Spis treści
Czujnik położenia tłoka siłownika pneumatycznego określany jest jako czujnik kontaktronowy lub elektroniczny. Jaka jest go zasada działania? Jakie są ich rodzaje?
Poniższy tekst jest pierwszym z cyklu poświęconego sygnalizowaniu położenia elementów wykonawczych w systemach pneumatycznych.
W drugiej części artykułu przedstawiam typowe rozwiązania konstrukcyjne czujników położenia tłoka oraz sposoby ich montażu do siłowników pneumatycznych.
Czujniki kontaktronowe: o tym się dowiesz
Jakie wymagania musi spełniać siłownik pneumatyczny aby mógł współpracować z czujnikami?
Jakie są rodzaje czujników położenia tłoka?
Czujnik kontaktronowy i elektroniczny – zasada działania.
Różnica w stosowaniu czujników elektronicznych typu PNP i NPN?
Czujniki kontaktronowe 2 i 3-przewodowe – jaka jest różnica w stosowaniu?
Jaki czujnik wybrać – kontaktronowy czy elektroniczny?
Czujniki kontaktronowe – podsumowanie tego, co warto zapamiętać.
Akcesoria do siłowników pneumatycznych – film poradnikowy
Zachęcam do zapoznania się z moim artykułem zajmującym się tematem sterowania siłownikiem pneumatycznym.
Elementami służącymi do realizacji ruchu w maszynach i urządzeniach są siłowniki pneumatyczne. To siłowniki generują siłę lub moment obrotowy, a szeroki zakres odmian i wykonań pozwala na ich stosowanie w każdej aplikacji.
Układy automatyki przemysłowej sterowane za pomocą sterowników PLC muszą być informowane (informacja rozumiana jako elektryczne sygnały wejściowe) o położeniach poszczególnych siłowników pneumatycznych, po to aby zgodnie z zaprogramowanym algorytmem wykonywać kolejne sekwencje ruchów.
Czujniki położenia tłoka spełniają właśnie to zadanie.
Generują elektryczne sygnały wyjściowe, które są podawane min. do wejść sterowników.
Jakie wymagania musi spełniać siłownik pneumatyczny aby mógł współpracować z czujnikami położenia tłoka?
Odpowiedź jest bardzo prosta: siłownik musi być wyposażony w magnes (stosowane są magnesy elastyczne lub trwałe). Zbliżeniowe czujniki położenia do siłowników pneumatycznych (a także do chwytaków pneumatycznych) działają po znalezieniu się w polu magnetycznym (tzw. bezdotykowa sygnalizacja położenia).
Obecnie producenci siłowników pneumatycznych standardowo stosują magnesy, które umieszczane są w tłokach. Każdy rodzaj siłowników jest dostępny w wersji “magnetycznej”.
Jakie są rodzaje czujników położenia tłoka?
W tym artykule skupię się na typowych magnetycznych czujnikach położenia tłoka, które są montowane do siłowników pneumatycznych wszystkich producentów. Czujniki ze względu na konstrukcję dzielą się na:
➡️ czujniki kontaktronowe zobacz,
➡️ czujniki elektroniczne (półprzewodnikowe) zobacz,
Czujniki kontaktronowe i elektroniczne: zasada działania
Czujniki kontaktronowe
Zasada działania oparta jest o tzw. kontaktron, czyli element stykowy, który w momencie znalezienia się w polu magnetycznym zamyka obwód elektryczny podając napięcie i prąd do wejść sterowników lub cewek elektrozaworów i przekaźników.
Element ten znajduje się w każdym czujniku kontaktronowym niezależnie od jego kształtu czy producenta. Czujniki kontaktronowe najczęściej występują tylko w wersji NO (normalnie otwarte).
Czujniki elektroniczne (półprzewodnikowe)
Ten typ czujnika jest aktualnie powszechnie stosowany w układach ze sterownikami PLC. Podstawową różnicą w stosunku do czujników kontaktronowych jest brak elementu stykowego, który został zastąpiony elementem półprzewodnikowym. Zasada działania wykorzystuje tzw. efekt Halla, który polega na pojawieniu się różnicy potencjałów w przewodniku znajdującym się w prostopadłym polu magnetycznym. Brak elementu zwiernego zdecydowanie zwiększa żywotność takiego czujnika i czyni go niewrażliwym na zmiany pola magnetycznego.
