1.2 Senzori de Proximitate

25
1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE 1.2 Senzori de proximitate şi de poziţie Automatizările industriale nu pot fi realizate fără senzori şi traductoare, de aceea au fost elaborate o varietate mare de astfel de dispozitive de control şi măsurare, precum şi o gamă variată de modificaţii în fiecare tip [75]. Toată această varietate nu poate fi cuprinsă în această lucrare, de aceea în 1 capitol sunt descrise doar acele traductoare, care şi-au găsit o răspândire mai largă în practică. Dintre ele cei mai simpli sunt senzorii de proximitate (SP) (apropiere şi poziţie) cu semnale discrete la ieşire. Unele traductoare sunt descrise în partea III. Senzorii reprezintă partea principală (primară) a traductoarelor – cea sensibilă, de măsurare (control), la baza cărora se află anumite legi şi principii fizice. Semnalele senzorilor sunt apoi amplificate şi convertite într-o formă de semnale electrice standardizate discrete sau continue cu ajutorul unor dispozitive electronice secundare. Dintre semnalele discrete standardizate fac parte contactele unui releu obişnuit de comutaţie, sau semnalul logic de ieşire al unui tranzistor, iar dintre semnalele continue standardizate : în curent 4-20 mA, sau în tensiune 0-10 V (±10 V în sistemele reversibile) pentru tot diapazonul de reglare. Senzorii de proximitate sunt cei mai simpli senzori, care au o utilizare universală, deoarece pot realiza o mulţime de funcţii : - sesizează apropierea obiectelor în zona de lucru a maşinilor la o deplasare pe conveiere, sau detectează apariţia oamenilor în zona de control (de pază); - asigură poziţionarea liniară sau unghiulară a mecanismelor (conveierelor, roţilor); - asigură numărarea sticlelor sau a altor obiecte în procesul lor de deplasare; - controlul umplerii şi al defecţiunilor sticlelor sau altor obiecte; 33

description

material

Transcript of 1.2 Senzori de Proximitate

Page 1: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

1.2 Senzori de proximitate şi de poziţie

Automatizările industriale nu pot fi realizate fără senzori şi traductoare, de aceea au fost elaborate o varietate mare de astfel de dispozitive de control şi măsurare, precum şi o gamă variată de modificaţii în fiecare tip [75]. Toată această varietate nu poate fi cuprinsă în această lucrare, de aceea în 1 capitol sunt descrise doar acele traductoare, care şi-au găsit o răspândire mai largă în practică. Dintre ele cei mai simpli sunt senzorii de proximitate (SP) (apropiere şi poziţie) cu semnale discrete la ieşire. Unele traductoare sunt descrise în partea III. Senzorii reprezintă partea principală (primară) a traductoarelor – cea sensibilă, de măsurare (control), la baza cărora se află anumite legi şi principii fizice. Semnalele senzorilor sunt apoi amplificate şi convertite într-o formă de semnale electrice standardizate discrete sau continue cu ajutorul unor dispozitive electronice secundare. Dintre semnalele discrete standardizate fac parte contactele unui releu obişnuit de comutaţie, sau semnalul logic de ieşire al unui tranzistor, iar dintre semnalele continue standardizate : în curent 4-20 mA, sau în tensiune 0-10 V (±10 V în sistemele reversibile) pentru tot diapazonul de reglare. Senzorii de proximitate sunt cei mai simpli senzori, care au o utilizare universală, deoarece pot realiza o mulţime de funcţii : - sesizează apropierea obiectelor în zona de lucru a maşinilor la o deplasare pe conveiere, sau detectează apariţia oamenilor în zona de control (de pază); - asigură poziţionarea liniară sau unghiulară a mecanismelor (conveierelor, roţilor); - asigură numărarea sticlelor sau a altor obiecte în procesul lor de deplasare;- controlul umplerii şi al defecţiunilor sticlelor sau altor obiecte;- controlul ruperii benzilor sau conductoarelor; - controlul şi măsurarea nivelului unui lichid sau material solid;- controlul şi măsurarea distanţei până la obiect; În plus la toate aceste funcţii, realizate fără contact direct, senzorii de proximitate mau au o construcţie compactă cu gabarite şi mase minime, deoarece sunt realizate cu elemente microelectronice. Ei au, de regulă, 2-4 pini (picioruşe de conexiuni exterioare) şi o alimentare de 24 V DC, sau 230 V AC, precum şi o construcţie cilindrică cu un diametru exterior M8, M12, M18, M30 (în funcţie de distanţa controlată) şi o zonă circulară activă de control (fig. 1.22). După principiul fizic de funcţionare aceşti senzori se împart în 5 grupe principale: inductivi, magnetici, capacitivi, optici (fotoelectrici) şi cu ultrasunete, care se analizează în continuare. Aceşti senzori se execută, de asemenea, în standard antiexploziv Ex şi NAMUR, conform căruia ei sunt completaţi cu funcţii de control al ruperii, sau scurtcircuitului liniei de măsurare. Pentru aceasta elementul discret de ieşire se înseriază cu o rezistenţă mică (mai mare decât rezistenţa liniei scurtcircuitate) şi se şuntează cu o rezistenţă mare (mai mică decât rezistenţa liniei întrerupte). Fig. 1.22. Pincipiu constructiv al SP

