Även om viss industriell utrustning fortfarande är implementerad med grundläggande trådbundna styrkretsar, är moderna system idag vanligtvis automatiserade av mikrokontroller, programmerbara logiska kontroller (PLC) eller andra digitala plattformar. På samma sätt, även om traditionella elektromekaniska gränslägesbrytare är ganska vanliga i enkla utrustningstillämpningar, är utrustningen idag utrustad med fler enheter som använder avancerade sensorenheter och kommunikationsmetoder.
Det är användbart för designers att vara medvetna om de många diskreta objektforskningsteknologierna och tillgängliga kommunikationsmetoderna så att de kan identifiera högpresterande och kostnadseffektiva produkter för sina applikationer.
Diskret objektdetektering
Termen “diskret objektdetektering” hänvisar till varje metod för att förstå närvaron eller alternativ närvaro av ett fysiskt föremål, inklusive en maskinkomponent eller bearbetad produkt eller material. Resultatet är en “ja/nej”-signal. Till exempel kan en diskret objektsensor konfigureras för att detektera om sändaren är i rätt position för att ta emot delen, och en andra sensor kan användas för att känna av att delen är laddad.
Vissa sensorer, särskilt elektromekaniska gränslägesbrytare, kräver direkt fysisk kontakt, men detta kan göra att de slits och skadar målet. I många fall är det att föredra att använda avancerad elektronikbaserad teknik som kan känna av närhet på längre avstånd utan kontakt. Några av de enklaste att tillämpa diskreta objektforskningsmetoderna (Figur 1) är:
- Gränslägesbrytare: Dessa använder en mekanisk spak, kolv eller annan justering för att kontrollera elektriska kontakter.
- Magnetisk närhet: Dessa kan känna av magnetiska mål över relativt långa avstånd, men är bara lämpliga när en magnet kan installeras.
- Induktiv närhet: De använder ett elektromagnetiskt fält för att upptäcka olika metallföremål. Järnhaltiga metaller är lättast att upptäcka.
- Kapacitiv närhet: De använder ett elektrostatiskt fält för att detektera alla typer av föremål och material.
- Ultraljudssensorer: Dessa sänder och tar emot ljudvågor som studsar mot ett mål och är användbara för att upptäcka tydliga eller blockerade vägar.
- Fotoelektriska sensorer: De använder ljus (synligt rött, infrarött eller laservåglängder) för att upptäcka mål och har många variationer.
Figur 1: Ingen enskild objektsensor är det optimala valet för alla industriella applikationer, så designers är bäst betjänta när de kan välja från en bred enhetsportfölj från en leverantör som AutomationDirect.AutomationDirect
Varje sensoralternativ innebär att man utvärderar ett antal eftergifter för att hitta en acceptabel lämplighet och pris/prestandaförhållande för applikationen. Kostnadsöverväganden bör, förutom baskostnaden för sensorn, inkludera installations- och driftskostnader. Prestanda inkluderar fysisk kondition, miljövänlighet, sensorisk räckvidd och noggrannhet.
Att upprätta en koppling
Ibland förknippas sensorteknik med vissa formfaktorer och kontaktmetoder. Överväganden för formfaktorn inkluderar den effektiva installationen av sensorn och valet av miljövänliga byggmaterial och avkänningsmetoder.
Till exempel är elektromekaniska gränslägesbrytare tillgängliga från många typer av mekaniska operatörer och har vanligtvis gängade röranslutningar för användning med traditionella ledningsmetoder. Däremot finns ett brett utbud av sensorer tillgängliga i mer kompakta inställningar av cylindertyp och kan utrustas med ytterligare kablar för kablage eller snabba urkopplingsalternativ. Alternativ för snabb urkoppling är ofta att föredra för förenklad installation och underhåll.
Sensorer som används för industriella ändamål bör vanligtvis ha NEMA- eller IEC-klassificeringar, vilket gör dem lämpliga för användning i dammiga och ibland fuktiga eller tvättade miljöer. Exponering för stötar och vibrationer är en annan faktor att ta hänsyn till, och elektroniska sensorer i fast tillstånd kan prestera bättre än mekaniska versioner i sådana miljöer.
Traditionella diskreta objektsensorer är helt enkelt anslutna till en 2-tråds på/av-signal för en elektrisk krets eller digital PLC-ingång som använder 24 VDC eller ibland 120 VAC. Elektromekaniska kontakter betecknas som normalt öppna (NO) eller normalt slutna (NC), och konstruktörer måste säkerställa att en given sensor tillhandahåller ett tillräckligt antal av dessa NO- och NC-kontakter för att möta applikationsbehov.
Under de senaste åren har många originalutrustningstillverkare (OEM) gått över till 24VDC 3-trådsanslutningsmetoder, som vanligtvis tillämpas på mer avancerade sensortyper som ger solid-state-utgång. Solid state-utgångar är elektroniska till sin natur, så de håller längre än elektromekaniska kontakter. Dessa utgångar använder vanligtvis DC, men vissa finns i AC-versioner. När man arbetar med DC-sensorer måste konstruktörer samordna inställningarna för NPN / diskbänk och PNP / matning med den elektriska designen av hela kretsen.
Kommunikationsmetoderna som diskuterats hittills är “skrivskyddade”, men vissa av dagens elektroniska sensorer kan stödja tvåvägskommunikation med ytterligare avancerade data- och konfigurationsalternativ. Detta kan göras med hjälp av ett protokoll som IO-Link, en standardiserad in-/utgångsteknik, för att tillhandahålla intelligent kommunikation mellan en sensor och en ansluten styrenhet såsom en PLC (Figur 2). Många OEM-tillverkare använder dessa funktioner för att leverera optimerad automatiserad utrustning.
Figur 2: Förutom att tillhandahålla grundläggande på/av-signaler är många moderna elektronikbaserade enheter, såsom fotoelektriska sensorer, kompatibla med IO-Link för att tillhandahålla avancerad information och kommunikation.AutomationDirect
Ingen storlek passar alla
Det finns ingen bästa universella sensorteknologi, och i själva verket överlappar många i sin förmåga att stödja applikationer. Baserat på grunderna är designers väl betjänta av att arbeta med leverantörer som erbjuder en bred portfölj av sensortyper och anslutningsmöjligheter för att kunna erhålla de mest lämpliga produkterna för industriell utrustningsautomation.
Om författaren
Bill Sonnenthal är teknisk marknadsföringsingenjör på AutomationDirect. Han har arbetat i tekniska och marknadsföringsroller på AutomationDirect sedan 2009 och har en BSEE-examen från Georgia Institute of Technology. Innan han började på företaget tillbringade Bill 15 år med att driftsätta design, programmering och ledningssystem inom tidnings- och tryckeribranschen.
