Typy czujników przemysłowych wykorzystywanych w automatyce przemysłowej

Wprowadzenie:

Sercem automatyki przemysłowej, która zapewnia ciągłość pracy linii produkcyjnych, jest nowa generacja zaawansowanych inteligentnych czujników połączonych za pośrednictwem sieci o małych opóźnieniach i czasie rzeczywistym z wysokowydajnymi programowalnymi sterownikami logicznymi (PLC) i systemami interfejsu człowiek-maszyna (HMI). W automatyce przemysłowej czujniki odgrywają bardzo ważną rolę w tworzeniu inteligentnych i wysoce automatycznych produktów. Maszyny mogą wykrywać, przetwarzać, analizować i mierzyć różne pozycje, wysokość, długość wyglądu i wszelkie przemieszczenia w zakładach produkcyjnych. Czujniki te zaspokajają również potrzeby wielu zastosowań czujnikowych.

Co to jest czujnik przemysłowy?

Czujniki / Detektory / Przetworniki to urządzenia elektroniczne lub elektryczne Te specjalne, wrażliwe na elektronikę materiały wykrywają, mierzą i wykrywają zmiany położenia, temperatury, przemieszczenia, prądu elektrycznego i wielu parametrów sprzętu przemysłowego.

Dostępnych jest wiele typów czujników, przetworników i detektorów, w tym do wykrywania fizycznej obecności, takiej jak płomień, metale, wycieki, poziomy lub gaz i chemikalia. Niektóre z nich są zaprojektowane do wykrywania właściwości fizycznych, a inne wykrywają ruch lub bliskość. Aby osiągnąć te cele, stosuje się różne technologie, w tym indukcyjne, magneto-rezystancyjne, ultradźwiękowe, optyczne i pojemnościowe.

Wyjątkowość czujników przemysłowych polega na zastosowaniach i środowiskach, w których są używane. Muszą one zapewniać doskonałą wydajność nawet w ekstremalnych warunkach w trudnych i niedostępnych środowiskach, takich jak bardzo wysoka lub bardzo niska temperatura, wibracje, wysoka wilgotność itp.

Kryteria wyboru:

Wybór odpowiedniego czujnika ma kluczowe znaczenie dla projektu systemu sterowania. Dokładność, typ wyjścia, czas odpowiedzi, łączność to kilka cech, które należy wziąć pod uwagę podczas wyboru.

Jak pokazano na poniższym rysunku, różne czujniki tworzą przemysłowy system sterowania. Łączą się z głównym sterownikiem za pośrednictwem modułu interfejsu. Ten moduł zawiera komponent kondycjonujący sygnał i analogowy wzmacniacz wzmocnienia, który wzmacnia siłę sygnału. Czujniki analogowe produkują stały sygnał wyjściowy o wartości od kilku mikrowoltów (uV) do kilku miliwoltów (mV), proporcjonalnie do mierzonej ilości. Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) konwertuje sygnał analogowy na format cyfrowy w celu zwiększenia precyzji i dokładności. Sterownik logiczny jest mózgiem systemu sterowania Odbiera sygnał czujnika, przetwarza go zgodnie z wymaganiami aplikacji i przesyła sygnał sterujący za pośrednictwem siłownika do urządzeń wyjściowych. Należą do nich sterowanie silnikiem krokowym lub napęd silnika taśmy przenośnika lub jakiekolwiek inne urządzenia obsługiwane mechanicznie.

Rysunek1: Schemat blokowy różnych czujników połączonych w przemysłowym systemie sterowania

Poniższe czujniki przemysłowe znajdują zastosowanie w systemach automatyki przemysłowej i procesach produkcyjnych. Automatyzacja przemysłowa obejmuje wiele rodzajów czujników. Element14 nawiązał współpracę z wiodącymi w branży dostawcami obsługującymi szeroką gamę czujników przemysłowych. Omówimy kilka różnych technologii czujników. (Aby uzyskać więcej informacji na temat tych produktów, proszę kliknąć tutaj)

• Czujnik położenia i prędkości:

Pomiar prędkości i pozycji jest często wymagany w pętlach sprzężenia zwrotnego, pozycjonowaniu i sterowaniu prędkością. Mierzy odległość przebytą przez dowolne urządzenie, zaczynając od pozycji odniesienia urządzenia lub przez „ruch kątowy" / obrót. Aby uzyskać więcej informacji na temat czujnika położenia Kliknij tutaj, a dla produktów z czujnikami prędkości Kliknij tutaj.

