Sensoren verstehen

Industriemaschinen und Verarbeitungsanlagen laufen nicht ohne funktionierende Sensoren. Ein defekter Sensor bringt die Produktion zum Erliegen, indem er kein Signal an eine Steuerung sendet oder eine Bewegung oder Operation aktiviert. Noch schlimmer ist ein Sensor, der falsche Signale oder Signale zur falschen Zeit sendet. Solche „Aussetzer“ führen zu Unfällen und kostspieligen Kollisionen.

Sensoren werden entweder als analog oder digital klassifiziert. In diesem Blogbeitrag werden die Verwendung digitaler Sensoren und die verfügbaren Typen beschrieben. Es bietet auch einige Hinweise zur Auswahl des richtigen digitalen Sensors für bestimmte Anwendungen.

Wie und wo Sensoren verwendet werden

Digitale Sensoren werden verwendet, um Anwesenheit, Abwesenheit, Ebene und Position der Bewegung an etwas zu übermitteln, das als Reaktion darauf eine Aktion ausführt. Beispiele hierfür sind das Erfassen eines Behälters auf einem Förderband, das Messen von Flüssigkeitsständen und das Erkennen, wann ein Mechanismus eine bestimmte Position erreicht hat.

Die Ausgabe eines digitalen Sensors geht normalerweise in das E/A-Modul einer SPS. In einigen Fällen kann es über E/A-Hardware in einen PC eingespeist werden, oder in weniger komplexen Implementierungen wird es direkt mit einem Relais verbunden.

Eine Anwendung kann so einfach sein wie das Einschalten eines Lichts, um einem Bediener mitzuteilen, dass sich ein Teil in Position befindet. Ein komplexeres Beispiel sind Teileanwesenheitssensoren in einem Robotergreifer, die der Steuerung mitteilen, dass ein Teil gegriffen wurde.

Elektrische Grundlagen

Die meisten Industriesensoren verwenden 24 VDC. (Einige Branchen bevorzugen 120 VAC.) Dies umfasst zwei der drei Drähte, die vom Sensorkörper kommen. Die dritte ist die Signalleitung. Sensoren werden als PNP oder NPN und Quelle oder Senke beschrieben. Ganz gleich, ob Sie vorhandene Sensoren ersetzen, einem System Sensoren hinzufügen oder ganz von vorne anfangen, es ist wichtig, den richtigen Typ auszuwählen.

1. PNP- und NPN-Sensoren

PNP und NPN beziehen sich darauf, wie die Transistoren im Sensor das Signal ein- und ausschalten. Bei einem PNP-Sensor wird das Signal beim Einschalten hoch (+24 V), während es bei einem NPN-Sensor niedrig wird. Es ist wichtig, den richtigen Typ zu verwenden, da er das Eingangsmodul ergänzen muss.

Beachten Sie beim Austausch von Sensoren, dass europäische und nordamerikanische Maschinenhersteller im Allgemeinen PNP-Sensoren bevorzugen, während asiatische Geräte häufig NPN verwenden.

2. Sourcing and sinking

Diese Begriffe beziehen sich auch auf die Transistoren im Sensor. In einem PNP-Sensor wird das Signal auf +24 V angehoben, um ein logisches Wahr anzuzeigen, und dies fließt in das SPS-DI-Modul. Somit ist der Sensor die Quelle und das DI-Modul die Senke.

Bei einem NPN-Sensor wird dies zur Senke und die SPS zur Quelle. Somit ist 0V vom Sensor das logische Wahr.

3. Schaltlogik

Sensoren können als normalerweise offen (NO) oder normalerweise geschlossen (NC) konfiguriert werden. Beispielsweise kann ein Fotosensor auf einem Förderband ein niedriges Signal ausgeben, wenn kein Teil vorhanden ist, und auf hoch schalten, wenn der Strahl blockiert ist, oder umgekehrt.

Außerdem können Sensoren in Reihe oder parallel geschaltet werden. Dies bietet die Möglichkeit, UND- und ODER-Funktionen zu erstellen, wodurch die Anzahl der zur SPS verlaufenden Drähte und der erforderliche Umfang der SPS-Programmierung reduziert werden.

Digitale Sensortypen

• Fotoelektrisch – verwenden Sie eine Fotozelle, um einen Lichtstrahl zu erkennen. Die Lichtquelle kann etwas entfernt sein, wodurch sich diese Art von Sensor für Förderbandanwendungen eignet.
• Induktiv – diese enthalten eine Spule, die ein fluktuierendes elektromagnetisches Feld aussendet. Metall, das durch das Feld strömt, erzeugt eine Störung, die eine Ausgabe hervorruft. Induktive Sensoren sind für Anwendungen mit sehr kurzer Reichweite.
• Kapazitiv – nach dem gleichen Prinzip wie ein elektrischer Kondensator erkennen diese das Vorhandensein von Material in der Nähe. Sie sind sowohl für leitfähige als auch für nicht leitfähige Materialien erhältlich.

Überlegungen zur Auswahl digitaler Sensoren

Die wichtigsten Punkte sind:

• Zielposition und -abstand – legt fest, ob der Sensor ein Kontakt- oder ein berührungsloser Sensor sein soll
• Art des Ziels – metallisch oder nichtmetallisch, fest oder flüssig, transparent oder undurchsichtig, reflektierend oder nicht reflektierend
• Verfügbarer Platz – viele, aber nicht alle Sensoren sind in einem Gehäuse mit 12 mm Durchmesser erhältlich. Andere brauchen mehr Platz.
• Arbeitsumfeld – Reinwaschen? Explosionsgeschützt? Hohe Staub- oder Feuchtigkeitsbelastung?
• Anschlüsse – PNP oder NPN? 24 VDC oder 120 VAC? NO oder NC?
• Empfindlichkeit, Auflösung, Genauigkeit und Wiederholbarkeit – diese definieren die vom Sensor geforderte Leistung.

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John Henry Foster hat kürzlich Sensors Incorporated und Sensors Integration übernommen. Sensors ist ein nationaler Marktführer in der Integration von Industriesensoren, Sicherheit und Bildverarbeitung mit technischem Service und Support für OEMs, Systemintegratoren und Endbenutzer. Obwohl beide Unternehmen weiterhin unabhängig voneinander operieren, verfügen beide Unternehmen über starke intellektuelle Ressourcen und Wissensaustausch miteinander.

Bilder mit freundlicher Genehmigung von Banner Engineering and Sensors Incorporated