Zastosowanie czujników w automatyce przemysłowej

Czujniki w automatyce mogą pełnić rozmaite funkcje. W zależności od zadania, jakie mają spełniać możemy je podzielić na dwie główne grupy opisane poniżej. Materiał, z jakiego są wykonane elementy, na które czujnik ma reagować, decyduje również o typie czujnika, jaki powinien zostać wykorzystany w danej aplikacji.

Czujniki położenia - rodzaje

Pierwszą grupę czujników stanowią czujniki położenia. Są to elektroniczne przetworniki, które są w stanie wykryć obecność obiektu w ich bezpośrednim sąsiedztwie, bez żadnego fizycznego kontaktu z samym obiektem. Funkcja ta, wraz z brakiem jakichkolwiek mechanicznych mechanizmów uruchamiających, oznacza, że takie urządzenia są wysoce niezawodne. Stosowane są na całym świecie w sterowaniu procesami przemysłowymi, robotach przemysłowych, obrabiarkach, przyrządach pomiarowych, liniach montażowych, sektorze inżynierii lądowej itp. W tej grupie możemy znaleźć poniższe typu czujników:

• Czujniki indukcyjne. Są to przetworniki elektroniczne, które generują sygnał wyjściowy, gdy metalowy przedmiot (żelazo, aluminium, miedź, mosiądz) wchodzi w ich obszar wykrywania z dowolnego kierunku bez kontaktu. Indukcyjne czujniki zbliżeniowe są dostępne w wersji cylindrycznej, prostokątnej i różnych właściwościach elektrycznych i mechanicznych. Są również dostępne w wersji zgodnej z Namur ATEX-IECEx.
• Czujniki indukcyjne pierścieniowe. Pozwalają wykryć obecność metalowych przedmiotów, które przechodzą przez obszar wewnątrz pierścienia, dostarczane w średnicach 5-12-15-22-25-30-44-63 i 100 mm. Nadają się do wykrywania małych części metalowych, które podczas przechodzenia generują sygnały wyjściowe dla zewnętrznych poleceń operacyjnych. Są również dostępne w wersji zgodnej z Namur ATEX-IECEx. Czas opóźnienia wynoszący 100 ms sygnału wyjściowego umożliwia tym czujnikom przechwytywanie szybkiego przejścia metalowych obiektów. Dostępne w wersji z wyjściem na kabel lub złącze.
• Czujniki pojemnościowe. Są to czujniki, które generują sygnał wyjściowy, gdy dowolny rodzaj materiału (drewno, metal, plastik, produkty ziarniste i proszkowe) wejdzie w obszar wykrywania bez bezpośredniego kontaktu. Pojemnościowe czujniki zbliżeniowe są dostępne w wersji gwintowanej cylindrycznej ze wspornikami mocującymi odpowiednimi dla wszystkich różnych cech mechanicznych i elektrycznych. Typy z natychmiastową interwencją lub czasem do 15 min. są również dostarczane. Dostępne w wersji z wyjściem na kabel lub złącze.
• Czujniki fotoelektryczne to elektroniczne przetworniki emitujące światło. Zapewniają sygnał wyjściowy, gdy obiekt znajdzie się w ich obszarze wykrywania. Są dostępne w wersjach cylindrycznej M18, kwadratowej, widełkowej i światłowodowej M18. Pochodzą z odbiciem bezpośrednim i spolaryzowanym, z odbłyśnikiem dla światła podczerwonego lub spolaryzowanego światła czerwonego, barierą z wersją nadajnika i odbiornika. Wszystkie wersje są dostarczane z przewodem lub złączem M12.
• Czujniki optyczne światłowodowe. Czujniki te działają elektronicznie jak każdy inny czujnik fotoelektryczny, z tą różnicą, że emitowane i odbierane światło jest transportowane przez światłowód, który ma bardzo mały i zmiennie ukształtowany koniec i może być zainstalowany w pewnej odległości od elektronicznego obwodu pomiarowego lub wzmacniacza, wykonana w cylindrycznej obudowie ze stali nierdzewnej AISI 303 M18x1 ze wspornikami mocującymi. W zależności od zastosowania dostępne są różne modele. Mogą mieć 2 m. Standardowo są pokryte polietylenem i mają gładki metalowy koniec 3 mm. dia. lub gwintowane M3-M4-M6.
• Czujniki magnetyczne. Są one zbudowane z kontaktronu ze stykami chronionymi szklaną bańką zawierającą obojętne szkła, dzięki czemu uszkodzenia mechaniczne i elektryczne są utrzymywane na minimalnym poziomie. Całość zamknięta jest w plastikowej lub metalowej obudowie wypełnionej żywicą epoksydową, która gwarantuje ochronę przed wilgocią, wibracjami i wstrząsami. Dostępne w obudowie cylindrycznej i prostokątnej ze stykami otwartymi i przełącznymi. Dostępne są również magnesy o różnych kształtach i rozmiarach do aktywacji tych czujników.

