Czujnik pojemnościowy zbliżeniowy

Czujnik pojemnościowy – zbliżeniowy.

Czujnik pojemnościowy służy do detekcji dowolnego typu przedmiotów, cieczy lub substancji. Lista obiektów, które potrafi wykryć jest długa: szkło, metale, dowolnego typu ciecze, papier, ceramika, materiały sypkie, ziarna, zboża, ludzka dłoń itp. Z tymi czujnikami, z którymi ja miałem do czynienia, napotkałem na jedno ograniczenie: nie potrafiły wykryć przedmiotów z tworzywa sztucznego. Przed zakupem warto to sprawdzić, np. zabierając ze sobą próbkę przedmiotu, który chcemy wykrywać i przetestować na miejscu u sprzedawcy. Czujnik pojemnościowy może mieć dowolną obudowę: cylindryczną, prostopadłościenną lub specjalną. Najbardziej popularne są wykonania w obudowie cylindrycznej.

Czujnik pojemnościowy
Czujnik pojemnościowy

 

Zasada działania polega na zbliżeniu do czoła czujnika wykrywanego przedmiotu. Pod jego wpływem zmienia się pojemność układu, dzięki czemu czujnik zmienia stan na wyjściu. Typowy sygnał wyjściowy z czujnika pojemnościowego to sygnał cyfrowy PNP lub NPN, o obciążalności prądowej ok. 100-300mA. Gdy kupimy w takim standardzie i chcemy go podłączyć np. pod lampkę kontrolną, to musimy pamiętać, żeby nie przekroczyć prądu wyjściowego, gdyż zwyczajnie spalimy wyjście. Najlepiej wtedy podłączyć czujnik przez przekaźnik, o odpowiednich parametrach lub kupić czujnik z wyjściem przekaźnikowym. Gdy go podłączamy do sterownika PLC, wtedy dobieramy czujnik pod odpowiednie wejście w sterowniku. Z ważniejszych parametrów, o których musimy pamiętać podczas zakupu to: napięcie zasilania, typ wyjścia, temperatura pracy, stopień ochrony obudowy IP, częstotliwość przełączania, zasięg czujnika. Zasięg czujnika pojemnościowego zależy od jego rozmiaru. Np. czujnik pojemnościowy w obudowie M18 posiada zasięg około 16mm, a w obudowie M30 około 30mm. Te zasięgi będą się różniły w zależności od producenta. Z tyłu obudowy znajduje się potencjometr do regulacji czułości.

Przykładowe aplikacje i zastosowania.

Kontrola napełnienia zbiornika z proszkiem. Czujnik jest przykręcony do dna zbiornika. Gdy jego czoło jest przykryte proszkiem, sygnalizuje on że, zbiornik jest napełniony.

Czujnik pojemnościowy - kontrola zasypu zbiornika
Czujnik pojemnościowy – kontrola zasypu zbiornika

Kontrola napełnienia cylindra szklanego. Na poniższym zdjęciu widzimy, że czujnik nie musi się stykać bezpośrednio z wykrywanym materiałem. Jest to możliwe dzięki regulacji czułości. Możemy tak”znieczulić” czujnik, żeby nie wykrywał pustego cylindra, a jedynie zapełniony.

Czujniki pojemnościowy kontrola napełnienia zbiornika.
Czujniki pojemnościowy kontrola napełnienia cylindra szklanego.

Kontrola napełnienia puszek aluminiowych. Podobna sytuacja jak u góry.

Czujnik indukcyjny kontrola napełnienia puszek.
Czujnik indukcyjny kontrola napełnienia puszek.

Kontrola obecności tafli szkła.

Czujnik pojemnościowy - kontrola obecności tafli szkła
Czujnik pojemnościowy – kontrola obecności tafli szkła

 

Siłowniki elektryczne – aktuatory liniowe

Siłowniki – podział.

