Compreendendo os sensores

Máquinas industriais e equipamentos de processamento não funcionam sem sensores funcionais. Um sensor ruim interromperá a produção por não enviar um sinal para um controlador ou permitir um movimento ou operação. Pior ainda é um sensor que envia sinais incorretos ou sinais na hora errada. “Falhas de ignição” como essas levam a acidentes e colisões caras.

Os sensores são classificados como analógicos ou digitais. Esta postagem do blog analisa o uso do sensor digital e os tipos disponíveis. Ele também oferece algumas orientações sobre como escolher o sensor digital certo para aplicações específicas.

Como e onde os sensores são usados

Sensores digitais são usados ​​para comunicar presença, ausência, nível e posição de movimento para algo que executará uma ação em resposta. Os exemplos incluem detectar um recipiente em um transportador, medir os níveis de líquido e reconhecer quando um mecanismo atingiu uma determinada posição.

A saída de um sensor digital normalmente vai para o módulo IO de um PLC. Em alguns casos, ele pode alimentar um PC via hardware de E/S ou, em implementações menos complexas, ele se conecta diretamente a um relé.

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

Fundamentos elétricos

A maioria dos sensores industriais usa 24Vdc. (Algumas indústrias preferem 120Vac.) Isso inclui dois dos três fios que saem do corpo do sensor. O terceiro é o cabo de sinal. Os sensores são descritos como PNP ou NPN e sourcing ou sinking. Esteja 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 ligam e desligam o sinal. Em um sensor PNP o sinal fica alto (+24V) quando ligado enquanto em um sensor NPN fica baixo. É importante usar o tipo certo porque ele deve complementar o módulo de entrada.

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

2. Fornecimento e afundamento

Esses termos também se referem aos transistores no sensor. Em um sensor PNP o sinal é aumentado para +24V para indicar um verdadeiro lógico e isso flui para o módulo DI do PLC. Assim, o sensor é a fonte e o módulo DI o coletor.

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

3. Lógica de comutação

Os sensores podem ser configurados para serem normalmente abertos (NO) ou normalmente fechados (NC). Por exemplo, um fotossensor em um transportador pode emitir um sinal baixo quando nenhuma peça estiver presente e mudar para alto quando o feixe estiver bloqueado, ou o contrário.

Além disso, os sensores podem ser ligados em série ou em paralelo. Isso oferece a oportunidade de criar funções AND e OR que reduzem o número de fios que vão para o PLC e a quantidade de programação do PLC necessária.

Tipos de sensores digitais

• Fotoelétrico – use uma fotocélula para detectar um feixe de luz. A fonte de luz pode estar a alguma distância, tornando esse tipo de sensor apropriado para aplicações em transportadores.
• Indutivos – incorporam uma bobina que emite um campo eletromagnético flutuante. O metal que passa pelo campo cria uma perturbação que aciona uma saída. Os sensores indutivos são para aplicações de alcance muito curto.
• Capacitivo – usando o mesmo princípio de um capacitor elétrico, eles detectam a presença de qualquer material próximo. Eles estão disponíveis para materiais condutores e não condutores.

Considerações sobre a seleção do sensor digital

Os pontos principais são:

• Posição e distância do alvo – determina se o sensor deve ser do tipo contato ou sem contato
• Tipo de alvo – metálico ou não metálico, sólido ou líquido, transparente ou opaco, refletivo ou não refletivo
• Espaço disponível – muitos, mas não todos, sensores estão disponíveis em um corpo de 12 mm de diâmetro. Outros precisam de mais espaço.
• Ambiente de trabalho – lavagem? A prova de explosão? Altos níveis de poeira ou umidade?
• Conexões – PNP ou NPN? 24Vdc ou 120Vac? NÃO ou NC?
• Sensibilidade, resolução, precisão e repetibilidade – definem o desempenho exigido do sensor.

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O melhor sensor oferece operação repetível, precisa e confiável da máquina ou outro dispositivo no qual está instalado. Por outro lado, uma má escolha pode resultar em operação inconsistente que leva a qualidade variável, paradas frequentes e pode até criar condições de trabalho perigosas.

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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 independentes uma da outra, ambas as empresas têm fortes recursos intelectuais e partilha de conhecimento entre si.

Imagens cortesia de Banner Engineering and Sensors Incorporated