Датчики положения и приближения — как подобрать под материал мишени

Датчик положения срабатывает не на предмет как таковой, а на физическое свойство его материала: индуктивный реагирует на металл, ёмкостный — на изменение диэлектрической проницаемости, фотоэлектрический — на прерывание или отражение света, ультразвуковой — на отражение звуковой волны. Поэтому первый вопрос при подборе не про расстояние и не про разъём, а про то, из чего сделана мишень. Группа собрана в разделе датчики положения и приближения, оптические исполнения — в разделе фотоэлектрические датчики.

В разделе представлены индуктивные и ёмкостные датчики приближения, фотоэлектрические датчики барьерного, отражательного и диффузного типа, ультразвуковые датчики и лазерные дальномеры, а также защитные световые барьеры. Ниже разобрано, какое исполнение работает по какому материалу и что ещё влияет на выбор.

Какое исполнение работает по какому материалу

• Индуктивные. Реагируют только на металл. Рабочее расстояние заявляется по стали; по алюминию, латуни и меди оно уменьшается в полтора-три раза. Примеры — Omron E2E-S05S12-WC-C1, E2E-X8B3D18-M1, TL-W3MB2. Применяются для контроля положения металлических узлов, кулачков, зубьев и флажков.
• Ёмкостные. Реагируют на любой материал с диэлектрической проницаемостью выше воздуха: пластик, стекло, дерево, жидкость, сыпучий продукт. Применяются там, где мишень неметаллическая или нужно контролировать уровень через стенку бункера.
• Фотоэлектрические барьерного типа. Излучатель и приёмник стоят напротив друг друга, срабатывание происходит при перекрытии луча. Исполнения Schneider Electric XU2S18KP340DT и XU2S18PP340DR относятся к этой группе. Материал мишени почти не важен — важно, чтобы она была непрозрачной.
• Фотоэлектрические отражательные и диффузные. Излучатель и приёмник в одном корпусе, свет возвращается от отражателя или от самого предмета. Примеры — SICK WTB27-3P2421, WTT280L-2P2531, Omron E3Z-LL61, E3S-AD83. Здесь материал и цвет мишени влияют напрямую: тёмная матовая поверхность отражает слабее светлой.
• Ультразвуковые. Работают по отражению звука, поэтому цвет и прозрачность мишени не имеют значения. Пример — SICK UM30-214113. Применяются по прозрачному пластику, стеклу, блестящим и тёмным поверхностям, где оптика ненадёжна.
• Лазерные дальномеры. Дают не факт наличия, а измеренное расстояние. SICK DT50-P2113, DT500-A511, DT20-P244B, Keyence LJ-V7300. Берут, когда нужно контролировать не срабатывание, а конкретную координату или профиль.

Чем различаются принципы по мишени

Что ещё определяет выбор кроме материала

• Поправочный коэффициент по металлу. Для индуктивного датчика расстояние по стали принимается за единицу, по нержавеющей стали оно составляет около 0,7–0,8, по латуни и меди — около 0,4–0,5, по алюминию — около 0,35–0,45. Исполнения без снижения расстояния по цветному металлу выпускаются отдельно и стоят дороже.
• Размер мишени. Заявленное расстояние относится к эталонной мишени определённой площади. Мелкий предмет обнаруживается с меньшего расстояния, и расчёт ведут по фактическому размеру, а не по паспортному.
• Монтажное исполнение. Датчик с экранированием встраивается в металл заподлицо; без экранирования требует свободной зоны вокруг корпуса, иначе срабатывает на крепление. Это проверяется до раскроя кронштейна.
• Рабочий зазор с запасом. Расстояние выставляют на уровне 70–80 процентов от номинального. Полный зазор не оставляет запаса на тепловое расширение, вибрацию и износ, и датчик начинает пропускать срабатывания со временем.
• Выходной сигнал. Исполнения с транзисторным выходом бывают с подключением по положительному или отрицательному полюсу, различаются нормально открытым и нормально закрытым состоянием. Это сверяется с типом входа контроллера — раздел модули ввода-вывода.
• Исполнение корпуса. Для участка с мойкой нужна степень защиты не ниже IP67, для среды с маслом и стружкой — корпус из нержавеющей стали. Кабель подбирается по разделу кабели и провода.
• Частота срабатывания. На быстрой линии датчик должен успевать отработать каждый предмет. Ультразвуковые и часть оптических исполнений по частоте медленнее индуктивных, и это ограничение проверяется по циклу линии.

