieczy/poziomu w zbiornikach cienkościennych. Te wersje czujników są „na płasko” mocowane na danej wysokości do zbiorników cienkościennych.
  • Jako czujniki poziomu granulatów i substancji sypkich (trzeba uważać na higroskopijność).
  • Do wykrywania obiektów metalicznych niezależnie czy są ferro czy nieferromagnetyczne.
  • Czujniki pojemnościowe są bardzo odporne na zakłócenia (dzięki stałej ładowania/rozładowania kondensatora) co można wykorzystać przy zastosowaniu ich np. zamiast konwencjonalnych czujników indukcyjnych.
  • Do kontroli poziomu/obecności substancji agresywnych. Istnieją wersje czujników w korpusach wykonanych z teflonu. Są one bardzo odporne chemicznie.
  • Jako czujniki zasypu, poziomu napełniania.

Ważne! Do wad czujników pojemnościowych należą:

– Niska częstotliwość przełączania. Zwykle nie przekracza 50 Hz. W porównaniu z typowymi np. czujnikami indukcyjnymi, gdzie standardowa częstotliwość przełączania to wartości rzędu 1kHz – 2,5 kHz można powiedzieć, że czujniki pojemnościowe są dość wolne. Są jednak wystarczająco szybkie do większości aplikacji.

– Czujniki te są stosunkowo czułe. Należy więc uważać na lepkie ciecze, które obklejając czoło czujnika potrafią zafałszować jego działania. Przykładowo: Czujnik „obklejony” lepką, gęstą cieczą będzie wskazywał stan maksymalny w zbiorniku gdy w rzeczywistości zbiornik jest prawie pusty. To samo zjawisko dotyczy substancji sypkich o dużej higroskopijności. Pod wpływem wilgoci substancja taka potrafi się obkleić na czujniku pojemnościowym fałszując jego wskazania. Z tej racji do zbiorników gdzie wykrywane są tego typu substancje powinno stosować się czujniki z czołem zabudowanym. Zmniejszamy w ten sposób ryzyko „oszukania” czujnika.

Czujnik z czołem niezabudowanym do kontroli poziomu substancji sypkiej – występuje ryzyko oblepienia czoła czujnika

W większości przypadków czujniki pojemnościowe posiadają możliwość regulacji czułości w postaci potencjometru lub przyciski do programowania. Dzięki temu istnieje możliwość regulacji czujnika pod daną aplikację.

Typowe błędy i jak sobie z nimi radzić – czujniki pojemnościowe

1. Najbardziej typowe błędy to przekraczanie maksymalnej częstotliwości przełączania czujników pojemnościowych. Musimy pamiętać, że czujniki te nie są tak szybkie jak czujniki indukcyjne.

2. Ze względu na ich dosyć dużą czułość musimy pamiętać, że należy na nie uważać zwłaszcza w przypadku aplikacji z materiałami higroskopijnymi lub lepkimi. Potrafią one oblepić czoło czujnika i fałszować jego wskazania jak opisano powyżej. Stosujemy wówczas czujniki pojemnościowe z czołem zabudowanym lub – jeśli jest taka możliwość – np. czujniki ultradźwiękowe.

3. Innym sposobem zabezpieczenia się przed oblepianiem czujnika jest użycie specjalnych nakładek, dedykowanych do tego typu materiałów. Minimalizują one proces nawarstwiania się materiału oraz oddzielają mechanicznie swoją ścianką czoło czujnika od materiału. Wpływa to jednak w pewien sposób na czułość czujnika.

4. Niektóre z czujników pojemnościowych wykonywane są w postaci płaskich prostopadłościanów. Wersje te służą zwykle do zastosowania w ciasnej zabudowie lub do kontroli poziomu w zbiornikach cienkościennych. Ważne jest aby czujnik taki montować do ściany zbiornika powierzchnią aktywną służącą do detekcji (tak, występują pomyłki), a części aktywnej czujnika nie smarować klejem – zwłaszcza na bazie wodnej (czujnik wzbudza się od razu na obecność kleju).

