Czujniki - Wstęp

Trudno wyobrazić sobie jakąkolwiek bardziej rozbudowaną aplikację bez detekcji tego, co dzieje się w urządzeniu. Często stajemy przed dylematem – jaki czujnik wybrać, o co pytać, co będzie działało niezawodnie, jaki producent, typ, obudowa, parametry… itd itd

Dobór czujnika zaczynam od określenia wszystkich parametrów jakie musi spełniać czujnik. Następnie analizuję miejsce, sposób montażu , określam najlepszą dla niego obudowę oraz warunki w jakich będzie pracować. Dopiero po kompleksowych przygotowaniach przystępuję do doboru właściwego typu czujników. Czasami po wnikliwej analizie muszę zmienić wstępnie przyjęte parametry, zmienić typ czy rodzaj czujnika . Nie jest problemem dobór czujnika – problem w tym by pracował on bezawaryjnie i w miarę bezobsługowo przez najbliższe lata.

Przykład dokonywanego prze ze mnie doboru czujnika : Co wykrywam : różnokolorowe kartony jadące po taśmociągu. Szerokość : 150 – 400mm, Montaż na transporterze, warunki – sucho, małe zapylenie, szybkość aplikacji- standard.

Wiec wybieram :

-Wstępnie grupa produktów : fotoelektryczne ( ze względu na dużą różnicę szerokości oraz różne kolory opakowań najlepiej sprawdzi się tu czujnik refleksyjny . Aby zniwelować wpływ kolorów i zabezpieczyć się przed zaburzeniami np. związanymi z możliwością pojawienia się koloru czarnego – wybieram czujnik współpracujący z lustrem )

• Kartony są produktem dużym, pewnym, nie przeźroczystym więc będę szukał wśród czujników ogólnego przeznaczenia.

-Światło dowolne : preferowane czerwone by uprościć sposób ustawienia lustra.

• Zasięg – szerokość transportera to 800mm - wybieram więc czujnik o zakresie działania tak by jego praca znajdowała się w miarę możliwości w środku zakresu podanego przez producenta

-Obudowa – ze względu na małą ilość miejsca – nie chcę by czujnik wystawał zbyt wiele za transporter ( możliwość uszkodzenia ) wybieram czujnik w obudowie kompaktowej ( prostokątnej)

• Duża odległość od szafy sterowniczej oraz trudno dostępne koryta kablowe wskazują na wybór czujnika z przyłaczem ( gniazdem) . W przypadku uszkodzenia – wymienię sam czujnik w ciągu 1 minuty , bez konieczności wymiany kabla.

• Materiał obudowy – warunki pracy pozwalają na zastosowania ekonomiczne – wystarczy tworzywo.

• Kąt kierunkowy nie jest ważny – produkt jest duży( nie mam konieczności precyzyjnego pozycjonowania ), zasilanie 24 V DC ( takim dysponuję w systemach sterowania), Wyjście NO ( bo tak mi prościej), PNP ( bo tak mam skonfigurowane wejścia sterownika PLC z którym czujnik będzie pracował ), IP min 54 ( sucho, czysto ale … )

Spojrzenie po katalogach , prośba o wycenę od kilku dostawców i wybieram o najlepszym stosunku ceny do jakości. :):)

Rodzaje czujników

1. Czujniki fotoelektryczne - Ich działanie polega na wysłaniu i odbiorze właściwie zmodulowanej wiązki światła. Elementy znajdujące się na torze światła przerywają lub zakłócają wiązkę wywalając wyjście sterujące. Czujniki wykorzystują szerokie spektrum światła. Najczęściej wykorzystują światło czerwone lub z zakresów podczerwieni. Budowa nadajnika i odbiornika eliminuje niekorzystny wpływ innego oświetlenia.

Zalety : Wiele typów, zastosowań, różnorodna konstrukcja, duży zasięg.

