Jakie są rodzaje i zastosowania czujników przemysłowych?

28 Luty 2024

Czujnik przemysłowy to urządzenie fizyczne lub biologiczne, które jest często składnikiem większego systemu i ma za zadanie wykrywanie sygnałów z otaczającego środowiska, ich rozpoznawanie oraz rejestrację. W kontekście elektroniki przemysłowej, czujniki elektroniczne są używane do wykrywania i rejestrowania istotnych sygnałów otoczenia, które mają znaczenie dla algorytmów sterowania. W automatyce przemysłowej, czujniki przemysłowe pełnią kluczową rolę w wykrywaniu obiektów oraz w przeprowadzaniu pomiarów i ocenianiu różnych parametrów procesowych, co zapewnia prawidłowe działanie całego systemu. Są one niezbędne do pracy większości maszyn i linii technologicznych, a ich działanie wspomaga efektywność procesów przemysłowych. Za pomoc w przygotowaniu artykułu dziękujemy naszemu ekspertowi, inżynierowi i automatykowi z firmy Raion Automatyka, Andrzejowi Boguszowi.

Dobór czujnika - podstawowe parametry

W przypadku wyboru czujnika musimy skupić się na jego kluczowych cechach: wymiary czujnika, sposób montażu, zasięg czujnika i jego częstotliwość pracy, materiał i kształt obudowy, rodzaj przyłącza, napięcie robocze, temperatura i wilgotność otoczenia, w którym będzie pracował.

Dodatkowo ważnym aspektem w doborze czujnika będzie:

• Stopień ochrony (IP) przed wnikaniem ciał stałych, takich jak pył i kurz, oraz wilgoci, w tym woda, deszcz i para.
• Certyfikat zgodności z normą oraz dyrektywa maszynową (DIN, EN, ISO, IEC).

Czujniki bezpieczeństwa (safety)

Czujniki możemy podzielić na dwie grupy: czujniki standardowe oraz bezpieczeństwa (safety).

Czujnik bezpieczeństwa to urządzenie automatyzacji przemysłowej, mające na celu zapewnienie bezpieczeństwa ludzi i urządzeń poprzez wykrywanie oraz rejestrowanie sygnałów z otoczenia, które mogą stanowić zagrożenie. Te urządzenia są kluczowymi elementami w systemach bezpieczeństwa, minimalizującymi ryzyko obrażeń ciała i uszkodzeń maszyn. Czujniki bezpieczeństwa, takie jak bariery świetlne, wyłączniki drzwiowe czy kurtyny świetlne, są projektowane tak, aby zapewnić niezawodne zabezpieczenie obszarów zagrożenia poprzez bezpośrednie wykrycie lub przerwanie promienia świetlnego przez “obiekt” lub wtargnięcie osoby, co aktywuje sygnał ostrzegawczy lub zatrzymuje ruch maszyn. Są one niezbędne w różnych gałęziach przemysłu, aby spełnić normy bezpieczeństwa i zapewnić ochronę ludzi, maszyn oraz środowiska pracy.

Podział czujników ze względu na zastosowanie

Czujniki przemysłowe możemy podzielić ze względu na zastosowanie oraz rodzaj wykorzystywanej technologii wykrywania sygnału.

Czujniki zbliżeniowe do bezpośredniej detekcji obiektów:

• Czujniki indukcyjne,
• Czujniki pojemnościowe,
• Czujniki pola magnetycznego,
• Czujniki widełkowe,

Czujniki fotoelektryczne, które wykorzystują wiązkę światła do wykrywania obecności przedmiotów:

• Bariery optyczne,
• Czujniki retrorefleksyjne,
• Czujniki dyfuzyjne,
• Czujnik przełączający z rdzeniem pomiarowym,
• Czujniki światłowodowe,
• Czujniki szczelinowe,
• Czujniki kontrastu, koloru i luminescencji,
• Kurtyny świetlne,
• Czujniki odległości,
• Optyczne łącza danych,
• Czujniki radarowe (LiDAR, skanery),

Czujniki ultradźwiękowe, gdzie obiekt wykrywany jest przez odbite fale dźwiękowe:

• Bariery
• Czujniki odbiciowe i refleksyjne
• Dalmierze

Czujniki do monitorowania i kontrolowania systemów pneumatyki i hydrauliki:

• Czujniki zbliżeniowe (indukcyjne),
• Czujniki położenia tłoka,
• Czujniki ciśnienia i podciśnienia,
• Czujniki przepływu,

Czujniki bezpieczeństwa (safety) do zabezpieczania ludzi, maszyn i środowiska:

• Laserowe skanery bezpieczeństwa,
• Optoelektroniczne kurtyny bezpieczeństwa,
• Wielowiązkowe bariery bezpieczeństwa,
• Czujniki radarowe,
• Systemy kamer,
• Dalmierze,
• Czujniki, wyłącznik i blokady bezpieczeństwa (RFID, REED, indukcyjne, zbliżeniowe, rygle),

Czujniki kontroli położenia, które analizują ruch i miejsce badanych przedmiotów:

• Bezkontaktowe czujniki ruchu,
• Czujniki bezwładnościowe,
• Enkodery,
• Inklinometry,
• Cyfrowe wskaźniki położenia,
• Przetworniki położenia,
• Czujniki wychylenia,
• Czujniki przyspieszenia,
• Pozycjonowanie liniowe (kamery, optyczne, indukcyjne),

Czujniki przemysłowe do przetwarzanie i identyfikacja obrazu:

• Czytniki i skanery kodów (kreskowych, QR),
• Przemysłowe kamery,
• Czujniki wizyjne,

Inne czujniki do kontroli lub analizowania procesów:

• Czujniki temperatury,
• Pyłomierze,
• Czujniki poziomu napełnienia,
• Czujniki drgań,
• Wielofunkcyjne czujniki,
• RFID.

Przegląd czujników na podstawie automatycznej giętarki do kształtowania płaskownika produkcji Raion

Po sporej dawce teoretycznej wiedzy odnośnie definicji, rodzajów i podziału czujników, przyjrzyjmy się praktycznym zastosowaniom sensorów na przykładzie maszyny automatycznej – linii do kształtowania płaskownika metalowego na przykładzie automatycznej giętarki do płaskowników produkcji Raion.

W naszych liniach stosujemy m.in. czujniki do monitorowania i kontrolowania systemów pneumatyki i hydrauliki, które służą:

• do weryfikacji obecności i/lub położenia oprzyrządowania w prasach hydraulicznych wykorzystujemy czujniki zbliżeniowe (indukcyjne),
• do weryfikacji pozycji siłowników pneumatycznych wykorzystujemy czujniki zbliżeniowe (indukcyjne) lub czujniki położenia tłoka
• w przypadku pras hydraulicznych wykorzystywanych w procesie kształtowania, wykorzystujemy czujniki ciśnienia oleju hydraulicznego i/lub czujniki analogowe położenia

Do wykrywania detalu i/lub płaskownika w maszynie korzystamy z czujników indukcyjnych. Dodatkowo do samego procesu gięcia korzystamy z Czujniki kontroli położenia, które analizują ruch i miejsce badanych przedmiotów: enkodery lub liniały pomiarowe. Do kompensacji poślizgu płaskownika w module podającym, również wykorzystujemy enkoder. Nie możemy zapominać, że w silnikach elektrycznych serwo, również są zabudowane przetworniki położenia kątowego lub prędkości obrotowej, umożliwiając pracę tych napędów w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. W zasilaczu hydraulicznym wykorzystywane są przetworniki temperatury – zarówno analogowe do monitorowania pracy oleju hydraulicznego oraz proste termostaty bimetaliczne do załączania wentylatora chłodnicy medium roboczego. Nawet w wygrodzeniu bezpieczeństwa znajdziemy czujniki, wykorzystujemy tutaj magnetyczne wyłączniki bezpieczeństwa – do sprawdzania położenia drzwi dostępowych opłotowania.

Powyższy opis obrazuje jak ważną rolę pełnią czujniki w wykrywaniu obiektów oraz w przeprowadzaniu pomiarów i ocenianiu różnych parametrów procesowych, czyniąc je niezbędnymi elementami praktycznie każdej automatycznej maszyny. Są one niezbędne do pracy większości maszyn i linii technologicznych, a ich działanie wspomaga efektywność procesów przemysłowych.