 

Artykuł powstał we współpracy firmy SICK oraz iAutomatyka.pl

Autorzy:

Piotr Wiącek – SICK
Marcin Faszczewski – iAutomatyka.pl
Piotr Gwiazdowski – iAutomatyka.pl

16 października 2018 / Kategoria: , , ,
  • Autor: Marcin Faszczewski • iAutomatyka.pl
  • Redaktor naczelny w iAutomatyka.pl. Założyłem blog i portal iAutomatyka.pl aby wspólnie z Automatykami, Firmami i Integratorami publikować i szerzyć informacje związane z automatyką.  Nazywamy to Projektem iAutomatyka! Od artykułów wyjaśniających zasady w świecie automatyki po wpisy informacyjne z wydarzeniami firm. Zapraszam Automatyków do założenia bezpłatnego konta i publikowania artykułów o automatyce razem z nami. Zapraszam też firmy do założenia profilu i umieszczenia swojej działalności w katalogu i na mapie automatyki jak i publikowania artykułów wśród społeczeństwa automatyków.
  • Profil Autora
  • https://iautomatyka.pl/

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Zaawansowane ustawienia DNP3

Zaawansowane ustawienia DNP3

>KLIKNIJ<

Jak być na bieżąco z Przemysłem 4.0 i digitalizacją procesów przemysłowych?

Jak być na bieżąco z Przemysłem 4.0 i digitalizacją procesów przemysłowych?

>KLIKNIJ<

WEBINARIUM ONLINE: ZDALNY DOSTĘP Z WYKORZYSTANIEM M!DGE2

WEBINARIUM ONLINE: ZDALNY DOSTĘP Z WYKORZYSTANIEM M!DGE2

>KLIKNIJ<

Kurs projektanta systemów HMI/SCADA cz.6 – Jak przeprowadzić testy, kontrolę i utrzymanie wizualizacji

Kurs projektanta systemów HMI/SCADA cz.6 – Jak przeprowadzić testy, kontrolę i utrzymanie wizualizacji

>KLIKNIJ<

Regulator logiki rozmytej – przykład zastosowania

Regulator logiki rozmytej – przykład zastosowania

>KLIKNIJ<

Jak dobrać przekładnię z konfiguratorem SESAME

Jak dobrać przekładnię z konfiguratorem SESAME

>KLIKNIJ<

VI Mistrzostwa Polski branży automatyki przemysłowej w piłce nożnej – P+F Cup’19

VI Mistrzostwa Polski branży automatyki przemysłowej w piłce nożnej – P+F Cup’19

>KLIKNIJ<

Czym jest i jak działa sterownik bezpieczeństwa?

Czym jest i jak działa sterownik bezpieczeństwa?

>KLIKNIJ<

Korzystaj w pełni z funkcjonalności enkodera i nie męcz sterownika!

Korzystaj w pełni z funkcjonalności enkodera i nie męcz sterownika!

>KLIKNIJ<

BMO Automation rozwiązuje zdalnie 90% problemów

BMO Automation rozwiązuje zdalnie 90% problemów

>KLIKNIJ<

Automatyczny Podcast #15: Wszystko co musisz wiedzieć aby dostać podwyżkę

Automatyczny Podcast #15: Wszystko co musisz wiedzieć aby dostać podwyżkę

>KLIKNIJ<

Projektowanie automatyki w smartDESIGNER, cz.1

Projektowanie automatyki w smartDESIGNER, cz.1

>KLIKNIJ<

Jak się robotyzować z głową?

Jak się robotyzować z głową?

>KLIKNIJ<

Wykrywanie obecności niebezpiecznych gazów w powietrzu. Czujniki od Johnson Controls

Wykrywanie obecności niebezpiecznych gazów w powietrzu. Czujniki od Johnson Controls

>KLIKNIJ<

Podstawy komunikacji przemysłowej AS-i

Podstawy komunikacji przemysłowej AS-i

>KLIKNIJ<

KONKURS IAUTOMATYKA SIERPIEŃ 2019

KONKURS IAUTOMATYKA SIERPIEŃ 2019

>KLIKNIJ<

Skaner laserowy widzi coś czego nie ma – historia awarii

Skaner laserowy widzi coś czego nie ma – historia awarii

>KLIKNIJ<

Akumulatory kontra superkondensatory w zasilaczach awaryjnych UPS

Akumulatory kontra superkondensatory w zasilaczach awaryjnych UPS

>KLIKNIJ<

Jak zbudować Smart Metering, czyli inteligentny system pomiarowy?

Jak zbudować Smart Metering, czyli inteligentny system pomiarowy?

>KLIKNIJ<

Relacja ze szkolenia HMI w Mitsubishi Electric

Relacja ze szkolenia HMI w Mitsubishi Electric





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ




Kategorie
POLECANE ARTYKUŁY
KOMUNIKATY
Wydarzenia
POLECANE FIRMY I PRODUKTY

Wszystko stanie się prostsze po zalogowaniu :)

Przypomnij hasło

Nie masz konta? Zarejestruj się

Forgot your password?

Enter your account data and we will send you a link to reset your password.

Your password reset link appears to be invalid or expired.

Close
z

Przetwarzamy pliki... jeszcze chwilka…