Wady : Wrażliwość na zabrudzenia i zaparowania czujników, luster. Wrażliwość na zmiany kolorów czy matowości powierzchni. Częste problemy z wykrywaniem materiałów transparentnych ( przeźroczystych lub półprzeźroczystych)

Czujniki optyczne możemy podzielić na różne kategorie :

Czujnik optyczny

a) podział ze względu na typ czujnika:

• nadajnik – odbiornik ( bariera)składa się z dwóch osobnych elementów: nadajnika i odbiornika umieszczonych po obu stronach przestrzeni kontrolowanej. Czujniki wykrywają obiekty pojawiające się miedzy nadajnikiem a odbiornikiem. Mają najdłuższą strefę działania.
• refleksyjne - Nadajnik i odbiornik umieszczone w jednej obudowie. Światło odbijane od elementu odblaskowego. Przesłonięcie wiązki powoduje zdziałanie czujnika. Są nie wrażliwe na kolor produktu kontrolowanego, mają większy zasięg.
• Odbiciowe od obiektu Nadajnik i odbiornik umieszczone są w jednej obudowie. Analizują wiązkę pulsującego świata odbitego od obiektu .
• Odbiciowe od obiektu szerokowiązkowe
• Odbiciowe z eliminacją wpływu tła nie reagują na zmianę kolorów produktu, umożliwiają detekcję produktów przeźroczystych ( transparentnych), Często z Funkcją MSR. b) Ze względu na dedykowane zastosowanie
• Czujniki ogólnego przeznaczenia
• Czujniki znaczników
• Czujniki laserowe
• Czujniki do materiałów transparentnych ( przeźroczystych) – posiadają małą histerezę przełączania – dzięki temu reagują na najmniejsze odchylenia od stanu zerowego.
• monitorujące stan i wykrywane błędów
• detekcja elementów kolorowych – emitują pulsacyjne światło w trzech podstawowych kolorach czerwonym, niebieskim i zielonym Odbite światło jest wzmacniane i analizowane a następnie porównywane ze wzorcem zapisanym w pamięci.
• Czujniki dalekiego zasięgu – nawet do 60m
• Z funkcjami specjalnymi ( np. przekaźnikiem czasowym)
• Przystosowane do obiektów o różnej strukturze ( np. z otworami itp)
• Kurtyny bezpieczeństwa
• Czujniki systemów wizyjnych – wyposażone w czujnik obrazu itd.
• Czujniki pomiaru odległości. Mierzą czas od wysłania impulsu świetlnego przez diodę do jego powrotu. c) Ze względu na typ światła -podczerwień -światło czerwone -laserowe – szczególną zaletą jest mała wielkość plamki i duży zasięg. Niezastąpione do detekcji małych przedmiotów oraz tam gdzie istnieje konieczność dokładnego pozycjonowania materiałów. d) Ze względu na zasięg
• Zazwyczaj od 10mm do 100m. Część czujników posiada posiada płynną regulację zasięgu za pomocą wbudowanego potencjometru. Za zasięg uznajemy maksymalną odległość czujnika od odblasku ( dla czujników refleksyjnych), maksymalną odległość od czujnika do obiektu testowanego ( dla czujników obiciowych) , maksymalną odległość od nadajnika do odbiornika ( dla barier) maksymalną odległość od elementu badanego zapewniającą właściwe działanie czujnika ( dla czujników specjalnych). Należy pamiętać że zasięg zależy także w dużej mierze od materiału i koloru obiektu podlegającego detekcji. Ze względu na różne stopnie rozpraszania i pochłaniania światła – mozna przyjąć współczynniki korekcyjne zasięgu : np. materiały białe : brak ( 1) , materiału odblaskowe ( blacha ocynkowana, aluminium polerowane ) 1,2 – 1.8, Powierzchnia chropowata czarna matowa 0,1, Powierzchnia chropowata czarna błyszcząca 0,3 itd.