Potencjometr jest rodzajem „czujnika położenia" i jest najczęściej używany do pomiaru przemieszczenia lub odległości obiektu w ruchu obrotowym lub liniowym. Składa się ze styku wycieraczki przymocowanego do wału mechanicznego. Wał ten może poruszać się liniowo (typu suwak) lub kątowo (obrotowo), powodując w ten sposób zmianę wartości oporu między dwoma połączeniami końcowymi i wycieraczką / suwakiem. Konsekwencją jest wyjściowy sygnał elektryczny z proporcjonalną zależnością między wartością rezystancji, a rzeczywistym położeniem wycieraczki na tym torze rezystancyjnym. Potencjometry działają jako dzielniki napięcia i są czujnikami analogowymi. Poniższy rysunek przedstawia popularne typy potencjometrów, w tym z drutu nawojowego, cermetalu i folii z tworzywa sztucznego. Pozytywnym aspektem potencjometru jest to, że potrzebuje on sygnału analogowego do niedrogiego sterowania. Proszę kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o produktach). 

Rys 2: Podstawowa obsługa potencjometru czujnika analogowego

Czujnik położenia liniowego jest synonimem precyzyjnej pozycji i odgrywa kluczową rolę w sterowaniu automatyką. Czujniki mierzą liniową pozycję urządzenia Doskonałym przykładem takiego typu czujnika jest liniowy zmienny transformator różnicowy (LVDT). Czujnik składa się z ruchomego rdzenia magnetycznego wewnątrz cylindra. Tuleja cylindra zawiera oscylującą cewkę pierwotną napędzaną napięciem. Tuleja zawiera dwie cewki wtórne, które wykrywają to napięcie oscylacyjne o wielkości równej przemieszczeniu To automatyczne zerowanie, osiągnięte poprzez użycie dwóch cewek, sprawia, że LVDT są dokładne w submilimetrach. Kondycjonowanie sygnału LVDT wykorzystuje modulację AC, porównanie faz i demodulację. Wtedy bardzo dokładny LVDT ma dużą dokładność i może działać w każdym wymagającym środowisku. Aby uzyskać więcej informacji na temat tych produktów proszę Kliknij tutaj.

Enkodery optyczne to czujniki cyfrowe. Są one powszechnie używane do dostarczania informacji zwrotnej o położeniu siłowników. Czujniki te są wykonane ze szklanego lub plastikowego dysku obracającego się między źródłem światła (LED) a parą fotodetektorów. Dysk jest zakodowany z naprzemiennymi ciemnymi i jasnymi sektorami. Obrót tego dysku wytwarza impuls. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o tych produktach.

Impulsy z diod LED w enkoderach przyrostowych są zliczane, aby zapewnić pozycję obrotową. Do określenia kierunku służą dwa detektory, a punkt początkowy określa impuls indeksu Unikalny kod enkoderów absolutnych może wykryć każdą pozycję kątową, w „kodzie szarym", kod binarny o minimalnej zmianie. Te kompaktowe i wytrzymałe enkodery wymagają dokładnych informacji o pozycji oraz cyfrowej pętli sprzężenia zwrotnego.

Tachometr mierzy prędkość obrotową tarczy lub wału w dowolnej maszynie. To urządzenie wykorzystuje skalibrowane pokrętło analogowe do wyświetlania obrotów na minutę (RPM), ale wyświetlacze cyfrowe są coraz bardziej powszechne.

• Czujnik zbliżeniowy:

Czujniki te, składające się z głowicy czujnika (optycznej, indukcyjnej i pojemnościowej), wzmacniacza, obwodu detektora i obwodu wyjściowego (TTL, przekaźnik półprzewodnikowy), wykrywają obecność obiektów zamkniętych, wykrywają każdy kontakt fizyczny. Można je znaleźć w automatyce przemysłowej podłączonej do linii przenośników, obrabiarkach z cyfrowymi czujnikami do wykrywania obecności lub nieobecności obiektu. Proszę kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o produktach.

Optyczne czujniki zbliżeniowe składają się ze źródła światła (LED) i detektora światła (fototranzystora). Sygnał jest modulowany, aby zminimalizować warunki oświetlenia otoczenia. Zwykle stosowane w liczeniu pojemników, kontroli wysokości stosu i kontroli poziomu cieczy, czujniki te działają w trzech trybach pracy: a) tryb wiązki o zasięgu 20 m, b) refleksyjny z zasięgiem 1-3 m oraz c) dyfuzyjny tryb odblaskowy z zakresem 12-300 milimetrów Czujniki te są bezkontaktowe i niewrażliwe na wibracje i wstrząsy. Mają zero ruchomych części. Aby lepiej zrozumieć takie produkty i zawarte w nich informacje, Kliknij tutaj.