Czujniki kontroli poziomu - rodzjae

Druga dużą grupą czujników są czujniki kontroli poziomu. Są to elektroniczne lub mechaniczne przetworniki, które wykrywają obecność cieczy lub substancji stałych w postaci proszku lub granulatu w zbiornikach, silosach, lejach zasypowych itp. Czujniki kontroli poziomu AECO są używane we wszystkich zastosowaniach do wykrywania obecności lub braku materiałów w transporcie, dozowaniu, systemach magazynowania, szerokim zakresie procesów przemysłowych, a także w sektorach rolnictwa i inżynierii lądowej. Do tej grupy zaliczają się:

• Pojemnościowe czujniki poziomu są szeroko stosowane do kontrolowania poziomu substancji zarówno stałych, jak i płynnych, które mogą nie przewodzić prądu. Są szczególnie wykorzystywane w silosach na zboża, artykułów spożywczych i ogólnie w przemyśle spożywczym. Znajdują również zastosowanie w transporcie, dozowaniu, składowaniu i przeładunku tworzyw sztucznych, w odlewniach i cementowniach. Dostarczane są jako sondy z aluminiową obudową i prętem elektrody lub stalową liną pokrytą teflonem, jako dodatek do gamy czujników pojemnościowych z szybkim lub opóźnionym przełączaniem, z gwintowaną cylindryczną obudową M18 i M30 z nakrętkami mocującymi.
• Przewodnościowe czujniki poziomu. Pracują nad rezystywnością cieczy i wyczuwają poziom za pomocą elektrod umieszczonych w v. Obecność cieczy między elektrodą (lub elektrodami) a metalową powierzchnią pojemnika (lub uziomem) powoduje zadziałanie obwodu elektronicznego w centrali i późniejszą komutację przekaźnika wyjściowego. Służą do kontroli poziomu w zbiornikach, podgrzewaczach, studniach głębinowych i innych zbiornikach oraz jako urządzenia alarmowe do przepełnienia i kontroli gromadzenia się lodu.
• Rotacyjne czujniki poziomu. Służą do kontroli poziomu w pojemnikach zawierających produkt w postaci proszku lub granulatu. Korpus wykonany jest z tworzywa sztucznego. Działanie opiera się na powolnych obrotach silnika synchronicznego, który obraca łopatką umieszczoną w pojemniku. W przypadku braku materiału łopatka obraca się, materiał wchodzący w kontakt z łopatką powoduje efekt zrywania, który spowalnia silnik, co z kolei powoduje przełączenie jednostki.
• Wibracyjne czujniki poziomu. Kontrolery wibracji służą do kontroli poziomu w silosach do przechowywania paszy dla zwierząt, mąki, trocin, piasku, cementu itp . W instalacjach związanych z transportem, dozowaniem, przechowywaniem i przetwarzaniem tworzyw sztucznych lub innych materiałów sypkich. Ich działanie polega na uruchomieniu wibrującego widełek z dwoma prętami, które są aktywowane przez źródło piezoelektryczne. Kiedy wibracyjny widelec wchodzi w kontakt z kontrolowanym materiałem, oscylacja jest tłumiona, wynikająca z tego redukcja drgań jest wykrywana elektronicznie i generowany jest sygnał przełączający.
• Membranowe czujniki poziomu. To urządzenie jest odpowiednie do kontrolowania maksymalnych i minimalnych poziomów w silosach i zbiornikach zawierających materiały takie jak proszek lub granulki, takie jak ryż, zboża, tworzywa sztuczne, kawa itp. Jego działanie jest spowodowane ciśnieniem wytwarzanym przez produkt na gumie membrany aktywującej mikroprzełącznik. Czułość przełączania można regulować w zależności od wykrywanego materiału w zależności od jego ciężaru właściwego. Wahania wilgotności i temperatury nie wpływają negatywnie na działanie, ponadto membrana jest odporna na uderzenia i wibracje.
• Pływakowe magnetyczne czujniki poziomu. Magnetyczne kontrolki poziomu pływaka dla cieczy składają się z kontaktronu umieszczonego wewnątrz wału i działającego magnesu umieszczonego w pływaku, który działa w wyniku wzrostu lub spadku wykrywanej cieczy. Zasada działania taka sama jak w przypadku naszych czujników magnetycznych. Dostępne są 3 modele: jeden wykonany z plastikowej obudowy i dwa ze stali nierdzewnej AISI 316, przystosowany do wysokich temperatur od +100°C do +150°C.

Oprócz powyższego przy doborze czujnika należy zwrócić uwagę na kilka najważniejszych parametrów. Są to przede wszystkim:

• Rodzaj czujnika – zależnie od obiektu (materiał, kształt, wielkość, kolor), np.:
  • czujnik indukcyjny – pokrywa, metalowa śruba lub zęby koła zębatego, przesuwające się arkusze blachy, pozycja wózka na szynie,
  • czujnik pojemnościowy – kartony na przenośniku, elementy niemetalowe,
  • czujnik optyczny – ciecz w przezroczystych butelkach (czy prawidłowo napełnione),
  • czujnik magnetyczny – pozycja kabiny w szybie dźwigu / windy, pozycja siłownika,
  • czujnik poziomu (mechaniczny lub pojemnościowy) - zboże, granulat, cement w zbiorniku

• Strefa działania Sn – zależnie od rozmiaru lub konstrukcji czujnika
  • czujniki indukcyjne mają zasięg od 0,8 mm do kilkudziesięciu mm,
  • czujniki pojemnościowe mają zasięg kilka..kilkadziesiąt mm,
  • czujniki optyczne mają zasięg nawet kilkadziesiąt metrów (bariery optyczne), dostarczamy też czujniki odbiciowe (zasięg do 2 m) oraz czujniki refleksyjne z lustrem (reflektorem) o zasięgu kilka..kilkanaście metrów,
  • czujniki magnetyczne mają zasięg max. 20 mm (zależy to przede wszystkim od magnesu),

1. Rozmiar czujnika (typowo M8, M12, M18, M30, prostopadłościenny, z otworem)
2. Konstrukcja czoła czujnika (wbudowane / ekranowane lub odsłonięte / nieekranowane / wystające)
3. Typ wyjścia
   • zazwyczaj PNP NO, ale też PNP NC, NPN NO, NPN NC, 2-przewodowy AC lub DC
4. Przyłącze: - wbudowany przewód (2, 5, 10 m) lub złącze (typowo M12 4-pin, M8 3-pin, M8 4-pin)