33

Page 2: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

1.2.1 Senzori inductivi şi magnetici Aceşti senzori au cea mai largă răspândire în practică, deoarece sunt simpli, fiabili şi au un preţ scăzut. Principiul lor de funcţionare, de asemenea, este simplu, fiind bazat pe legea inducţiei electromagnetice. În figura 1.23, a sunt reprezentate elementele componente ale senzorilor inductivi: un circuit oscilatoriu rezonant LC (generator sinusoidal), un redresor (rectifier), un comparator pe baza unui bistabil basculant Schmidt şi un amplificator. Generatorul poate fi realizat pe baza unui tranzistor în regim de repetor, a unui rezonator de frecvenţă înaltă (2-5 kHz) şi a unei înfăşurări cu 2 secţii, una dintre care este conectată în circuitul de reacţie pozitivă al tranzistorului (fig. 1.23, b).

a)Fig. 1.23. Schema–bloc şi schema de principiu a generatorului sinusoidal al senzorului inductiv b)

Bobina circuitului LC a generatroului sinusoidal produce un câmp electromagnetic de frecvenţă înaltă în zona de control a senzorului, în apropierea căreia este amplasată înfăşurarea generatoare. Această bobină poate avea o formă cilindrică şi poziţie verticală (în cazul, cănd trebuie detectate obiecte metalice orizontale - fig. 1.24, a), sau o formă inelară (în cazul, cănd trebuie detectate obiecte metalice verticale - fig. 1.24, b), Când în zona de control nimereşte vre-un obiect metalic (Target), câmpul electromagnetic alternativ induce în el, ca într-un circuit magnetic, nişte curenţi turbionari (Eddy curent), care produc, la rândul lor, câmpul de reacţie magnetică. Acesta din urmă acţionează asupra câmpului înfăşurării primare, micşorându-l substanţial şi blocând astfel generatorul(fig. 1.24, c). Ca urmare, bistabilul Schmidt basculează şi activează tranzistorul amplificatorului, generând un semnal discret normal-deschis (-închis) la ieşire.

a)

34

Page 3: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

b) c)Fig. 1.24. Principiul de detectare a obiectului metalic orizontal (a) sau vertical (b)

şi diagrama de funcţionare a senzorului inductiv (c) O construcţie şi funcţionare asemănătoare au, de asemenea, senzorii magnetici, care sunt destinaţi pentru detectarea unor magneţi permanenţi (MP), care generează un câmp magnetic propriu şi de reacţie mai puternic, decât câmpul curenţilor turbionari din obiectele metalice (fig.1.25, a). Ca urmare, aceşti senzori pot detecta (fără contact direct) magneţii permanenţi la o distanţă mai mare, având gabarite mai mici decât senzorii inductivi. Zona de control a senzorilor magnetici are o formă aproape dreptunghiulară,ceea ce poate asigura o fiabilitate mai înaltă (fig. 12.5, b).

