Pe o linie de producție, cele mai multe opriri aparent inexplicabile nu vin de la controler și nici de la motoare, ci de la un senzor care a început să mintă. Fie nu mai vede piesa, fie o vede când nu trebuie. Alegerea tipului de detecție la faza de proiectare decide, în bună măsură, câte astfel de opriri vei avea în anii următori.
Cele trei familii folosite cel mai des pentru detecția prezenței, inductivă, capacitivă și optică, par interschimbabile în catalog. În realitate funcționează pe principii fizice diferite, iar diferențele se văd exact acolo unde procesul este murdar, umed, vibrant sau strâmt. O trecere rapidă prin tipurile de senzori industriali și aplicațiile lor ajută să încadrezi problema, dar decizia concretă se ia pe baza a patru întrebări: ce material are piesa, la ce distanță o poți plasa, ce altceva mai trece prin zona de detecție și cât de curat rămâne capul senzorului după o lună de producție.
Ce sesizează efectiv fiecare principiu de detecție
Senzorul inductiv generează un câmp electromagnetic de înaltă frecvență în fața capului activ. Când un obiect metalic intră în acest câmp, apar curenți turbionari care amortizează oscilatorul, iar electronica interpretează amortizarea ca prezență. Consecința practică este simplă și strictă: senzorul inductiv vede metalul și numai metalul. Nu vede plasticul, cartonul, lemnul, sticla sau lichidul. Nu vede nici măcar o piesă metalică ascunsă în spatele unui perete metalic.
Senzorul capacitiv măsoară o variație de capacitate între capul senzorului și mediul din fața lui. Orice material cu o constantă dielectrică suficient de diferită de a aerului îl poate declanșa: apă, granule de plastic, făină, lemn, sticlă, dar și metal. Sensibilitatea mai mare este în același timp calitatea și defectul lui. Un capacitiv corect reglat poate detecta nivelul unui granul prin peretele unui siloz de plastic. Același senzor, montat greșit, se declanșează de la un strat de condens sau de la praful depus pe carcasă.
Senzorul optic lucrează cu un fascicul de lumină, de regulă infraroșu sau laser. Aici contează mai puțin materialul și mai mult modul în care este construită detecția. Varianta cu barieră, cu emițător și receptor separate, este cea mai robustă: fasciculul fie ajunge la receptor, fie nu. Varianta cu reflector întoarce lumina dintr-o prismă și acceptă cablare pe o singură parte. Varianta cu reflexie difuză, cea mai comodă la montaj, depinde de cât de bine reflectă lumina chiar piesa detectată, ceea ce înseamnă că o piesă neagră mată și una albă lucioasă se comportă complet diferit.
Distanța de sesizare din catalog nu este distanța de lucru
Aceasta este cea mai frecventă sursă de dezamăgire după montaj. Valoarea nominală tipărită pe fișa tehnică a unui senzor inductiv se măsoară în condiții de laborator, pe o placă standard de oțel moale, cu o anumită grosime și o anumită suprafață. Pe utilajul real, materialul piesei schimbă totul: alama, cuprul, aluminiul și oțelul inoxidabil se detectează la distanțe vizibil mai mici decât oțelul obișnuit. Producătorii publică factori de corecție pentru fiecare material; caută-i în fișa tehnică a modelului exact pe care îl cumperi, pentru că diferă de la o serie la alta.
La capacitive, umiditatea aerului și temperatura deplasează pragul de comutare, motiv pentru care aproape toate modelele au un potențiometru sau o procedură de învățare. La optice, distanța utilă scade odată cu murdărirea lentilei și cu reflectivitatea slabă a țintei.
Regula de proiectare care scutește de probleme: alege senzorul astfel încât distanța reală de montaj să fie între jumătate și două treimi din distanța de sesizare corectată pentru materialul tău. Rămâne rezervă pentru uzură, joc mecanic și murdărie, fără ca senzorul să ajungă atât de aproape încât să fie lovit de piesă.
Mediul din hală cântărește mai mult decât materialul piesei
În multe cazuri, alegerea nu se face între „ce vede mai bine”, ci între „ce supraviețuiește mai mult”. Câteva situații care apar des:
- Așchii, pilitură și lichid de răcire. Un optic difuz se orbește în câteva ore. Un inductiv cu cap din inox și clasă de protecție potrivită rezistă, dar atenție la așchiile metalice care se lipesc magnetic în fața capului activ și îl țin permanent activat.