Когда нужен не датчик приближения, а другое исполнение

Датчик приближения даёт двоичный ответ — предмет есть или нет. Если нужна координата, скорость или угол, применяются позиционеры и энкодеры: абсолютный энкодер SICK AFM60A-S4NB018X12 с разрешением восемнадцать разрядов на оборот, инкрементальный SICK DFS60B-S4PA10000 на десять тысяч импульсов, линейные энкодеры FAGOR серий S2AP и G2AP. Они дают непрерывную величину, а не факт срабатывания.

Если задача — не контроль положения, а защита персонала в опасной зоне, обычный датчик непригоден независимо от его характеристик. Для этого применяются защитные световые барьеры с подтверждённой категорией безопасности: SICK L41E-21MA1A и L41S-21MA1A, Leuze MLC500-T20-750 и MLC510-R20-750, Omron F3SG-4SRE1053-30 и F3SG-2RE1070P-30-L. Они подключаются через реле безопасности, а не на обычный вход контроллера.

Для контроля технологических параметров — давления, уровня, расхода, температуры — берутся соответствующие исполнения из разделов датчики давления, датчики температуры и измерительные преобразователи, а не датчики приближения.

Чем заменить снятую с производства позицию

При замене сверяются семь признаков: принцип действия, номинальное расстояние срабатывания, наличие экранирования, диаметр и длина корпуса с типом резьбы, напряжение питания, тип выхода с полярностью и состоянием контакта, тип подключения — кабель или разъём с его типоразмером. Совпадение по первым двум признакам при расхождении по монтажным размерам означает переделку кронштейна, а расхождение по типу выхода — переработку схемы входа.

Позиции доступны по производителям: ifm, SICK, Omron и Siemens. Группа промышленных датчиков целиком — раздел датчики промышленные и КИП и датчики.

Частые вопросы

Почему датчик не видит алюминиевый флажок на заявленном расстоянии? Индуктивный датчик по алюминию работает примерно с трети-половины номинального расстояния по стали. Решения два: сократить зазор либо взять исполнение без снижения расстояния по цветному металлу.

Чем обнаружить прозрачную бутылку или плёнку? Диффузный оптический датчик такую мишень пропустит. Применяют ультразвуковое исполнение либо специальную оптику для прозрачных объектов, работающую с отражателем и настроенную на двойное прохождение луча.

Можно ли поставить датчик без экранирования в металлический кронштейн заподлицо? Нет, он будет срабатывать на кронштейн. Либо берётся экранированное исполнение, либо вокруг корпуса оставляется свободная зона согласно документации на датчик.

Почему на линии появились ложные срабатывания со временем? Типичные причины — запыление линз у оптики, налипание продукта на ёмкостный датчик, уход зазора из-за износа механики и вибрации, конденсат в корпусе. Выставленный с запасом зазор и исполнение с подходящей степенью защиты снимают большую часть этих случаев.

Что прислать для подбора? Материал мишени и её размер, требуемое расстояние срабатывания, монтажные габариты и тип резьбы, напряжение питания и тип входа контроллера, требование к степени защиты и среде на участке, частоту срабатывания по циклу линии, артикул снятой позиции при замене и число датчиков в заказе.

Что мы делаем

Подбираем принцип действия под материал мишени, считаем рабочий зазор с поправкой на металл и размер предмета, сверяем монтажные размеры и тип выхода со входом контроллера, подбираем замену снятой позиции по артикулу, добавляем кабель и крепление, называем сроки поставки. Разделы — датчики положения и приближения, фотоэлектрические датчики, позиционеры и энкодеры, модули ввода-вывода и программируемые логические контроллеры. Подбор комплекта — подбор датчиков и аппаратуры шкафа, замена снятых позиций — подбор аналогов снятых с производства, наладка — программирование и наладка.

Пришлите материал мишени, требуемое расстояние и монтажные размеры на prom@tkasiatorg.ru — подберём принцип действия под вашу мишень, посчитаем зазор с запасом и соберём комплект с кабелем и креплением.