35

Page 4: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

Fig. 1.25. Schema–bloc şi principiul de funcţionare al senzorului magnetic

În raport cu amplificatorul etajului de ieşire, senzorii inductivi şi magnetici se produc în următoarele variante : - cu alimentare în curent continuu şi tranzistor de ieşire N-P-N sau/şi P-P-P, care în stare neactivată generează un semnal 0/1 şi care alimentează 1/2 relee exterioare cu contacte normal-deschise (NO), sau normal-închise (NC) (fig. 1.26, a), - cu tiristor la ieşire, alimentat în curent alternativ printr-un redresor (fig. 1.26, b);- cu alimentare în curent alternativ şi cu 2 contacte opuse de ieşire (fig. 1.26, c). În conformitate cu aceste variante, în figura 1.26, d-e sunt reprezentate notaţiile simplificate în schemele electrice ale senzorilor inductivi - sub forma unui dreptunghi cu romb interior, tăiat la mijloc şi litera I deasupra lui, şi cu 2-5 conductoare (pini) pentru conectarea releelor exterioare de sarcină (circuitele acestora sunt arătate punctat).

36

Page 5: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

a) b) c)

Fig. 1.26. Notarea simplificată şi schemele electrice de conexiuni exterioare ale senzorilor inductivi cu funcţionare discretă cu diferite tensiuni de alimentare

Parametrul principal al senzorilor inductivi/ magnetici de proximitate îl constituie distanţa de control Y a obiectelor metalice/MP în raport cu suprafaţa activă de control. Această distanţă însă depinde de mai mulţi factori, de exemplu de proprietăţile magnetice ale obiectelor controlate, de puterea elementelor electronice componente, precum şi de abaterea obiectelor controlate de la centul

37

Page 6: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

suprafeţei active pe coordonata X (fig. 1.27). Pentru senzori inductivi de formă cilindrică zona de control are o formă reală conică, iar în secţiune – o formă triunghiulară. Fig. 1.27. Forma zonei active a senzorului Senzorii inductivi, produşi de diferite companii, pot avea diferite valori ale distanţei nominale de control şi diferite variante constructive. Pentru distanţe mai mici cea mai răspândită însă este varianta cilindrică cu diametru filetat M8, M12, M18, M30, confecţionat din oţel inoxidabil, sau din mase plastice. Pentru distanţe mai mari se utilizează forma cubică cu dimensiuni mai mari, Compania Siemens, de exemplu, produce senzori inductivi de tipul BERO 3RG4 (PXI 200-PXI 500) cu o distanţă de acţionare de la 0,6mm până la 75 mm (fig. 1.28, a).

a)

b) Fig. 1.28. Senzori inductivi SIMATIC PXI 400 ai companiei Siemens (a) şi

senzor magnetic MM12 al companiei SICK (b) cu tranzistor PNP de ieşire

Senzorii inductivi şi magnetici cu principiu discret de funcţionare se folosesc, de exemplu, pentru controlul poziţiei cabinei ascensoarelor la fiecare etaj.

Compania Pepperl Fuchs produce o gamă constructivă mult mai largă de astfel de senzori. În figura 1.29 sunt reprezentate 3 variante constructive diferite de senzori inductivi: inelară, cu crăpătură şi cu instalare în podea. Ultima variantă se utilizează pentru controlul obiectelor de pe conveiere.

38

Page 7: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

Fig. 1.29. Variante constructive speciale ale senzorilor companiei Pepperl Fuchs1.2.2 Senzori capacitivi

Aceşti senzori reprezintă o variantă universală a senzorilor de proximitate, deoarece pot să detecteze atât obiecte metalice, cât şi dielectrice în diferite stări şi forme – lichide , solide, inclusiv în formă de praf, Ei pot să înregistreze prezenţa şi nivelul multor materiale şi substanţe conducătoare de curent electric sau izolatoare, de exemplu a apei, uleiului, spirtului, hârtiei, cartonului, sticlei, maselor plastice, cimentului, nisipului, făinii, zahărului, grăunţoaselor şi multor altor substanţe. Componenţa elementelor senzorilor capacitivi de proximitate (fig. 1.30) este practic aceleaşi ca şi la senzorii inductivi (fig. 1.22), însă principiul de detectare a obiectelor/ materialelor este diferit. Într-adevăr, se utilizează un generator oscilant rezonant LC de frecvenţă înaltă identic, însă în acest caz variază nu inductivitatea, ci capacitatea condensatorului circuitului LC, iar câmpul electromagnetic se reprezintă deja ca un câmp dintre armăturile condensatorului netradiţional. O armătură a acestui condensator o constituie plăcuţa suprafeţei active de control ( flouting base electrode), cea dea doua fiind corpul senzorului Ground (fig. 1.30).

