Выбор датчика положения

Преимущества использования автоматизации в производственном процессе: это и увеличение выпуска, и снижение себестоимости, и улучшение качества продукции.

В наши дни не встретишь такой отрасли производства, где бы не использовались датчики положения и перемещения, которые являются связующим звеном между электронной и механической частями приборов. Попробуем разобраться в выборе типа датчика положения, подходящего для той или иной задачи.

К датчикам положения можно отнести любое устройство, предназначенное для определения наличия/отсутствия или относительной позиции каких-либо предметов, которые могут иметь твердую, сыпучую или жидкую консистенцию.

При выборе изделия необходимо учитывать ряд функциональных особенностей, присущих каждому типу датчиков и конструкторскому подходу производителей к своей продукции, терминологии и маркировке.

По физическому принципу работы датчики положения подразделяются на бесконтактные:

• индуктивные,
• емкостные,
• магнитные,
• оптические (фотоэлектрические),
• ультразвуковые,

и на контактные, основными из которых являются энкодеры – устройства преобразующие угловые повороты или линейные перемещения в последовательность импульсов определенного формата.

Оптические датчики являются наиболее востребованными изделиями и предназначены для разнооборазных задач: контроль прозрачных объектов, прозрачных этикеток, слежение за кромкой, определение люминисцентных меток и т.п.

По типу выхода датчики подразделяются на дискретные (выключатели), аналоговые и цифровые.

К разряду выключателей с дискретным выходом относятся устройства, которые имеют только два коммутационных состояния – открыт или закрыт.

Аналоговые и цифровые датчики имеют зависимость выходной величины от расстояния до объекта. В качестве выходной величины у аналогового выхода в основном используется ток 4 – 20 мА, а также напряжение 0 – 5 Вольт (напряжение 0 – 10 Вольт и ток 0 – 20 мА считаются устаревшими). У цифровых датчиков сигнал на выходе кодируется в последовательность импульсов определенного формата, например RS 232, RS 422/485, HyperFace, ProfyBus и т.д.

Параметры датчиков, выпускаемых разными производителями, очень близки и при выборе поставщика одним из критериев выбора может выступать надежность и долговременная стабильность параметров датчика. По совокупности этих признаков наилучший результат у датчиков немецкого производителя SICK и отечественного МЕГА-К.

Основную долю продукции известных производителей составляют выключатели, поэтому с целью правильного и однозначного толкования рассмотрим их функции выхода, одинаковые для всех типов независимо от физического принципа работы.

У всех бесконтактных выключателей есть исходное состояние, т.е. когда объект отсутствует в зоне чувствительности датчика. Данное состояние определяет функциональный тип выключателя, который может встречаться в следующих вариациях:

• нормально открытый (NO), замыкающий, нормально разомкнутый
• нормально закрытый (NC), размыкающий, нормально замкнутый
• переключающий (NO and NC, Q and Q', complementary, antivalent)
• инвертируемый (NO or NC, Q or Q', reversible, invertable). В отличии от переключающего типа, где физически 2 контакта, в данном случае физически 1 контакт, который может использоваться в режиме или замыкающего или размыкающего.
• NANUR, специальный выход для взрывоопасных зон. Физически представляет собой токовый выход с верхним и нижним уровнем сигнала, который обрабатывается специальным блоком иcкрозащиты, который также выполняет функции питания/преобразования. Смысл данного выхода в недопущении образования искры в опасной зоне при обрыве соединительного провода датчика.

Необходимо отметить, что у ведущего немецкого производителя датчиков положения SICK термины NO и NC относятся к индуктивным, емкостным и магнитным типам датчиков, а Q и Q относятся к оптическим и ультразвуковым датчикам. Причем существуют различные вариации в зависимости от типа фотоэлектрического датчика (барьерный, рефлекторный, диффузный), которые будут рассмотрены далее.

Помимо выключателей с дискретным выходом оба производителя выпускают датчики с аналоговым выходом. В настоящее время наибольшее распространение получил токовый выход 4-20 мА. В отличии от выхода 0-10 В он является в значительной степени более помехоустойчивым и не зависит от падения напряжения (т.е. от длины соединительного кабеля). Однако, токовый выход более сложен в последующей обработке. Поэтому для перевода его в напряжение 2-10 В можно подключить в цепь выхода подстроечный резистор 500 Ом, а выход резистора замкнуть на массу. Напряжение 2-10 В снимается с зажимов резистора. (для получения напряжение 0-10 В необходимо, чтобы токовый выход был 0-20 мА, однако он тоже сейчас устарел).

Цифровым выходом оснащаются высокотехнологичные датчики расстояния, измерители угловых перемещений (энкодеры), лазерные сканеры, системы промышленного зрения и т.п., которые преобразуют соответствующую изменяющуюся физическую величину в последовательность импульсов определенного формата. Цифровой выход полезен для производственных линий высокой степени автоматизации и интеграции. Подобные изделия выпускаются только немецким производителем SICK.