Ultradźwiękowe czujniki zbliżeniowe wykorzystują impuls dźwiękowy o częstotliwości 40 kHz-2 MHz do pomiaru czasu lotu i amplitudy. Są one stosowane jako ostrzeżenie o zbliżaniu się przed prawdopodobną kolizją i wykrywają poziomy ciał stałych i cieczy. Jak pokazano na poniższym rysunku 3, czujniki wykrywają obiekty, w przypadku których normalne fotokomórki nie mogą być użyte do pomiaru poziomu ciał stałych i cieczy, wykrywanie średnicy lub pętli materiałów takich jak żelazo, papier i wykrywanie przezroczystych obiektów, takich jak plastikowe filtry, szklane butelki itp. Aby uzyskać więcej informacji o produktach Kliknij tutaj. 

Rys.3: Działanie Ultradźwiękowy czujnik zbliżeniowy

Pojemnościowe i indukcyjne czujniki zbliżeniowe, Dwa czujniki różnią się tym, że czujniki indukcyjne wykorzystują lokalne zmiany pola magnetycznego do wykrywania obecności metalu, a czujniki pojemnościowe wykorzystują lokalne zmiany pojemności spowodowane obiektami niemetalowymi. Oba są niezawodne i solidne. Proszę kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji na temat czujników pojemnościowych i tutaj dla produktów z indukcyjnymi czujnikami zbliżeniowymi.

• Czujnik ciśnienia i siły

Istnieje wiele metod pomiaru ciśnień i sił. Siła jest często przekształcana w zmianę długości lub wysokość sprężyny. Różnica wymiarów jest następnie mierzona za pomocą LVDT, a materiały piezoelektryczne wytwarzają prąd po odkształceniu oraz tensometry.

Czujniki ciśnienia znajdują zastosowanie w wielu typach urządzeń, w tym między innymi w zbiornikach z azotem i tlenem. Są również wykorzystywane między innymi w urządzeniach HVAC, sterowaniu procesami i sprężarkach Kilka jest w różnych rozmiarach, typach i specyfikacjach; niektóre urządzenia wymagają lekkich, kompaktowych czujników ciśnienia. Proszę Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o produktach.

Czujniki siły / momentu są podzielone na dwa typy: Czujnik ilościowy mierzy siłę i określa jej wartość w odniesieniu do sygnału elektrycznego. A czujnik jakościowy wskazuje na obecność odpowiednio dużej siły, jeśli jest przyłożona lub nie. Czujniki siły są używane w wielu zastosowaniach przemysłowych do rozpoznawania obciążenia i ściskania, robotycznych efektorów końcowych, niezmiennej kontroli naprężenia i sprzętu do łączenia drutów. Aby uzyskać więcej informacji na temat tych produktów Kliknij tutaj.

Czujnik przyspieszenia i wibracji:

Akcelerometry to przetworniki z pełnym kontaktem, zwykle montowane w urządzeniach o wysokiej częstotliwości. Akcelerometry wykorzystują efekt piezoelektryczny. Czujniki przyspieszenia są również wykorzystywane do wykrywania drgań. Czujniki osadzone w zastosowaniach przemysłowych, takich jak sprężarki osiowe i turbiny gazowe, wykrywają sygnały drgań o wysokiej częstotliwości, połączone z podporami łożysk, rezonansami fundamentów i obudowy itp. Wykrywają statyczne przemieszczenia wałów, odpowiedź niewyważenia, niewspółosiowość, niestabilności dynamiczne itp. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o produktach przyspieszających.

Czujniki monitorowania drgań pomagają w lokalizowaniu uszkodzeń maszyny i zapobiegają kosztownym uszkodzeniom wtórnym. Wibracje są często mierzone za pomocą ceramicznego czujnika piezoelektrycznego lub akcelerometru. Proszę kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o produktach.

• Czujniki temperatury i wilgotności:

Czujnik temperatury zbiera informacje związane z temperaturą z określonego źródła, a następnie zmienia je w postać możliwą do odczytania przez obserwatora lub dowolne urządzenie. Czujniki wilgotności wykrywają poziom wilgotności powietrza. Czujniki wilgotności i temperatury są często ze sobą połączone Połączenie wysokiej temperatury i wody spowoduje parowanie cząsteczek wody, zwiększając wilgotność. Dostępne są różne czujniki temperatury, w zależności od konkretnego środowiska i wykrywanego medium. Wszechobecne są termopary, rezystancyjne czujniki temperatury (RTD), termistory, termometry i czujniki na podczerwień. Algorytmy danych wbudowane w zautomatyzowane procesy wykrywają ewentualne przegrzanie, które mogło wystąpić i podejmują działania naprawcze w celu zatrzymania sensu przegrzania bez interwencji człowieka. Proszę kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji na temat czujnika temperatury i tutaj dla produktów z czujnikami wilgotności.