Fig. 1.30. Componenţa şi principiul de funcţionare al senzorilor capacitivi

Se ştie, că capacitatea unui condensator depinde de 3 mărimi principale : de permitivitatea absolută a dielectricului dintre armături εa = ε0٠εr , de suprafaţa S a armăturilor şi de distanţa l dintre ele :

C=ε 0 ε r

Sl ,

unde εo = 1 / 4π ٠ 9 ٠ 109 - constantă electrică, iar εr – permitivitatea relativă a dielectricului. Aceasta din urmă arată de câte ori este mai mare capacitatea unui condensator, care are ca dielectric o anumită substanţă sau material, faţă de capacitatea lui în vid, unde εr = 1. Pentru hârtie şi carton, de exemplu, εr = 2,3; pentru sticlă εr = 5; pentru ceramică εr = 6; pentru ulei εr = 2,2; pentru apă εr = 80. Deoarece armăturile menţionate ale condensatorului neconvenţional sunt fixe, la baza funcţionării traductoarelor capacitive este utilizată variaţia permitivităţii relative a materialelor. Dacă nivelul materialul, de exemplu a făinii, se află la o distanţă mare de electrodul de control al senzorului (No target), capacitatea condensatorului este mică, ceea ce blochează funcţionarea oscilatorului LC şi dezactivează etajul de ieşire (fig. 1.31, a-b). În caz contrar se măreşte densitatea liniilor câmpului, ceea ce

39

Page 8: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

condiţionează creşterea capacităţii şi generarea oscilaţiilor sinusoidale şi a semnalului de ieşire (fig. 1.31, a-b).

a) b)Fig. 1.31 Diagrame de funcţionare ale senzorului capacitiv

Distanţa relativă de detectare (in raport cu obiectele metalice) depinde de ε r: cu cât εr este mai mică, cu atât distanţa se micşorează neliniar, ajungând pentru aer (vid) chiar până la un contact direct (fig. 1.32, a). În cazul obiectelor metalice distanţa de detectare este 100%, însă în raport cu coordonatele X-Y zona de detectare are o formă conică, la fel ca şi la senzorii inductivi (fig. 1.32, b).

a) b)Fig. 1.32. Caracteristici funcţionale ale senzorilor capacitivi ai companiei Siemens În legătură cu toate acestea, schemele etajelor de ieşire şi conexiunile exterioare ale senzorilor capacitivi PXC400 Siemens cu alimentare în curent continuu şi alternativ (fig. 1.33), precum şi variantele constructive, (fig. 1.34) sunt aceleaşi, ca la senzorii inductivi. Distanţa de acţionare ai acestor senzori pentru obiecte metalice constituie 5, 10 sau 20 mm.

40

Page 9: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

Fig. 1.33. Notarea convenţională şi conectarea exterioară a senzorilor capacitivi PXC 400 ai companiei Siemens

1.2.3 Senzori de proximitate cu ultrasunete

La baza funcţionării acestor senzori se află emiterea periodică a unor unde ultrasonore de frecvenţă înaltă (60–400 kHz) şi receptarea timpului ecourilor (întoarcerii) acestor unde, reflectate de un obiect, distanţa până la care trebuie controlată. Acest timp depinde de viteza undelor ultrasonore şi de distanţa până la obiect. Cunoscând viteza ultrasunetelor (340 m/s ) şi măsurând timpul dus-întors al lor, se poate de calculat distanţa sau înălţimea până la obiect. Un avantaj important al traductoarelor ultrasonore îl constituie posibilitatea de a măsura şi controla distanţe într-un diapazon mare – de la 6 cm şi până la 10 m.

