Sensores Digitais em Máquinas Industriais: Função, Tipos e Melhores Práticas

Máquinas industriais e equipamentos de processamento não funcionarão sem sensores funcionando. Um sensor ruim paralisará a produção ao não enviar sinal para um controlador ou habilitar um movimento ou operação. Pior ainda é um sensor que envia sinais incorretos ou no momento errado. "Disparos errados" como estes levam a acidentes e colisões caras.

Sensores são classificados como analógicos ou digitais. Esta postagem revisa o uso de sensores digitais e os tipos disponíveis. Também oferece alguma orientação sobre como escolher o sensor digital certo para aplicações específicas.

Como e Onde Sensores São Usados

Sensores digitais são usados para comunicar presença, ausência, nível e posição de movimento para algo que realizará uma ação em resposta. Exemplos incluem detecção de um recipiente em uma esteira, medição de níveis de líquido e reconhecimento de quando um mecanismo atingiu uma certa posição.

A saída de um sensor digital normalmente entra no módulo de E/S de um CLP. Em alguns casos, pode alimentar um PC via hardware de E/S, ou em implementações menos complexas, conecta-se diretamente a um relé.

Uma aplicação pode ser tão simples quanto acender uma luz para informar ao operador que uma peça está em posição. Um exemplo mais complexo são sensores de presença de peça em uma garra de robô que informam ao controlador que uma peça foi agarrada.

Noções Básicas Elétricas

A maioria dos sensores industriais usa 24 Vcc. (Algumas indústrias preferem 120 Vca.) Isso compreende dois dos três fios que vêm do corpo do sensor. O terceiro é o fio de sinal. Sensores são descritos como PNP ou NPN e sourcing ou sinking. Seja você substituindo sensores existentes, adicionando sensores a um sistema ou começando do zero, é importante selecionar o tipo certo.

1. Sensores PNP e NPN

PNP e NPN referem-se a como os transistores dentro do sensor comutam o sinal ligado e desligado. Em um sensor PNP, o sinal vai para alto (+24 V) quando ligado, enquanto em um sensor NPN ele vai para baixo. É importante usar o tipo certo porque ele deve complementar o módulo de entrada.

Ao substituir sensores, observe que fabricantes de máquinas europeus e norte-americanos geralmente preferem sensores PNP, enquanto equipamentos asiáticos frequentemente usam NPN.

2. Sourcing e sinking

Estes termos também se relacionam aos transistores no sensor. Em um sensor PNP, o sinal é elevado a +24 V para indicar um verdadeiro lógico e isso flui para o módulo DI do CLP. Assim, o sensor é a fonte e o módulo DI o sumidouro.

Com um sensor NPN, este se torna o sumidouro e o CLP é a fonte. Assim, 0 V do sensor é o verdadeiro lógico.

3. Lógica de comutação

Sensores podem ser configurados como normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). Por exemplo, um fotossensor em uma esteira pode emitir um sinal baixo quando nenhuma peça está presente e mudar para alto quando o feixe é bloqueado, ou o oposto.

Além disso, sensores podem ser conectados em série ou em paralelo. Isso oferece a oportunidade de criar funções E e OU, o que reduz o número de fios indo para o CLP e a quantidade de programação do CLP necessária.

Tipos de Sensores Digitais

• Fotoelétricos — usam uma fotocélula para detectar um feixe de luz. A fonte de luz pode estar a alguma distância, tornando este tipo de sensor apropriado para aplicações de esteira.
• Indutivos — incorporam uma bobina que emite um campo eletromagnético flutuante. Metal passando pelo campo cria uma perturbação que solicita uma saída. Sensores indutivos são para aplicações de alcance muito curto.
• Capacitivos — usando o mesmo princípio de um capacitor elétrico, detectam a presença de qualquer material próximo. Estão disponíveis para materiais condutivos e não condutivos.

Considerações para Seleção de Sensores Digitais

Os principais pontos são:

• Posição e distância do alvo — determina se o sensor deve ser de contato ou sem contato
• Tipo de alvo — metálico ou não metálico, sólido ou líquido, transparente ou opaco, reflexivo ou não reflexivo
• Espaço disponível — muitos, mas não todos, sensores estão disponíveis em corpo de 12 mm de diâmetro. Outros precisam de mais espaço.
• Ambiente de trabalho — lavagem? À prova de explosão? Altos níveis de poeira ou umidade?
• Conexões — PNP ou NPN? 24 Vcc ou 120 Vca? NA ou NF?
• Sensibilidade, resolução, precisão e repetibilidade — estes definem o desempenho requerido do sensor.

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O melhor sensor proporciona operação repetível, precisa e confiável da máquina ou outro dispositivo ao qual está instalado. Por outro lado, uma escolha ruim pode resultar em operação inconsistente que leva a qualidade variável, paradas frequentes e pode até criar condições de trabalho perigosas.

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A John Henry Foster adquiriu recentemente a Sensors Incorporated e a Sensors Integration. A Sensors é líder nacional em integração de sensores industriais, segurança e visão de máquina com serviço técnico e suporte para OEMs, integradores de sistemas e usuários finais. Embora ambas as empresas continuem a operar independentemente, ambas têm fortes recursos intelectuais e compartilhamento de conhecimento entre si.

Imagens cortesia da Banner Engineering e Sensors Incorporated