Czujniki półprzewodnikowe występują zarówno w wersji NO (normalnie otwarte) jak i NC (normalnie zamknięte) i posiadają diodę LED sygnalizującą działanie.
Bardzo ważny jest prawidłowy dobór czujnika elektronicznego w zależności od rodzaju wejść sterowników, dlatego że występują one w wykonaniu PNP i NPN
Na rysunku poniżej przedstawiam schematy połączeń dla wymienionych typów czujników elektronicznych
Czujniki elektroniczne typu PNP i NPN: różnica w stosowaniu
Typ zastosowanego czujnika zależy od rodzaju wykorzystywanych wejść COM w sterowniku PLC. Czujniki typu PNP podają na wejście sterownika sygnał o potencjale dodatnim, w związku z czym, na wejściu sterownika PLC musimy zapewnić potencjał ujemny (polaryzację ujemną).
Dla czujników typu NPN sygnał wyjściowy ma potencjał ujemny więc cyfrowy port wejściowy COM sterownika PLC musi mieć potencjał dodatni.
Czujniki kontaktronowe 2-przewodowe czy 3-przewodowe?
Obydwa typy czujników są oferowane przez wszystkich producentów. Czujniki 2-przewodowe stosowane są jako najprostsze i najtańsze elementy do sygnalizowania położenia tłoka, a obciążenie (np. cewka przekaźnika) jest podłączona bezpośrednio pod jeden z przewodów.
Dodatkowo czujniki tego typu generują spadek napięcia (do 2,8 V) i powodują występowanie napięcia resztkowego. W przypadku łączenia szeregowego pojawiają się problemy z sygnalizacją diodą LED stanu działania czujnika.
Czujniki w wersji 3-żyłowej mogą być łączone ze sobą szeregowo z uwagi na brak spadku napięcia pomiędzy zasilaniem a obciążeniem. Czujniki z trzema przewodami są zalecane do współpracy ze sterownikami PLC. Rysunek poniżej przedstawia schemat podłączenia szeregowego dla czujników kontaktronowych 3-przewodowych.
Jaki czujnik wybrać – kontaktronowy czy elektroniczny?
Cel stosowania czujników zbliżeniowych kontaktronowych i elektronicznych w układach pneumatycznych jest taki sam: sygnalizowanie położeń krańcowych lub pośrednich napędów.
Jednak odmienne zasady działania powodują, że czujniki te nie zawsze mogą być stosowane zamiennie oraz do tych samych aplikacji. Nie chciałbym wkraczać w rolę konstruktora układów pneumatycznych, a tym bardziej w rolę automatyka zajmującego się programowaniem systemów PLC, ale na podstawie praktycznych doświadczeń podzielę się kilkoma praktycznymi uwagami dotyczącymi tych dwóch rodzajów czujników:
Czujniki kontaktronowe – zalety i wady
✔️ są uniwersalne i mogą być używane niezależnie od napięcia i rodzaju prądu (AC⚡DC),
✔️bardzo dobrze przenoszą duże obciążenia prądowe,
✔️nadają się do bezpośredniego sterowania cewkami elektrozaworów oraz cewkami przekaźników,
✔️ mogą być łączone szeregowo dla zwiększenia “długości” pola działania,
✔️ charakteryzuje je niska cena,
✔️ dostosowane są do montażu do dowolnego typu siłownika pneumatycznego (tym zajmiemy się w drugiej części Artykułu),
✔️ dobrze nadają się do pracy w trudnych warunkach (temperatura oraz zapylenie) ze względu na hermetyczną obudowę,
➖ są wrażliwe na rozkład pola magnetycznego,
➖ odznaczają się wrażliwością na uszkodzenia mechaniczne jak i elektryczne (głównie zgrzewanie styków),
➖ odznaczają się możliwością pojawienia stanów nieustalonych przed “połączeniem” styków spowodowanych drganiami poruszającego się tłoka siłownika,
➖ w wielu przypadkach generują więcej niż jeden sygnał (reagują na maksima niejednorodnego pola magnetycznego lub na tzw. pola boczne magnesu),
➖ nie zawsze dobrze działają zamontowane na siłownikach od innych firm niż producent czujników,
➖ wymagają ustawienia właściwej polaryzacji podczas podłączenia dla czujników 2-przewodowych wyposażonych w diody sygnalizacyjne LED.