e) Ze względu na obudowę -kompaktowe ( prostokątne) -cylindryczne ( M8, M12, M18 itd) -Specjalne -Miniaturowe -Widełkowe ( szczelinowe) typu bariera .Nadajnik i odbiornik zamocowany na stałe w jednym korpusie typu C powalające na prosty montaż i dokładność ustawienia. -Światłowodowe – najczęściej stosowane w miejscach niedostępnych, wysokiej temperaturze, warunkach agresywnych. Na obiekcie zainstalowane są wyłącznie światłowody – wzmacniacz może zostać zabudowany wiele metrów dalej np. w skrzyni rozdzielczej. -Mikroczujniki (MSR – funkcja likwidująca zakłócenia i odbicia powodowane refleksami i odbiciami. Zastosowanie podobnych funkcji jest wskazane w celu detekcji np. elementów z przeźroczystego materiału, szkła, poliwęglanu itp. ) f) Ze względu na przyłącze :

• Kabel o długości 2,5,10mb
• Gniazdo M8 3-4pin – Gniazdo M12 3 -4pin Złącze M8 lub M12 z kablem np. 300mm g) Ze względu na materiał obudowy
• Tworzywa ( np. PBT, ABS )
• Stal nierdzewna
• Mosiądz
• Odlew cynkowy
• Aluminium

Oczywiście na tym nie kończą się problemy z doborem czujników. Na ich przydatność, bezawaryjność oraz sposób pracy duży wpływ ma jeszcze wiele innych parametrów :

• Kąt kierunkowy - mający wpływ na rozproszenie światła, wielkość obiektu który mamy wykryć itd
• Napięcie zasilania : zazwyczaj 12-24 DC choć jest wiele czujników mogących pracować na różnych napięciach AC/DC
• Wyjście sterujące : Normalnie otwarte lub Normalnie zamknięte ( NO lub NC)- czyli przy wzbudzeniu czujnika na wyjściu pojawi się stan wysoki lub niski. Specjalną odmianą czujników – są czujniki z wyjście analogowym – gdzie zamiast sygnału cyfrowego ( o lub 1) otrzymujemy ciągły sygnał (0-10V, 4-20mA itp) proporcjonalny do siły sygnału, bliskości obiektu itp. : Rodzaj tranzystora – NPN lub PNP ( czyli po „naszemu – na wyjściu sterującym przy zasilaniu napięciem 24 DC pojawia się minus ( 0V) lub napięcie (24 V DC)) : Wyposażenie czujnika w obwody zabezpieczające : np. przed odwróceniem polaryzacji, przed zwarciem na wyjściu itd. : Czas odpowiedzi – czyli czas od wykrycia obiektu do wyzwolenia wyjścia sterującego – szczególnie ważny w szybkich aplikacjach. : Temperatura pracy – Jeżeli czujnik ma działać w temperaturze nie mieszczącej się w zakresie 20 – 45 st.C, proponuję sprawdzić kartę katalogową przed zakupem. : Stopień ochrony – tzw. IP . Jeżeli nasz czujnik będzie narażony na działanie czynników zewnętrznych jak zapylenia czy wody – musimy koniecznie dobrać właściwą gwarantowaną ochronę. A na zakładach gdzie Panie szaleją z urządzeniami wysokociśnieniowymi – bez IP69K lepiej nie podchodzić… Szkoda naszej roboty i czasu. :Ustawienia Wejść/Wyjść – możliwość „uczenia” się, dostrajanie, zerowanie, zmiana NO/NC itd. : Histereza -czyli różnica odległości obiektu badanego przy której następuje wysterowanie wyjścia . : Napięcie szczątkowe – napięcie pozostające na wyjściu sterującym przy jego stanie OF.

Przykładowi producenci czujników : Balluff- gorąco polecam, szeroka oferta, dobre wsparcie . Warte swojej ceny.

Omron - polecam – dobre, trwałe czujniki niestety w dość ograniczonej ofercie.

Lanbao – taniutkie czujniki do prostych, nie wymagających aplikacji

Wenglor - Bardzo dobre czujniki – niestety wysoko się cenią.

Truck – Dobre czujniki - ale kupuję równie dobre i taniej.