Emiterea undelor de către emiţător se efectuează, de obicei, în forma unui con de un unghi relativ mic -- 5-8º însă acest con are în apropierea nemijlocită de emiţător o zonă moartă, care nu poate fi controlată şi care trebuie exclusă din zona de lucru (fig. 1.35). Această zonă, care constituie 15-20 % din toată zona controlată, este condiţionată de intervalul minim necesar de timp de trecere din regimul de emisie în cel de recepţie. Ea se exclude, de obicei, prin alegerea corectă a locului de montare a senzorului .

În traductoarele analogice ultrasonore distanţa calculată de microcontroler este convertită într-un semnal electric standardizat în curent 4-20 mA, sau tensiune 0-10 V (fig. 1.36).

Fig. 1.35. Zona moartă şi de lucru a Fig. 1.36. Caracteristici de ieşire ale senzorului ultrasonor senzorului ultrasonor analogic

Traductoarele ultrasonore discrete sunt mai simple, conţinând un aceleaşi elemente de emitere periodică şi recepţie a undelor ultrasonore, controlate de un comparator, care generează un semnal logic la ieşire doar în caz de recepţie a undei

41

Page 10: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

emise, ceea ce este posibil numai în cazul prezenţei unui obiect în zona de control . Pentru acordarea acţionării senzorului la o distanţă (înălţime) necesară, este prevăzut 1 potenţiometru de reglare corespunzătoare. Acest lucru poate fi făcut şi cu ajutorul calculatorului în regim de instruire.

Traductoarele discrete şi-au găsit o răspândire în calitate de detectoare simplificate şi ieftine de mişcare, care pot realizate în 2 variante principale : - detectarea unui obiect, care nimereşte în zona de control dintre emiţător şi o placă metalică de reflectare a undelor sonore (fig. 1.37);- detectarea unui obiect, care nimereşte în zona dintre emiţător şi receptor, fără reflectarea undelor emise, ceea ce măreşte precizia de măsurare (fig. 1.38).

Fig. 1.37 Reflecţia undelor de la o Fig. 1.38 Senzor ultrasonor cu emiţător placă metalică şi receptor al undelor

Construcţia traductoarelor ultrasonore Sonar–BERO 3RG6 (PXS 100-PXS 500) ale companiei Siemens este relativ compactă, fie în variantă dreptunghiulară (fig. 1.39, a), fie în variantă cilindrică (fig. 1.39, b). Ultima variantă prevăd nişte modele cu cap rotitor, pentru a putea fi uşor orientate în direcţia dorită, sau cu cap separat. Dezavantajul principal al acestor senzori – precizia de măsurare depinde de temperatura aerului, de aceea ele prevăd o compensare a variaţiilor de temperatură. Un alt dezavantaj – viteza scăzută de reacţie (faţă de cele optice).

a)

42

Page 11: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

Fig. 1.39. Senzori ultrasonori Sonar BERO 3RG6 ale companiei Siemens Notarea convenţională a senzorilor cu ultrasunete este specificată doar prin litera U deasupra rombului, iar conectoarele lor pot avea 4-5 pini (fig. 1.40). Intrarea X1 este destinată pentru sincronizarea a 2 senzori, care sunt amplasaţi aproape unul de altul, sau pentru comandă cu ajutorul controlerului programabil.

Fig. 1.40. Notarea şi conectarea senzorilor cu ultrasunete în schemele electrice

43

Page 12: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

Fig. 1.41. Zone de control ale senzorilor cu ultrasunete cu emiţător-receptor şi cu

reflectare de la obiecteFig.1.42 Exemple de utilizare practică a senzorilor cu ultrasunete

