Как выбрать датчики промышленной автоматизации для производства

Все автоматические машины зависят от информации, с которой они работают. Серводавилка работает с несовершенным компонентом, робот работает только с видимыми объектами, а калибровочный стенд измеряет температуру окружающей среды. Выбор промышленных автоматизационных датчиков поэтому не является пунктом для заполнения в конце проекта; он определяет, обнаружит ли машина дефекты или отправит их дальше. Это руководство адресовано особенно людям, ответственным за разработку списка датчиков для проекта, а также лицу, которое должно их купить, сравнить предложения поставщиков и иметь несколько дополнительных датчиков в наличии.

Это руководство основано на нашем опыте выбора типов датчиков для автоматических сборочных линий и испытательных стендов для автоматических выключателей и другого низковольтного оборудования. В нашей практике мы выбирали из шести типов групп датчиков: датчики давления, датчики температуры, фотоэлектрические датчики, визуальные датчики, датчики приближения и датчики линейного перемещения, производимые такими крупными компаниями, как Omron, Keyence, Honeywell, Panasonic и SIMBATOUCH.

Для выбора датчиков для производства, начните с задачи, а не с каталога: определите, что должно быть обнаружено или измерено, целевой материал и расстояние, точность и время отклика, необходимые процессу, а также среду, в которой будет работать датчик. Затем сопоставьте выходной сигнал с вашим ПЛК (PNP или NPN, 4–20 мА или IO-Link), подтвердите степень защиты IP и способ крепления, и стандартизируйте выбор на небольшом количестве брендов и артикулов. Большинство отказов датчиков на производстве связано с неправильной спецификацией или плохой установкой, а не с неисправностью самого датчика.

Шесть семейств датчиков, используемых в большинстве сборочных и испытательных машин

Существует десятки типов датчиков, используемых в промышленной автоматизации,, но обычная конвейерная система или испытательный стенд использует только шесть семейств датчиков. В таблице ниже показаны функции каждого датчика в реальной машине, а также его важные характеристики для включения в спецификацию (BOM).

Датчики давления и силы

Датчик давления в сборке электрических компонентов имеет два различных применения. Первое — пневматическое: большинство машин работают на воздушном давлении 0,6 МПа; прессостат или передатчик давления останавливает машину до того, как зажим с низким давлением позволит любой детали двигаться. Второе связано с измерением силы при прессовании, клепке и вставке. На оборудовании Benlong Автоматический сборочный станок для магнитных железных сердечников автоматических выключателей., сервопресс вставляет катушки и штифты с программируемой силой 10–200 Н с точностью силы ±5% и точностью глубины ±0,05 мм, а кривая сила-перемещение отклоняет любую деталь, которая отклоняется от заданного профиля. Тензодатчики и миниатюрные датчики силы от SIMBATOUCH и Honeywell являются типичными вариантами для этой задачи.

Датчики температуры

Температура имеет решающее значение там, где физика зависит от температуры. Биметаллический автоматический выключатель управляет механизмом на основе тепла, поэтому калибровочный стенд, который не учитывает окружающую температуру, приведет к неправильным измерениям с утренних до дневных смен. Оборудование Benlong Длительный стенд для термокалибровки MCCB регистрирует температуру окружающей среды при каждом тесте и может автоматически корректировать допустимые пределы, с опциональной камерой, поддерживающей 25 °C ±3 °C. Для таких измерений лучше использовать термометр сопротивления (например, Pt100), а не термопару, так как он более точен и стабилен при комнатной температуре. Термопары более эффективны при измерениях, связанных с высокими температурами, например, при сварке и термостыковке.

Фотоэлектрические датчики

Фотоэлектрические датчики являются основой обнаружения деталей. Они могут работать в трех режимах: сквозной луч, ретроотражательный и диффузно-отражательный; кроме того, даже в ограниченных пространствах можно использовать волоконно-оптические датчики вместо стандартных. На полуавтоматической сборочной машине для дугогасительных камер MCB, оптические датчики проверяют количество пластин и высоту стопок перед операцией прессования, а также используются световые завесы безопасности для защиты персонала в зоне загрузки. Три ведущих производителя оптических датчиков — Omron, Keyence и Panasonic.

