Człowiek posiada oczy, więc jest nam łatwo zobaczyć obekty, które nas otaczają, obiekty i przedmioty które w danej chwili spotykamy. Ale jak sterownik PLC może rozpoznać jakiś przedmiot? Jednym z najłatwiejszych sposobów jest zastosowanie czujnika. Najprościej mówiąc, czujnik wykorzystuje się do zamiany danej wielkości fizycznej na wielkość elektryczną.Czujnik to źródło informacji niezależnie od rodzaju aplikacji automatyki przemysłowej.

Typy wyjść czujników

Czujnik dobiera się w zależności od rodzaju sygnału merzonego.Natomiast sygnał wyjściowy z czujnika jest taki sam dla większości typów. Także kolory przewodów wyjściowych lub numery im odpowiadające są takie same. Do każdego nowego czujnika jest dołączana instrukcja, gdzie są podane możliwe sposóby podłączenia. Dwustanowy sygnał wyjściowy pozwala poza współpracą ze sterownikiem PLC również bezpośrednie sterowanie pracą elementu wykonawczego (np. elektrozaworu). Można wyróżnić następujące typy:

PNP

W przypadku czujnika z wyjściem typu PNP wspólnym sygnałem zasilania jest ujemny potencjał (GND).

Przewód niebieski o numerze trzy służy do podłączenia ujemnego potencjału napięcia natomiast przewód brązowy o numerze 1 służy do podłączenia dodatniego potencjału napięcia. Jeżeli czujnik wykryje jakiś przedmiot, wówczas na wyjściu tego czujnika którym jest przewód czarny (numer 4) pojawi się dodatni potencjał napięcia.

NPN

Dla czujnika z wyjściem typu PNP wspólnym sygnałem zasilania jest dodatni potencjał zasilania.

Podłączenie zasilania jest takie samo, jak w przypadku wyjścia typu PNP. Jednak w tym przypadku, gdy czujnik wykryje jakiś obiekt, to na wyjściu tego czujnika którym jest przewód czarny (numer 4) pojawi się ujemny potencjał napięcia.

Napięciowe

Pomiar niektróych wielkości fizycznych jak np. ciśnienia wymaga odczytu z większą dokładnością, niż tylko dwóch stanów jak to było w przypadku typów wyjść PNP i NPN.

Podłączenia zasilania jest takie samo, jak poprzednich typów czujników. Dodatni potencjał należy podłączyć do pinu numer 1 (kolor brązowy) natomiast ujemny potencjał (masa) podłączamy do pinu numer 3 (kolor niebieski). Sygnał wyjściowy z czujnika odpowiadający mierzonej wielkości fizycznej pojawia się na pinie numer 2 (kolor biały). Sygnałem tym jest napięcie w granicach od 0 do 10 V lub -10 do +10 V. Niektóre czujniki dostarczają na wyjściu napięcia 0 – 5 V lub -5 do +5 V. Czujnik o zakresie napięcia wyjściowego 0 – 10 V można bezpośrednio podłączyć do wejścia analogowego w sterowniku SIMATIC S7-1200. O tym dokładnie w jednym z kolejnych wpisów.

Prądowe

Aby uzyskąć pomiar z większą dokładnością, można także zastosować czujnik z wyjściem prądowym. W tym typie czujnika wielkość mierzona jest zamieniana na odpowiednią wartość prądu w granicach 4 – 20 mA.

Dwa przewody z sygnałem wyjściowym można połączyć np. z modułem wejść analogowych. Wartość wyjściowa 4 mA jest stosowana z tego względu, aby łatwo wykryć ewentualne uszkodzenia czujnika lub przewodów łączących. Wszystkie wartość mniejsze od 4 mA mówią o tym, że pojawił się błąd.

Styk

Czujniki z wyjściem PNP lub NPN są zasilane napięciem w przedziale od 10 do 30 VDC. Jeżli do czujnika podłączymy zasilanie 24 VDC, to na wyjściu czujnika również pojawi się w stanie wysokim napięcie 24VDC. Jednak w niektórych sytuacjach chcemy sterować elementem wykonawczym zasilanym napięciem zmienny, Wówczas najłatwiej zastosować czujnik mający jako wyjście tylko styk.

W momencie wykrycia obiektu przez czujnik następuje zwarcie lub rozwarice odpowiednich styków. Należy pamiętać, aby nie przekroczyć obciążalności prądowej tych styków.

Rodzaje czujników

Czujniki można podzielić ze względu na zastosowanie lub zasadę działania. Przyjrzyjmy się dokładnie tym czujnikom.

Czujniki do pozycjonowania

Indukcyjne

Mogą być zasilane napięciem stałym lub zmiennym. Wykrywają bezkontaktowo obiekty metalowe. Powszechnie stosowane w automatyce do kontroli położenia lub przemieszczenia.

Najważniejszy parametr to zasięg działania, gdzie najmniejszy wynosi od 0 – 2 mm natomiast największy to 70 -120 mm. Kolejne ważny parametry to typ obudowy oraz sposób połączenia elektrycznego. Każdy czujnik posiada wbudowaną diodę LED, dzięki której można określić, czy czujnik aktualnie wykrył jakiś obiekt.

