W systemach automatyki przemysłowej i sterowania (takich jak obrabiarki CNC, linie pakujące, maszyny do obróbki drewna oraz systemy transportowe), czujniki zbliżeniowe oraz czujniki fotoelektryczne są to dwa z najczęściej stosowanych rozwiązania do bezkontaktowego wykrywania obiektów.
Zarówno czujniki zbliżeniowe, jak i czujniki fotoelektryczne zapewniają niezawodne, bezzużyciowe działanie, jednak ich zasady działania, zasięgi wykrywania, kompatybilność z materiałami oraz tolerancje środowiskowe znacznie się od siebie różnią.
W niniejszym przewodniku omówiono trzy kluczowe aspekty, które należy zrozumieć, aby dokonać właściwego wyboru:
- Definicje czujników zbliżeniowych i czujników fotoelektrycznych,
- Główne różnice między tymi dwoma typami czujników,
- Jak dobrać odpowiedni czujnik do danego zastosowania.
Czym jest czujnik zbliżeniowy?
Czujniki zbliżeniowe (zwane czasem przełącznikami zbliżeniowymi) są zazwyczaj stosowane w połączeniu ze sterownikami PLC lub innymi mikroprocesorami, takimi jak Arduino i Raspberry Pi, w celu bezkontaktowego wykrywania obecności obiektów.
Gdy obiekt znajdzie się w zasięgu wykrywania, czujnik wysyła do sterownika PLC sygnał niskiego poziomu (czujnik typu NPN), wysokiego poziomu (czujnik typu PNP) lub sygnał napięcia prądu stałego/zmiennego (czujnik z wyjściem przekaźnikowym). Sterownik PLC interpretuje następnie ten sygnał i wykonuje kolejną operację, taką jak zatrzymanie ruchu lub sterowanie siłownikiem pneumatycznym w celu wykonania ruchu typu „push-pull”.
Rodzaje czujników zbliżeniowych i zasady ich działania
Wyróżnia się trzy główne rodzaje czujników zbliżeniowych: indukcyjne czujniki zbliżeniowe, pojemnościowe czujniki zbliżeniowe oraz czujniki zbliżeniowe wykorzystujące efekt Halla.
W następnym rozdziale szczegółowo wyjaśniono zasadę działania każdego typu czujnika:
- Indukcyjny czujnik zbliżeniowy: Indukcyjny czujnik zbliżeniowy wykrywa obiekty poprzez wykrywanie zmian w polu elektromagnetycznym. Gdy przedmiot metalowy znajdzie się w zasięgu wykrywania, prądy wirowowe powstające na jego powierzchni osłabiają pole elektromagnetyczne, co powoduje wyzwolenie sygnału wyjściowego przełącznika.
- Pojemnościowy czujnik zbliżeniowy: Pojemnościowy czujnik zbliżeniowy wykrywa obiekty poprzez wykrywanie zmian pojemności. Gdy obiekt docelowy znajdzie się w zasięgu wykrywania, zmienia się pojemność elektryczna między elektrodami czujnika a obiektem docelowym, co powoduje wyzwolenie sygnału wyjściowego przełącznika.
- Czujnik zbliżeniowy na zasadzie efektu Halla: Czujnik zbliżeniowy wykorzystujący efekt Halla wykrywa obiekty poprzez wykrywanie pól magnetycznych. Gdy obiekt docelowy znajdzie się w zasięgu wykrywania, czujnik Halla wykrywa zmianę pola magnetycznego, a następnie uruchamia sygnał wyjściowy przełącznika.
Główne zalety i ograniczenia
Główną zaletą czujników zbliżeniowych indukcyjnych i czujników zbliżeniowych z efektem Halla jest ich zdolność do pracy w trudnych warunkach przemysłowych, takich jak zapylenie, obecność oleju i wilgoć.
Ponieważ kurz, wilgoć i olej nie są substancjami metalowymi ani nie są magnetyczne, nie wpływają one na dokładność wykrywania ani nie powodują fałszywych alarmów.
Ich ograniczeniem jest stosunkowo niewielki zasięg wykrywania; zazwyczaj czujniki zbliżeniowe mają zasięg wykrywania poniżej 120 mm (indukcyjny czujnik zbliżeniowy firmy Lorentzzi Electric o zasięgu wykrywania 120 mm: Indukcyjny bezkontaktowy czujnik zbliżeniowy LMF41).
Czym jest czujnik fotoelektryczny?
Czujniki fotoelektryczne są kolejnym rodzajem bezkontaktowych urządzeń do wykrywania obiektów; w odróżnieniu od opisanych wcześniej czujników zbliżeniowych indukcyjnych, pojemnościowych i wykorzystujących efekt Halla, wykorzystują one światło do wykrywania obiektów.
Dzięki temu charakteryzują się krótszym czasem reakcji, większą dokładnością oraz zdolnością do wykrywania obiektów z większej odległości.
Rodzaje czujników fotoelektrycznych i zasady ich działania
Wyróżnia się trzy rodzaje czujników fotoelektrycznych: czujniki fotoelektryczne rozproszone, fotokomórki odblaskowe, oraz przelotowe czujniki fotoelektryczne.
- Rozproszony czujnik fotoelektryczny: Czujnik fotoelektryczny typu rozproszonego łączy nadajnik i odbiornik w jednej obudowie. Emituje on wiązkę światła i generuje sygnał wyjściowy po wykryciu światła odbitego od obiektu docelowego.