- Spălare cu jet și abur. Aici contează clasa IP și materialul carcasei. Un capacitiv este de evitat, pentru că filmul de apă rămas pe cap îl menține comutat.
- Vibrații puternice. Se preferă montaje cu contrapiuliță, cabluri cu manta rezistentă și, dacă este posibil, conectori M12 în locul cablurilor fixe, ca înlocuirea să dureze un minut.
- Temperaturi ridicate. Verifică domeniul de temperatură al senzorului, nu doar al carcasei utilajului. Multe modele standard se opresc la valori mult sub cele din apropierea unui cuptor.
- Câmpuri electromagnetice. În vecinătatea unui convertizor de frecvență sau a unui cablu de motor neecranat, un senzor cu cablu lung și neecranat poate genera comutări false. Merită revăzute regulile de traseu descrise în articolul despre alegerea unui convertizor de frecvență pentru un utilaj industrial, pentru că sursa perturbației este deseori acolo.
Când niciunul dintre cele trei nu este răspunsul corect
Există aplicații în care insistența pe un senzor de prezență este o greșeală de concepție. Dacă trebuie să deosebești două piese aproape identice, să verifici orientarea unui capac sau să citești un marcaj, un senzor binar nu îți va da niciodată informația necesară; acolo intervine un sistem de viziune industrială, cu un cost mai mare, dar cu o cu totul altă capacitate de discriminare.
Dacă ai nevoie de poziție continuă, nu de prezență, alegerea firească este un traductor de deplasare sau un encoder pe axa de mișcare. Iar pentru distanțe mari cu ținte de reflectivitate variabilă, senzorii cu ultrasunete sau cei cu măsurare a timpului de zbor rezolvă situații în care un difuz clasic ar fi imprevizibil.
Montajul, cablarea și diagnoza care se pregătesc din proiect
Un senzor bine ales, montat prost, produce aceleași opriri ca unul greșit ales. Câteva detalii care se decid o singură dată, la instalare, și apoi se plătesc ani întregi:
- Respectă distanțele minime față de metalul din jur. Senzorii inductivi există în variantă ecranată, care se poate înșuruba la același nivel cu suprafața suportului, și neecranată, care are nevoie de o zonă liberă în jurul capului. Confundarea celor două explică multe detecții permanente.
- Alege polaritatea și tipul de ieșire în funcție de intrările controlerului, nu invers. Un PNP montat pe o intrare configurată pentru NPN pare pur și simplu mort.
- Preferă modele cu LED de stare vizibil din poziția normală a operatorului. Diagnoza vizuală în trei secunde valorează mai mult decât orice funcție avansată.
- Dacă utilajul are deja rețea industrială, senzorii cu ieșire IO-Link oferă în plus valoarea măsurată, marja de detecție și numărul de comutări, informații care permit intervenția înainte de oprire. Modul în care ajung aceste date la nivelul superior ține de arhitectura descrisă în articolul despre rolul PLC-ului și al sistemului SCADA într-o linie automatizată.
- Documentează în schema electrică ce anume detectează fiecare senzor, în cuvinte, nu doar prin adresa de intrare. Peste doi ani, „B12″ nu spune nimic; „prezență capac la stația 3″ spune tot.
Practic, ordinea deciziei arată așa: pornești de la material și de la ce trebuie deosebit, treci prin distanța reală de montaj cu factorul de corecție aplicat, filtrezi prin mediul din hală și abia la final compari prețurile. Dacă piesa este metalică, mediul este murdar și distanța mică, inductivul rămâne alegerea implicită și cea mai ieftină de întreținut. Dacă piesa nu este metalică, iar mediul este relativ curat și uscat, capacitivul rezolvă elegant. Dacă distanțele sunt mari sau piesele foarte diferite ca formă, opticul cu barieră este cel mai previzibil dintre toate. Iar înainte de a comanda o sută de bucăți, merită montată una singură pe utilajul real și lăsată să lucreze un schimb complet, cu murdăria și vibrațiile de zi cu zi, pentru că fișa tehnică nu poate simula ceea ce se întâmplă în hală.