1.2.4 Optosenzori de proximitate

La baza funcţionării acestor senzori stă acelaşi principiu de emitere şi recepţie, însă nu a unor unde ultrasonore, ci a unui mănunchi de raze de lumină vizibilă, invizibilă (infraroşie IR), sau Laser (fig. 1.43). Însă pentru a deosebi lumina emiţătorului de cea naturală, el conţine un oscilator de impulsuri de frecvenţă înaltă, care sunt apoi amplificate de un amplificator corespunzător, transformate într-un mănunchi de raze de lumină cu ajutorul unei diode luminiscente şi a unei linze (fig. 1.44). O astfel de linză intră şi în componenţa receptorului, alături de fototranzistorul de convertire a razelor de lumină în semnal electric, potenţiometrul de reglare a sensibilităţii, elementul de prag (comparatorul) de transformare a semnalului detectat într-un semnal logic (discret) şi amplificatorul de ieşire a acestui semnal. Fig. 1.43. Principiul optosenzorului

-----

Fig. 1.44. Elemente componente ale unui senzor optic cu emiţător şi receptor

Evident, că emiţătorul şi receptorul trebuie să aibă o sincronizare corespunzătoare.În caz, dacă vre-un obiect oarecare blochează fluxul de lumină dintre emiţător şi receptor, la ieşire se generează un semnal logic de un tranzistor n-p-n sau p-n-p.

44

Page 13: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

A 2-a variantă a senzorilor optici se bazează pe reflecţia luminii de către o oglindă, sau o placă specială, emiţătorul şi receptorul fiind într-un singur bloc (fig. 1.45), iar în a 3-a variantă razele infraroşii IR sunt reflectate de însuşi obiectul controlat, iar când acesta lipseşte, recepţia nu are loc. În ultimul caz însă reflecţia depinde de mărimea şi culoarea obiectului, de natura suprafeţei de reflecţie, de aceea în această variantă distanţa maximă este limitată.

Fig. 1.45. Senzor optic cu reflecţie şi cu emiţător – receptor într-un singur bloc

În cazurile, când razele de lumină trebuie să ocolească nişte obiecte, traductoarele menţionate nu pot să efectueze această ocolire. De aceea pentru astfel de cazuri au fost elaborate senzori cu fibre (oglinzi) optice în cablu (fig. 1.46).

45

Page 14: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

Fig.1.46.Reflectarea razelor de obiect Fig. 1.47. Zona de control a optosenzorului Aceşti senzori cu semnale discrete la ieşire au o zonă de control de formă elipsoidală (fig. 1.47). Avantajul principal al acestor senzori – timpul mic de reaţie, datorat vitezei înalte a luminii (300000 km/s) (fulgerul se vede îndată, iar tunetul întârzie, sau poate să nu ajungă deloc la ureghea umană). Ei se produc în 2 variante constructive principale: cilindrică şi cubică cu distanţe maxime controlate de la 30 mm şi până la 50 m (ultima distanţă poate fi controlată numai cu raze Laser). Ei au o alimentare în curent continuu 24 V, sau în curent alternativ 230 V, 50 Hz. Conectorul lor de conexiuni exterioare prevede 3 - 4 pini în varianta obişnuită, sau 5 pini în varianta de funcţionare în reţea AS-Interface. (fig. 1.48).

Fig. 1.48. Scheme de conexiuni exterioare ale senzorilor fotoelectrici discreţi

În figura 1.49 sunt arătate 2 din variantele constructive ale senzorilor optici ai companiei Siemens de o generaţie mai veche şi o notaţie BERO 3RG7 : în formă cilindrică cu diametru M18 şi în form cubică cu dimensiuni 40x40x19 mm, cu o distanţă de acordare 30–300 mm şi 2-15 m, cu alimentare 24 V DC şi cu tranzistoare sau relee de ieşire ai companiei Siemens.

Fig. 1.49. Senzori optici BERO 3RG7 M18 şi K40 ai companiei Siemens

Optosenzorii din ultima generaţie au o altă notaţie, asemănătoare cu celelalte traductoare PXO, fiind clasificaţi în 5 grupe cu construcţie cilindrică sau cubică PXO 100 – PXO 500 (fig. 1.50). Ultima grupă este realizată cu raze Laser.