Siłowniki, które wykorzystywane są w automatyce przemysłowej, automatyce budynków, maszynach i urządzeniach możemy podzielić na:

– elektryczne

– pneumatyczne

-hydrauliczne

Podział ten określa w jaki sposób poruszany jest tłok siłownika. W elektrycznym tłok napędza silnik elektryczny, w pneumatycznym czynnikiem napędzającym jest sprężone powietrze, a w hydraulicznym olej lub płyn hydrauliczny.

 Siłowniki elektryczne

Siłowniki elektryczne
Siłowniki elektryczne

Jedne z najbardziej popularnych wykonań, to siłowniki elektryczne śrubowe. Silnik elektryczny napędza śrubę, dzięki czemu tłok może się wysuwać i chować. W celu zwiększenia momentu, czyli siły działania tłoka, używa się przekładni mechanicznej.

Siłownik elektryczny - budowa
Siłowniki elektryczne – budowa

Niewątpliwą zaletą siłowników elektrycznych jest ich prostota wykonania. Do pracy nie potrzebują układu przygotowania sprężonego powietrza, pomp hydraulicznych itp. Jedyne co musimy zrobić, to dostarczyć napięcie zasilające.  W sprzedaży dostępne są wykonania z bezpiecznym napięciem czyli 12, 24, 36Vdc. Imponujące są również masy, które potrafią przesunąć/podnieść stosunkowo niewielkich gabarytów siłowniki, np. 300kg. Dobrze dobrany siłownik elektryczny jest samohamowny, tzn. że nie potrzebny jest mu hamulec. Pomimo tego, że zostanie odłączone od niego napięcie zasilające, będzie on w stanie utrzymać dany ciężar. Inną zaletą siłowników elektrycznych jest możliwość ich pozycjonowania. Najprostsza metoda to przejazd od jednej do drugiej krańcówki. W danych punktach, w których siłownik ma się zatrzymać, można umieścić wyłączniki krańcowe, np. czujniki indukcyjne. Inną metodą może być tzw. bazowanie momentem. Niektóre sterowniki siłowników mają funkcję mierzenia prądu. Gdy tłok dojedzie do końca swojego przejazdu lub do punktu ze zderzakiem i się zatrzyma, wzrośnie mu pobór prądu, czyli moment, wtedy sterownik będzie „wiedział”, że ma się wyłączyć. Gdy musimy zatrzymać siłownik np. w kilku konkretnych punktach i musi być to zrobione bardzo precyzyjnie, wówczas do takiego układu należy zastosować enkoder. Jeśli będzie to inkrementalny, to po każdorazowym włączeniu układu należy przeprowadzić bazowanie, a jak będzie absolutny, no to nie będzie takiej potrzeby. Można też użyć potencjometru do pomiaru pozycji. Jeśli potencjometr zasilimy, to każdemu z jego położeń będzie odpowiadać dana wartość napięcia. Jest to chyba najtańszy pomiar absolutny, z tym, że nie ma się co nastawiać na duże dokładności.

Siłowniki elektryczne możemy stosować tam, gdzie musimy coś otworzyć, zamknąć, domknąć, przesunąć itp. Bardzo popularne są jako napędy do bram, klap. Można je stosować w dowolnego typu maszynach i urządzeniach.

Okno dachowe otwierane i zamykane przez siłownik elektryczny.
Okno dachowe otwierane i zamykane przez siłownik elektryczny.

 

Siłowniki elektryczne mogą być również stosowane w branży OZE (odnawialne źródła energii), jako napędy trakerów paneli fotowoltaicznych. Panele fotowoltaiczne podążają za ruchem słońca i ustawiają się w najbardziej optymalnej pozycji w stosunku do niego, dzięki czemu produkcja energii jest najbardziej efektywna.

Siłownik elektryczny jako napęd trakera fotowoltaicznego.
Siłownik elektryczny jako napęd trakera fotowoltaicznego.

W branży medycznej wykorzystuje się ja np, jako napędy do podnoszenia oparć w łóżkach szpitalnych. Coraz częściej wykorzystuje się je także w biurach, domach mieszkalnych, jako dodatki do mebli lub w automatyce inteligentnego budynku.

łóżkoSiłownik elektryczny jako napęd do bramy:

Panel HMI czyli panel operatorski.