Zalety wykorzystania, plusy i minusy, koszty czujników

Czujniki przemysłowe stanowią kluczowy element w procesach produkcyjnych, oferując wiele zalet dla przedsiębiorstw. Jednakże, przed podjęciem decyzji o ich implementacji, ważne jest zrozumienie zarówno korzyści, jak i potencjalnych wyzwań z nimi związanych.

Zalety wykorzystania:

• Zwiększenie efektywności operacyjnej - poprzez ciągłe monitorowanie i kontrolę procesów, czujniki przyczyniają się do optymalizacji wydajności i minimalizacji strat.
• Poprawa bezpieczeństwa - czujniki bezpieczeństwa są kluczowe dla zapewnienia ochrony pracowników i maszyn przed niebezpiecznymi sytuacjami, co przekłada się na zmniejszenie ryzyka wypadków i uszkodzeń.
• Automatyzacja procesów - wykorzystanie zaawansowanych czujników umożliwia automatyzację wielu zadań, co prowadzi do zwiększenia efektywności produkcji i redukcji kosztów operacyjnych.
• Monitorowanie jakości - czujniki umożliwiają ciągłe monitorowanie jakości produktów, co pozwala na szybkie wykrywanie i eliminowanie wad oraz zapewnienie zgodności z wymaganiami jakościowymi.
• Minimalizacja czasu przestoju - dzięki zdolności do wczesnego wykrywania usterek i problemów, czujniki mogą zmniejszyć czas przestoju robotów przemysłowych i linii produkcyjnych, co przekłada się na zwiększenie dostępności i rentowności.

Plusy i minusy:

• Plusy: Wprowadzenie czujników przemysłowych może przynieść liczne korzyści, w tym zwiększenie wydajności, poprawę jakości, zwiększenie bezpieczeństwa oraz automatyzację procesów.
• Minusy: Niektóre z potencjalnych wyzwań związanych z wykorzystaniem czujników to wysokie koszty początkowe, konieczność konserwacji i kalibracji, możliwość wystąpienia fałszywych alarmów oraz złożoność integracji z istniejącymi systemami. Dodatkowo, ważne jest, aby wybierając dostawcę czujników, firma miała pewność co do profesjonalizmu i doświadczenia partnera. Wybór odpowiedniego dostawcy może mieć istotny wpływ na skuteczność i niezawodność systemu czujników w produkcji. Partner o solidnej reputacji będzie oferował nie tylko wysokiej jakości produkty, ale także wsparcie techniczne i pomoc w doborze odpowiednich modeli czujników. Będzie również znał się na integracji z istniejącymi systemami w firmie, co zapewni płynne i efektywne wdrożenie nowych rozwiązań.

Koszty czujników:

Koszty związane z zakupem, instalacją i konserwacją czujników mogą być zróżnicowane i zależą od wielu czynników, takich jak rodzaj czujnika, jego specyfikacja, producent oraz zakres funkcji. Warto dokładnie przeanalizować wymagania i potrzeby przedsiębiorstwa oraz skonsultować się z ekspertami w celu wybrania optymalnych rozwiązań, które będą zarówno efektywne, jak i opłacalne w dłuższej perspektywie czasowej.

W podsumowaniu, czujniki przemysłowe są kluczowe dla automatyzacji produkcji, umożliwiając zwiększenie efektywności i zapewnienie bezpieczeństwa w miejscu pracy. Pomimo wyzwań, ich korzyści przeważają, a odpowiedni partner wdrożeniowy może wesprzeć firmę na każdym etapie. Inwestycja w zaawansowane rozwiązania czujnikowe staje się koniecznością dla przyszłościowej produkcji.

Przypominamy, że zawsze można skontaktować się z Raion Automatyka w celu uzyskania bezpłatnej konsultacji na temat tworzenia zautomatyzowanych stanowisk roboczych do produkcji. Wystarczy przesłać nam opis, linki do przykładów i inne informacje na nasz adres e-mail: biuro@raion.eu . Wspólnie możemy opracować rozwiązania, które dostosują się do indywidualnych potrzeb i zapewnią optymalne wykorzystanie potencjału czujników przemysłowych w Państwa przedsiębiorstwie.