Визуальные датчики

Если фотоэлектрический датчик отвечает да или нет, то визуальный датчик отвечает что, где и правильно ли это. На оборудовании Benlong Автоматизированная сборочная линия MCB, которое работает с циклом 2–3,5 секунды, камеры в заданных точках проверяют отсутствие блокировок, неправильное расположение деталей и плохую посадку. Для возможностей камеры достаточно одной спецификации — разрешения изображения, но общая оценка: поле захвата изображения, максимальный размер дефекта, освещение, а также общая продолжительность визуального контроля должны соответствовать требованиям операционного цикла. Keyence и Omron производят как визуальные датчики, так и полные системы машинного зрения.

Датчики приближения

Индуктивные датчики приближения используются для бесконтактного обнаружения металла. Они наиболее часто выбираются для определения конечных положений цилиндров, индексных поворотных столов или проверки наличия металлических деталей в приспособлениях. Ёмкостные датчики обнаруживают неметаллические объекты, такие как пластиковые корпуса, но они более подвержены воздействию грязи и влажности. Также указывается диапазон срабатывания с допуском: указанный диапазон применим к цели из стали, а другие металлы, такие как латунь, медь и алюминий, значительно уменьшают дальность действия датчиков, что особенно важно при обнаружении контактов и медных клемм.

Линейные и датчики перемещения

Линейные датчики способны измерять положение, а не просто обнаруживать его наличие. Примерами таких датчиков являются магнитострикционный преобразователь положения, потенциометрический преобразователь положения, LVDT и лазерный датчик перемещения. В сборочных машинах они используются для измерения глубины вставки, хода пресса, высоты детали и плоскостности. При использовании с датчиком силы линейный датчик формирует так называемую характеристику сила-перемещение, что делает сервопресс эффективным инструментом.

Как выбрать датчики промышленной автоматизации: семиступенчатый процесс

Надёжная методология позволяет инженерам быстрее выбрать промышленный датчик и покупателям легче проверить его характеристики. Эти семь шагов универсальны:
①.Определите цель. Сформулируйте односоставное предложение, описывающее задачу обнаружения, подсчёта, измерения или инспекции во времени и пространстве. Если вам трудно выразить идею словами, требования к датчику ещё не сформированы.
②.Определите объект. Это включает установление его материала, цвета, отделки поверхности, размеров и подвижности. Как правило, блестящие, прозрачные и чёрные объекты известны тем, что сбивают с толку оптические датчики.
③.Рассчитайте расстояние. Определите рабочий диапазон датчика и требуемую повторяемость измерений. Также подумайте о минимальном изменении, которое должно быть обнаружено.
④.Обратите внимание на время. Убедитесь, что время отклика датчика соответствует времени работы оборудования; при цикле работы в 2 секунды медленный датчик вызовет замедление.
⑤.Оцените условия окружающей среды. Учтите такие факторы, как температура, масляный туман, охлаждающая жидкость, металлическая пыль и вибрации, включая электрические помехи. Выберите подходящий класс защиты IP и материал корпуса на основе рейтинга IP.
⑥.Определите тип выхода и подключения. PNP или NPN должны соответствовать входу, а аналоговый тип характеризуется диапазоном (4-20 мА или 0-10 В).
⑦.Подготовьтесь к обслуживанию. Это включает определение типа разъёмов, длины кабелей, наличие запасных частей и возможность замены без повторного обучения.

Выходные сигналы: деталь, вызывающая большинство задержек при вводе в эксплуатацию

Дискретные датчики используют технологию PNP или NPN, и крайне важно выбрать подходящий датчик, соответствующий входному модулю ПЛК. Датчик с неправильной полярностью просто не будет работать, что является одной из самых распространённых причин задержек при доставке импортного оборудования до конечного пункта назначения. Между тем, аналоговые датчики работают, передавая непрерывные измерения, при этом предпочтение отдаётся сигналам 4-20 мА по сравнению с напряжением на длинных кабельных линиях из-за их эффективности против электрических помех и лёгкости обнаружения обрыва провода. IO-Link, стандартизированный как IEC 61131-9, сохраняет привычное трёхпроводное подключение, но добавляет двунаправленную связь, позволяя ПЛК считывать диагностику датчика и автоматически загружать настройки на заменяемое устройство.

Контрольный список спецификаций датчиков для инженеров и закупщиков

Большинство проблем с поставками начинается с неполной строки в списке датчиков. Перед тем как список автоматизационных датчиков будет передан в отдел закупок, каждая строка должна отвечать на следующие вопросы:

Клиентам необходимо учитывать два коммерческих аспекта: проверить, является ли указанная деталь оригинальным товаром от авторизованного дистрибьютора, и узнать срок поставки по каждому датчику, а не только общий временной интервал. Например, один датчик зрения с задержкой поставки может остановить всю производственную линию, проходящую тестирование на заводе.

