سنسور صنعتی

سنسور صنعتی یکی از مهم‌ترین اجزای کلیدی در سیستم‌های صنعتی پیشرفته به حساب می‌آید. این تجهیزات با تشخیص موقعیت یا تغییرات محیط و تغییرات در سیالات، سیگنال لازم را به نمایشگر (پرشر سوئیچ دیجیتال) یا PLC ارسال می‌کنند. این نوع سنسورها به‌طور کلی فرایند اتوماتیک‌سازی خطوط تولید و ایمنی محیط کارگاهی را فراهم می‌کنند و در صنایع مختلفی مانند چاپ، خودروسازی و صنایع پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنسورهای القایی، نوری و فوتوالکتریک برای تشخیص قطعات و سنسورهای دتکتور گاز و اعلام حریق برای تشخیص گازهای موجود در محیط کاری یا مخزن گاز به کار می‌روند.

در این صفحه با تعریف سنسور صنعتی، انواع اصلی، روش‌های تشخیص، تفاوت خروجی‌های NPN و PNP، مشخصات مهم خرید و نحوه انتخاب سنسور مناسب آشنا می‌شوید. همچنین می‌توانید مدل‌های موجود در پنوکالا را بررسی کرده و برای کاربرد صنعتی خود، گزینه درست را انتخاب کنید.

سنسور صنعتی چیست؟

سنسور صنعتی وسیله‌ای است که یک وضعیت، تغییر یا کمیت فیزیکی را تشخیص داده و آن را به سیگنال الکتریکی قابل استفاده برای سیستم کنترل تبدیل می‌کند. این سیگنال می‌تواند به PLC، کنترلر یا سیستم هشدار ارسال شود تا فرایند صنعتی به‌صورت خودکار مدیریت شود.

برای مثال، سنسور القایی وجود یک قطعه فلزی را بدون تماس فیزیکی تشخیص می‌دهد و سیگنال خروجی را به سیستم کنترل ارسال می‌کند تا فرمان بعدی، مانند توقف یا ادامه حرکت، صادر شود.

در صنعت، سه اصطلاح نزدیک به هم وجود دارد که باید تفاوت آن‌ها را در نظر گرفت:

• Sensor (سنسور): بخش حسگر یک تجهیز است که وظیفه تشخیص یک کمیت یا وضعیت فیزیکی مانند حضور قطعه، فشار، دما یا فاصله را بر عهده دارد.
• Switch (سوئیچ): تجهیزی است که معمولاً خروجی ساده ON/OFF دارد و بر اساس شرایط مشخص، مدار را قطع یا وصل می‌کند. برای مثال، پرشر سوئیچ در صورت رسیدن فشار به مقدار تنظیم‌شده، وضعیت خروجی خود را تغییر می‌دهد.
• Detector (دتکتور): تجهیز کامل‌تری است که علاوه بر بخش حسگر، می‌تواند مدار پردازش و خروجی هشدار را نیز شامل شود. دتکتورهای گاز صنعتی نمونه‌ای از این تجهیزات هستند که برای تشخیص گازهای خطرناک و اعلام هشدار در محیط‌های صنعتی یا اطراف مخازن گاز به کار می‌روند.

سنسورهای صنعتی چگونه کار می‌کنند؟

وظیفه اصلی سنسورهای صنعتی و به‌طور کلی تمام سنسورها، تشخیص یک وضعیت یا مقدار مشخص است. از آنجا که این سنسورها برای ارسال فرمان در سیستم‌های صنعتی و انتقال سیگنال الکتریکی به PLC استفاده می‌شوند، به آن‌ها سنسور صنعتی گفته می‌شود. هر سنسور بر اساس نوع طراحی و کاربرد، از روش‌های مختلفی برای تشخیص متغیرهای گوناگون استفاده می‌کند.

پس از تشخیص، سیگنال خروجی به تجهیزاتی مانند PLC، رله، کنترلر یا سیستم هشدار ارسال می‌شود تا متناسب با شرایط، فرمان لازم صادر شود.

تشخیص با میدان الکترومغناطیسی

سنسور القایی برای تشخیص شفت فلزی، از یک سیم‌پیچ و مدار الکترونیکی استفاده می‌کند. ابتدا مدار داخلی سنسور، جریان متناوب را به سیم‌پیچ می‌دهد و سیم‌پیچ یک میدان الکترومغناطیسی در اطراف خود ایجاد می‌کند. وقتی شفت فلزی وارد این میدان می‌شود، در فلز جریان‌های گردابی ایجاد شده و شرایط میدان تغییر می‌کند. مدار سنسور این تغییر را تشخیص می‌دهد و خروجی خود را فعال می‌کند. در نتیجه، یک سیگنال الکتریکی از خروجی سنسور به PLC یا کنترلر ارسال می‌شود و سیستم متوجه حضور شفت می‌شود. بنابراین سنسور بدون تماس مستقیم، وجود قطعه فلزی را تشخیص می‌دهد.