46

Page 15: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

Fig. 1.50. Senzori optici Simatic PXO 300 şi PXO 400 din ultima generaţie

În figura 1.51 a,b sunt prezentate 2 modificaţii ale senzorilor fotoelectrici E3Z ale companiei japoneze OMRON. Prima dintre ele asigură o detectare nereglabilă a obiectelor, aflate la o distanţă 0-100 mm, utilizănd ca sursă de lumină roşie o diodă luminiscentă LED. Modificaţia a 2-a este realizată cu rază Laser, de aceea poate detecta obiecte cu o precizie înaltă şi o zonă de 0-30m - cu emiţător/receptor separaţi; 0-4m - cu ecran de reflectare; 0-0,3m – cu reflactare de la obiect (fig.1.51,c). Etajul ei de ieşire poate avea 2 logici de funcţionare – Light ON (ND - activat în regim de detectare) şi Dark ON (NÎ- dezactivat în regim de detectare)

Fig. 1.51. Modificaţii de senzori optici E3Z ai companiei japoneze OMRON şi configuraţia zonei de control 0-0,3m Alimantarea cu tensiune 10-30 V a acestor senzori este semnalizată de o diodă verde, iar acţionarea lor – de o diodă orange (fig. 1.52).

Fig. 1.52. Schema funcţională simplificată a senzorilor optici E3Z OMRON

47

Page 16: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

O grupă separată a traductoarelor de lumină o constiruie senzorii optici de securitate – optical safety sensors sau Fail-safe sensors. Din această grupă fac parte banderolele, barierele, perdelele şi suprafeţele de lumină invizibilă (infraroşie) şi scanerele Laser, care sunt destinate pentru protecţia persoanelor şi a maşinilor de accesul în anumite zone industriale periculoase sau neadmisibile. În figura 1.53, a este prezentată o protecţie a accesului unei persoane în zona periculoasî a unui robot industrial printr-o barieră optică verticală în dechizătura uşii, iar în figura 1.53, b,c – senzorii optici de securitate FS 200, 400 (Siemens).

a) b)Fig. 1.53. Protecţia acceslui unei persoane în zona unui robot industrial prin barieră de lumină invizibilă (a) şi semzori optici de securitate FS 200 (b) şi FS 400 (c) ale companiei Siemens (c) Astfel de bariere se folosesc în ascensoarele moderne pentru protecţia închiderii uşilor cabinei, dacă între uşi se află vre-o persoană sau vre-un obiect oarecare. În comparaţie cu senzorii cu ultrasunete, optosenzorii au o construcţie şi o structură mai simplă, un preţ mai redus, o zonă moartă mult mai mică şi o zonă de control până la 50 m în cazul razelor Laser, funcţionarea lor fiind independentă de temperatura aerului, sau de câmpurile electromagnetice industriale puternice. Ei se utilizează pentru controlul umplerii sticlelor, scanarea unor etichete, amurgului,etc. O utilizare largă în practică au obţnut-o senzorii optici de mişcare cu unde infraroşii (Infrared Motion Senzors) cu o zonă de control până la 12m, sau 6m, cu montare pe perete vertical şi un unghi de detectare 180°/140° (fig. 1.54, a), sau cu montare pe plafon şi un unghi de detectare 360° (fig. 1.54, b).

48

Page 17: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

a)

b)

Fig. 1.54. Senzori de mişcare cu unde infraroşii şi zonă de control 180/140° şi 360°

Aceşti senzori includ un taimer pentru o activare temporizată dorită a sarcinii (1-7 min), necesară, de exemplu pentru conectarea temporară a luminii pe scările clădirilor cu multe etaje, în ogrăzi, garaje şi alte locuri. Când o fiinţă se mişcă în zona de control, senzorul aprinde automat lumina, stângând-o când expiră timpul setat al taimerului. Pentru a aprinde lumina numai în întunerec, unii senzori includ, de semenea, un senzor de amurg. Conectarea

49

Page 18: 1.2 Senzori de Proximitate

1.2 SENZORI DE PROXIMITATE ŞI DE POZIŢIE

exterioară a acestor senzori prevede, de regulă, 3 conductoare: Cafeniu (3) - pentru faza tensiunii de alimentare; Albastru (2) – pentru nulul tensiunii şi Roşu (1) – pentru sarcina electrică în raport cu nulul (fig. 1.55). Fig. 1.55. Schema senzorului de mişcare

50