Pojemnościowe

Czujniki pojemnościowe mogą wykryć także przedmioty niemetaliczne. Z tego powodu są często wykorzystywane np. w przemyśle drzewnym lub papierniczym.

Czujniki są także wykorzystywane do kontroli poziomu cieczy oraz substancji sypkich. Charakteryzują się większą odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne. Większość czujników posiada także regulację zasięgu działania.

Magnetyczne

Ten rodzaj czujników reaguje na magnesy trwałe. Są stosowane w miejscach, gdzie nie można zastosować czujnika indukcyjnego.

Charakteryzują się zasięgiem dwa razy większym w stosunku do czujników indukcyjnych.

Są stosowane także do wykrywania pozycji tłoka w cylindrach pneumatycznych. Montowane bezpośrednio na cylindrze.

Optyczne

Czujniki optyczne reagują na przedmioty, które znajdują się na drodze przebiegu wiązki światła. Można wyróżnić trzy typy czujników:

- odbiciowy – nadajnik i odbiornik są umieszczone we tej samej obudowie. Wiązka świetlna emitowana przez nadajnik po napotkaniu przeszkody odbija się od niej.

Wówczas promienie świetlne trafiają do odbiornika, co pozwala przełączyć wyjście czujnika

- refleksyjny – w tym typie również nadajnik i odbiornik znajdują się we wspólnej obudowie, gdzie wiązka świetlna jest skierowana w specjalny reflektor odblaskowy.

Od reflektora odbija się wiązka świetlna. Pojawienie się obiektu powoduje przerwanie wiązki. W tym momencie następuje przełączenie wyjścia czujnika.

-bariera świetlna – nadajnik i odbiornik znajdują się w oddzielnych obudowach. Wiązka śweitlna jest przesyłana od nadajnika do odbiornika.

Zasłonięcie wiązki przez obiekt powoduje przerwanie transmisji i przełączenie wyjścia czujnika.

Mechaniczne

Czujniki mechaniczne stosowane są do wyłączania krańcowego maszyn. Przeznaczone do pracy w układach sterowniczych, kontrolnych. Służą jako dodatkowe zabezpieczenie w przypadku, gdy inne czujniki zostaną uszkodzą.

Znajdują zastosowanie głównie w maszynach.

Czujniki kontroli ruchu

Najczęściej spotykanym urządzeniem służącym do zmiany pozycji części ruchomych jest silnik. W niektórych aplikacjach wymagany jest pomiar kąta obrotu wału silnika. Do tego celu można wykorzystać:

Monitory prędkości

Są to czujniki prędkości obrotowej łączące funkcje detekcji i monitorowania.

Czujniki działają na zasadzie indukcyjnego czujnika zbliżeniowego wykrywającego metalowy element zamontowany na obracającym się elemencie maszyny. W ten sposób pomiar może być zamieniony na prędkość obrotową.

Enkoder

Urządzenie przetwarzające przesunięcie i pozycje kątową na sygnał elektryczny.

Enkodery dzieli się ze względu na sposób pomiaru. Można wyróżnić enkoder inkrementalny oraz enkoder absolutny. Każdy z nich wytwarza inny sygnał na wyjściu.

Enkoder inkrementalny generuje na wyjściu impulsy. Określona liczba impulsów mówi o przesunięciu kątowym. Ten typ enkodera nie pamięta aktualnego położenia.

Enkoder absolutny generuje na wyjściu sygnał kodowy. Dzięki temu aktualna pozycja wału może być w każdej chwili odczytana. Każdemu kątowi obrotu odpowiada konkretna wartość kodowa.

Czujniki procesowe

Prawidłowy przebieg danego procesu wymaga pomiaru kilku wielkości fizycznych. Do tego celu służą czujniki:

Ciśnienia

Pomiar ciśnienia odbywa się zazwyczaj na zasadzie pomiaru zmiany rezystancji piezorezystorów.

Czujniki ciśnienia są najczęściej stosowane do pomiaru poziomu cieczy w zbiorniku.

Temperatura

Najczęściej mierzona wielkością fizyczną w procesach przemysłowych jest temperatura.

Działanie czujnika polega na wykorzystaniu zmiany rezystancji metalu wraz ze zmianą temperatury. Tym metalem jest wysokiej jakości platyna. Przy temperaturze 0ºC oporność platyny wynosi 100Ω. Z tego powodu używa się nazwy PT100 dla tego czujnika.

Poziomu

Produkty są zazwyczaj przechowywane w zbiornikach. Podczas napełniania takiego zbiornika należy sprawdzać osiągnięcie poziomu granicznego. Do tego celu są dostępne specjalne czujniki.

Najpopularniejszym sygnalizatorem poziomu jest czujnik wibracyjny. Zasada działania tego czujnika opiera się na zjawisku rezonansu kamertonowego. Rezonans jest zaburzany w wyniku kontaktu jakiegokolwiek materiału z widełkami czujnika.

A Ty z jakich czujników używasz najczęściej? Napisz w komentarzu.