Czujniki elektroniczne (półprzewodnikowe) – zalety i wady
✔️ bardzo wysoka trwałość i niezawodność,
✔️ gwarancja generowania tylko jednego sygnału,
✔️ możliwość stosowania w układach ze sterownikami PLC,
✔️ możliwość stosowania z dowolnymi siłownikami od różnych dostawców lub producentów,
✔️ możliwość stosowania w wersji NO lub NC,
➖ stosowanie ograniczone do prądu stałego o napięciu do 30V,
➖ niska obciążalność prądowa uniemożliwia sterowanie bezpośrednie cewkami rozdzielaczy i przekaźników,
Chciałbym zwrócić uwagę na bardzo ważne aspekty stosowania oparte o praktyczne stosowanie czujników położenia:
➡️ mocowanie czujników (o czym będzie traktowała druga część artykułu). Należy koniecznie stosować elementy mocujące z materiałów niemagnetycznych. W przeciwnym wypadku pole magnetyczne wytwarzane przez magnes może powodować ich wtórne namagnesowanie i zamontowany czujnik (mowa o czujnikach elektronicznych) może je wykrywać i samoczynnie włączać.
➡️ zaginięcie śrub lub wkrętów służących do przytwierdzenia czujnika do elementu mocującego. W taki przypadku należy używać śrub amagnetycznych.
➡️ zalecam unikanie stosowanie silnych magnesów neodymowych, które mogą uszkodzić elektronikę w czujniku.
➡️ montaż czujnika na siłowniku z tuleją stalową (niezalecane) lub na stalowych szpilkach łączących pokrywy. W takim przypadku wskazania czujnika mogą być błędne.
➡️ więcej niż jeden sygnał dla czujników kontaktronowych. W takim przypadku należy w miarę możliwości używać uchwytów regulowanych dla odsunięcia czujnika od powierzchni tulei.
Czujnik położenia tłoka siłownika pneumatycznego – podsumowanie
⏺️ czujniki magnetyczne położenia tłoka występują w każdym układzie automatycznego sterowania;
⏺️ dzięki czujnikom położenia tłoka sygnalizowane są położenia krańcowe lub pośrednie napędów pneumatycznych;
⏺️ czujniki kontaktronowe są elementami zwiernymi i mogą przenosić duże obciążenia niezależnie od rodzaju prądu oraz napięcia zasilania;
⏺️ czujniki elektroniczne wykorzystuje się w nowoczesnych układach sterowania ze sterownikami PLC w których wykorzystuje się prąd stały o napięciu do 30V;
⏺️ czujniki zbliżeniowe mogą być montowane do dowolnego typu siłownika pneumatycznego (liniowego i obrotowego), a także do chwytaków pneumatycznych.
FILM: Akcesoria do siłowników pneumatycznych
Zachęcam także do obejrzenia naszego filmu poradnikowego, w którym – obok czujników kontaktronowych – robimy przegląd innych akcesoriów. Co może podnieść walory użytkowe siłownika?
Jeśli interesuje Cię konkretne rozwiązanie, wybierz właściwy fragment na osi czasu:
00:26 min Czym są akcesoria do siłowników i gdzie się je montuje
00:59 min Końcówka z przegubem kulowym
01:27 min Końcówka widełkowa
01:50 min Kołnierze
02:14 min Ucho proste kompletne, ucho skośne kompletne, ucho kompletne ze sworzniem
03:03 min Łapy
03:26 min Czy akcesoria można dostosować do każdego rozmiaru siłownika?
04:23 min Czujniki kontaktronowe