- Fotokomórka z elementem odblaskowym: Zasada działania czujnika fotoelektrycznego typu odbiciowego jest niemal taka sama jak w przypadku czujnika fotoelektrycznego typu rozpraszającego, jednak w tym przypadku do wykrywania obiektów wykorzystuje się lustro jako punkt odbicia. Sygnał wyjściowy jest generowany w zależności od tego, czy światło odbite jest zasłonięte, czy nie.
- Czujnik fotoelektryczny z wiązką przelotową: W przeciwieństwie do czujników fotoelektrycznych typu rozproszonego i odblaskowego, w których nadajnik i odbiornik są zintegrowane w jednej obudowie, czujniki fotoelektryczne typu przelotowego mają oddzielne nadajniki i odbiorniki. W trybie ciemnym czujnik wyzwala sygnał wyjściowy, gdy światło między nadajnikiem a odbiornikiem zostanie zablokowane; w trybie jasnym wysyła sygnał, gdy między nadajnikiem a odbiornikiem nie ma żadnego obiektu.
Główne zalety i ograniczenia
Główne zalety czujników fotoelektrycznych to szybki czas reakcji, wysoka dokładność wykrywania oraz wyjątkowo duża odległość wykrywania (do 10 metrów), dzięki czemu nadają się one do wykrywania obiektów wykonanych z różnych materiałów.
Ich wadą jest jednak to, że aby uniknąć fałszywych wyzwaleń, otoczenie musi być wyjątkowo czyste; w przeciwnym razie silne światło, kurz lub olej będą blokować promień świetlny, co doprowadzi do fałszywych wyzwaleń.
Czujniki zbliżeniowe a czujniki fotoelektryczne: 5 kluczowych różnic
W porównaniu z czujnikami fotoelektrycznymi czujniki zbliżeniowe różnią się od nich pod pięcioma głównymi względami, takimi jak zasada działania, zasięg wykrywania, wykrywane materiały, wymagania środowiskowe oraz czas reakcji.
| Pozycja | Czujnik zbliżeniowy | Czujnik fotoelektryczny |
|---|---|---|
Zasada działania |
Obiekty są wykrywane na podstawie zmian w polach elektromagnetycznych, pojemności elektrycznej lub obecności lub braku pól magnetycznych. |
Obecność obiektu wykrywa się poprzez sprawdzenie, czy powraca światło odbite, czy też występuje światło emitowane. |
Zakres wykrywania |
od 1 mm do maksymalnie 120 mm |
od 50 mm do maksymalnie 10 metrów |
Wykryte materiały |
Dowolny przedmiot metalowy (indukcyjny czujnik zbliżeniowy), przedmiot magnetyczny (czujnik Halla), dowolny przedmiot z dowolnego materiału (pojemnościowy czujnik zbliżeniowy) |
Wszelkie przedmioty materialne, takie jak metal, tworzywo sztuczne, szkło, ciecze, przedmioty przezroczyste |
Wymagania środowiskowe |
Nie ma wysokich wymagań co do warunków otoczenia; nawet obecność kurzu, oleju lub innych zanieczyszczeń nie wpłynie na dokładność badania. |
Otoczenie musi być bardzo czyste i uporządkowane, natężenie oświetlenia nie powinno być zbyt duże, należy unikać bezpośredniego nasłonecznienia, a natężenie oświetlenia powinno wynosić poniżej 10 000 luksów. |
Czas reakcji |
Zazwyczaj < 1 ms |
Zazwyczaj < 0,1 ms |
Typowe zastosowania: kiedy czego używać?
Najlepsze zastosowania czujników zbliżeniowych
- Wykrywanie ograniczeń i pozycji początkowej w obrabiarkach i innych urządzeniach zautomatyzowanych;
- Liczenie metalowych elementów obrabianych oraz wykrywanie położenia stanowisk roboczych na liniach produkcyjnych; przekazywanie informacji zwrotnej o położeniu cylindra;
- Wykrywanie przełożenia przekładni i prędkości obrotowej;
- Wykrywanie stanowisk obróbki w halach produkcyjnych zanieczyszczonych olejem ciężkim i pyłem.
Najlepsze zastosowania czujników fotoelektrycznych
- Linia pakująca: kontrola i liczenie kartonów, butelek plastikowych oraz torebek opakowaniowych;
- Logistyka i magazynowanie: Przyjmowanie towarów, korekta, sortowanie i kontrola; Przezroczyste szklane butelki, folie oraz wykrywanie poziomu cieczy;
- Zdalna kontrola dostępu, zabezpieczenia oraz wykrywanie kanałów.
- Aby zapoznać się z bardziej szczegółowymi zastosowaniami czujników fotoelektrycznych, przeczytaj ten artykuł: Zastosowania czujników fotoelektrycznych: 5 typowych przykładów.
Wnioski
Podsumowując, czujniki zbliżeniowe nadają się do przemysłowych zastosowań związanych z kontrolą, pozycjonowaniem oraz ograniczaniem ruchu na krótkich odległościach w trudnych warunkach środowiskowych.
Z kolei czujniki fotoelektryczne charakteryzują się większym zasięgiem wykrywania oraz szerszym zakresem możliwości wykrywania różnych materiałów, co sprawia, że są one standardowym wyborem w zastosowaniach związanych z liczeniem w branżach opakowaniowej, spożywczej i logistycznej.
Lorentzzi Electric, chiński profesjonalny producent i dostawca czujniki zbliżeniowe i fotoelektryczne, oferuje produkty wysokiej jakości w przystępnych cenach. Jeśli szukasz niezawodnego partnera biznesowego, prosimy o skontaktuj się z nami więcej informacji!