Бренды датчиков, используемые в проектах Benlong Automation

Benlong стандартизирует короткий список брендов, чтобы клиенты получали машины с деталями, которые они могут приобрести локально, а инженеры могли их поддерживать. Сравнение ниже отражает типичное использование каждого бренда на сборочном и испытательном оборудовании.

Когда заказчик указывает другой бренд, например, чтобы соответствовать существующему стандарту завода, список датчиков может быть адаптирован на этапе проектирования. Сделать это до сборки машины стоит недорого; изменение датчиков после приёмки на заводе означает переподключение, перепрограммирование и повторное тестирование. Покупатели на рынках, таких как Индия, которые оценивают местных и зарубежных производителей машин, могут узнать больше об этом решении в нашем руководстве по производителей автоматических сборочных машин в Индии.

От сигнала датчика к решению о качестве

Выходной сигнал датчика имеет значение только тогда, когда он влияет на действия машины. Каждый важный датчик в правильно спроектированной линии влияет на действия машины: остановка, отбраковка, повторная попытка, корректировка или запись. Это ключевое отличие между автоматизацией, которая просто перемещает объекты, и автоматизацией, выполняющей контроль качества, отличие, которое подробно рассматривается в нашей статье о Что такое автоматизация?. При рассмотрении предложения по машине спросите для каждого датчика, что происходит, если его сигнал неверен. Если ответа нет, датчик — это украшение.

• Отбраковка при ошибке: системы измерения силы-смещения, визуального контроля и подсчёта должны предотвращать прохождение дефектных деталей по линии.
  Запись значения: ведение записей пиков силы, температур и результатов инспекции позволяет использовать данные для аудитов и претензий.
  Контроль датчика: диагностическая система IO-Link, данные о силе сигнала от фотоэлектрических датчиков и калибровка каналов позволяют обнаружить неисправность датчика до возникновения проблем.
• 

Часто задаваемые вопросы

Какие существуют различные типы датчиков, используемых в промышленной автоматизации?

Наиболее распространённые промышленные датчики — это датчики приближения (индуктивные и ёмкостные), фотоэлектрические и волоконно-оптические датчики, датчики зрения, датчики давления и силы, температурные датчики, линейные и датчики перемещения, ультразвуковые датчики, энкодеры, датчики уровня и расхода, а также устройства безопасности, такие как световые завесы и лазерные сканеры.

Какие четыре основных типа датчиков существуют?

Хотя официального списка типов датчиков не существует, на практике их классифицируют на четыре основные категории: температурные, давления, положения или приближения и оптические датчики. В совокупности эти типы датчиков охватывают большинство необходимых измерений и обнаружений в производственных процессах.

Как выбрать датчик?

Сначала точно укажите, что требуется обнаружить или измерить, затем определите характеристики целевого материала и расстояния, обеспечьте необходимый уровень точности и времени реакции, определите условия эксплуатации и степень защиты IP, и наконец, настройте тип выходного сигнала для контроллера. Важно также выбрать производителя, который сможет поддержать проект, предоставив рекомендации по альтернативам.

Какие типы датчиков обычно используются в промышленных роботах?

Положение сочленения в основном контролируется с помощью энкодеров, в то время как системы визуального контроля используются для идентификации деталей. Задачи сборки и полировки выполняются с помощью датчиков силы/крутящего момента. Датчики приближения и фотоэлектрические датчики используются на захватах и исполнительных механизмах. Безопасность обеспечивается использованием лазерных сканеров безопасности или световых завес.

Ссылки

• OMRON Industrial Automation — категория продукции «Датчики»
• KEYENCE — Основы датчиков: принципы обнаружения и типы датчиков
• Panasonic Industry — Датчики
• Honeywell — Решения для сенсорики
• SIMBATOUCH (Guangzhou Sbatuo Electronic Technology) — датчики силы и давления
• IO-Link Community — технология IO-Link (IEC 61131-9)

Заключение

Выбор датчиков для производственного проекта — это прежде всего этап спецификации, а уже потом закупки. Определите задачу, цель, точность, скорость и условия эксплуатации; согласуйте выходной сигнал с контроллером; и стандартизируйте бренды, которые вы можете поддерживать. Benlong Automation применяет именно такой подход к датчикам давления, температуры, фотоэлектрическим, визуальным, приближения и линейным датчикам на своих сборочных линиях и испытательных стендах, чтобы каждый сигнал на машине приводил к решению о качестве.

Хуан Сяолей | Benlong Automation