Panel HMI

Panel HMI (ang. Human Machine Interface) zwany jest inaczej panelem operatorskim lub sterowniczym. Jest to urządzenie elektryczne umożliwiające kontrolę innych urządzeń elektrycznych, realizujących pewne procesy, np. technologiczne lub produkcyjne. Jego głównym zadaniem jest komunikacja człowieka z maszyną. W skład panelu operatorskiego mogą wchodzić przełączniki, potencjometry, liczniki i wyświetlacze. Nowoczesny panel HMI składa się z graficznego ekranu dotykowego, na którym odwzorowany jest schemat maszyny lub procesu produkcyjnego bądź technologicznego.

Panel HMI
Panel HMI – dotykowy, kolorowy panel operatorski.

Panel HMI to nie tylko nowoczesny wyświetlacz dotykowy, ale także tradycyjny pulpit sterowniczy:

Panel operatorski
Panel operatorski – wykonanie tradycyjne.

Nowoczesne panele HMI z wyświetlaczami różnią się od siebie interfejsem użytkownika. Niektóre posiadają tylko klawisze funkcyjne, którym można przypisać dowolne funkcje, ale ekran nie jest dotykowy i wyświetla jedynie znaki alfanumeryczne. Inne posiadają jedynie ekran dotykowy – kolorowy lub monochromatyczny, ale da się na nich wyświetlić niemal wszystko, łącznie z filmami. Do wyboru mamy również różne wielkości przekątnych ekranu, które zaczynają się od około 2″ a kończąc na ponad 15″.

Panel HMI
Panel HMI – różne wielkości ekranów.

Panel HMI programuje się podobnie jak sterownik PLC. Przeważnie w zestawie dostajemy oprogramowanie i przewód do programowania (o to radzę dopytać przed zakupem). Producenci oferują zestawy gotowych grafik, które można użyć podczas programowania lub można zaimplementować własne. Od programisty zależy jak będzie wyglądać interfejs, czy będzie on czytelny dla obsługi, co się ma stać np. podczas wystąpienia awarii. Spotkałem się z różnymi wykonaniami. Jedne były bardzo dobre i wszystko było bardzo intuicyjne, a przy innych nieraz musiałem się zastanowić co autor miał na myśli. Z doświadczenia widzę, że im mniej rozbudowane schematy graficznie, tym lepiej. Podobnie jak w oprogramowaniu SCADA dobrze jest przyjąć jakąś standaryzację np. oznaczenia działających urządzeń na zielono, gotowych do pracy na żółto i tych które uległy awarii na czerwono. Gdy w układzie z panelem operatorskim i sterownikiem PLC współpracuje SCADA, wtedy stany alarmowe pobierane są ze sterownika lub z panelu i odwzorowane są na SCADA. Bardzo ważną cechą, która powinna być dostępna jest wybór trybu pracy pomiędzy ręcznym a automatycznym. Obsługa musi mieć możliwość przetestowania każdego z urządzeń w trybie ręcznym.

Sterownik PLC zintegrowany z panelem operatorskim.

W sprzedaży dostępne są również rozwiązania hybrydowe: sterowniki PLC zintegrowane z panelami HMI:

Sterownik PLC z panel operatorskim.
Sterownik PLC z panel operatorskim.

W przypadku prostych maszyn i urządzeń, gdzie całą elektrykę, automatykę jesteśmy w stanie upchnąć w szafę, która jest przy maszynie, jest to rozwiązanie idealne. Sterownik nie zajmuje nam dodatkowego miejsca, stopień ochrony sterownika od strony panelu jest zazwyczaj dużo większy niż całego urządzenia, więc z powodzeniem może on być  zainstalowany na elewacji szafy sterowniczej.  Inaczej się przestawia sytuacja, gdy sterownik z całą automatyką znajduje się w pomieszczeniu rozdzielni technologicznej, a panel ma być dostępny dla obsługi na hali, blisko urządzenia wykonawczego – w takiej sytuacji lepszym wydaje się rozwiązanie, gdzie te dwa urządzenia działają niezależnie.

Źródło: wikipedia.