سنسور نوری و فوتوالکتریک

در سنسورهای نوری یا فوتوالکتریک، با استفاده از نور و بررسی تغییرات آن، وجود، موقعیت یا عبور یک جسم تشخیص داده می‌شود. در این سنسورها معمولاً یک گیرنده و یک فرستنده وجود دارد که می‌توانند به‌صورت جداگانه یا هر دو درون بدنه سنسور قرار گرفته باشند. نحوه تشخیص به نوع سنسور بستگی دارد. در مدل‌های مستقیم، فرستنده و گیرنده روبه‌روی یکدیگر قرار دارند و با قطع شدن مسیر نور توسط جسم، سنسور آن را تشخیص می‌دهد. در مدل‌های بازتابی، مانند BGX-35N، نور به سمت جسم فرستاده شده و بازتاب آن توسط گیرنده داخلی سنسور دریافت می‌شود. در این روش، تشخیص اجسام شفاف یا نیمه‌شفاف می‌تواند دشوارتر باشد و به شفافیت، رنگ و جنس جسم بستگی دارد.

تشخیص گاز

دتکتور گاز دستگاهی است که وجود گازهای خاص در محیط را تشخیص می‌دهد و در بعضی مدل‌ها غلظت آن‌ها را هم اندازه می‌گیرد. داخل این دستگاه یک حسگر وجود دارد که وقتی با گاز هدف برخورد می‌کند، واکنش نشان می‌دهد و خاصیت الکتریکی‌اش تغییر می‌کند. مدار داخلی دتکتور این تغییر را می‌خواند و مقدار گاز را مشخص می‌کند. اگر غلظت گاز از حد تعیین‌شده بالاتر برود، دتکتور هشدار می‌دهد و خطر را به سیستم کنترل اعلام می‌کند.این دستگاه‌ها معمولاً در کارخانه‌ها، موتورخانه‌ها، خطوط فرآیندی و هر جایی که احتمال نشت گاز وجود دارد استفاده می‌شوند. با کمک آن‌ها نشت گاز زودتر شناسایی می‌شود و می‌توان سریع‌تر برای بالا بردن ایمنی اقدام کرد.

سنسور القایی صنعتی

سنسور القایی برای تشخیص فلزات بدون هیچ تماس فیزیکی طراحی شده و به همین دلیل در محیط‌های صنعتی که قطعات دائماً در حال حرکت هستند، خیلی کاربردی است. با این سنسورها می‌توان موقعیت قطعات را تشخیص داد، مانند : دستگاه شمارشگر (بر اساس فلز)، تشخیص انتهای کورس جک پنوماتیک و حرکت اجزای مختلف ماشین‌آلات را تشخیص و یا کنترل کرد. چون نیازی به تماس مکانیکی ندارد، استهلاک سنسور کمتر می‌شود .

در پنوکالا می‌توانید مدل‌های مختلفی از این تجهیزات را بررسی کنید. سنسور فوتوالکتریک BGX-35N برند BOJKE یکی از گزینه‌های موجود برای کاربردهای تشخیص نوری است. همچنین سنسور نوری BR4M-DTDT برند AUTONICS برای تشخیص اجسام در کاربردهای صنعتی و اتوماسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اگر برای خط تولید یا دستگاه صنعتی خود به دنبال خرید سنسور نوری هستید، هنگام انتخاب باید عواملی مانند فاصله تشخیص، نوع جسم، روش تشخیص، ولتاژ تغذیه و نوع خروجی سنسور را بررسی کنید.

سنسور صنعتی بر اساس روش تشخیص

سننسور های صنعتی را میتوان بر اساس نوع ارتباط شان با جسم به دو گروه کلی تقسیم کرد ( سنسور های تماسی / سنسور های غیر تماسی)

این نام گذاری رایج نمیباشد ولی از طرفی به شما کمک میکند سنسور مناسب را برای ماشین آلات و خطوط تولید راحت تر انتخاب کنید .

سنسورهای تماسی

سنسورهای تماسی معمولاً با تماس مستقیم مکانیکی با قطعه کار می‌کنند و وضعیت آن را تشخیص می‌دهند. وقتی قطعه صنعتی حرکت می‌کند یا به سنسور برخورد می‌کند، مسیر سیگنال الکتریکی (بخش مکانیکی) سنسور تغییر وضعیت را تشخیص میدهد  و یک سیگنال خروجی( بر اساس مدل ولتاژ) تولید می‌شود و به نمایشگر یاPLC منطق میکند.

کاربردهای رایج این سنسورها عبارت‌اند از:

• تشخیص رسیدن قطعه به یک موقعیت مشخص
• تشخیص انتهای مسیر (سیلند) توسط کورس جک پنوماتیک
• کنترل وضعیت باز و بسته بودن مکانیزم‌ها
• استفاده در ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی

سنسورهای غیرتماسی

سنسورهای غیرتماسی بدون برخورد مستقیم با قطعه، ویژگی‌هایی مانند حضور، موقعیت، فاصله یا عبور جسم را تشخیص می‌دهند. این روش باعث کاهش استهلاک مکانیکی و افزایش سرعت تشخیص می‌شود.

مهم‌ترین انواع سنسورهای غیرتماسی عبارت‌اند از:

• سنسور القایی: با استفاده از میدان الکترومغناطیسی، اجسام فلزی را بدون تماس تشخیص می‌دهد و در کنترل موقعیت و شمارش قطعات فلزی کاربرد دارد.
• سنسور نوری: با ارسال و دریافت نور، حضور یا عبور یک جسم را تشخیص می‌دهد و در خطوط تولید و بسته‌بندی بسیار پرکاربرد است.
• سنسور فوتوالکتریک: با استفاده از فرستنده و گیرنده نوری، قطع شدن یا بازتاب پرتو نور را تشخیص می‌دهد و برای تشخیص محصولات و کنترل عبور اجسام استفاده می‌شود.
• سنسور خازنی: با تشخیص تغییر ظرفیت الکتریکی میدان اطراف خود می‌تواند اجسام مختلف، از جمله مواد غیرفلزی، را شناسایی کند. این سنسورها برای تشخیص سطح یا حضور مواد نیز کاربرد دارند.
• سنسور اولتراسونیک: از امواج صوتی با فرکانس بالا برای تشخیص فاصله یا حضور اجسام استفاده می‌کند. این نوع سنسور در اندازه‌گیری فاصله و تشخیص اجسام با ویژگی‌های مختلف کاربرد دارد.

نکته: انتخاب بین سنسورهای تماسی و غیرتماسی به نوع قطعه، فاصله تشخیص، سرعت حرکت، شفافیت جسم و نوع کاربرد بستگی دارد.

تفاوت سنسور القایی، نوری و گاز

سنسورهای صنعتی بسته به اینکه چه قطعاتی باید تشخیص دهند عملکرد و کاربردهای متفاوتی دارند برای انتخاب سنسور مناسب اول باید مشخص کنید قرار است چه جسم قرار است شناسایی شود بعد می‌توانید بر اساس روش تشخیص، فاصله کاری شرایط محیطی و نوع خروجی گزینه درست را انتخاب کنید . سنسور القایی بیشتر وقتی به‌کار می‌آید که بخواهید قطعات فلزی را بدون تماس تشخیص دهید. در مقابل، سنسور نوری و فوتوالکتریک برای تشخیص حضور، موقعیت یا عبور طیف وسیعی از اجسام مناسب هستند و محدود به فلزات نیستند. دتکتور گاز هم برای تشخیص وجود یا وضعیت گازهای قابل اشتعال، سمی و خطرناک را در محیط پایش کند.

پس هنگام خرید سنسور صنعتی، اول نوع جسم یا کمیتی که قرار است تشخیص داده شود را مشخص کنید. بعد عواملی مثل فاصله تشخیص، جنس قطعه، شرایط محیطی، سرعت حرکت و نوع سیگنال خروجی را بررسی کنید.

کاربرد سنسورهای صنعتی

سنسورهای صنعتی یکی از مهم‌ترین قطعات در صنایع اتوماسیون / صنایع اتوماتیک برای کنترل فرایند صنعتی هستند. این تجهیزات با تشخیص حضور، موقعیت، حرکت یا عبور قطعات و حتی وجود گاز، اطلاعات لازم را در اختیار سیستم کنترل قرار می‌دهند و به همین دلیل در صنایع مختلف و حساس، سنسورهای صنعتی مناسب و پرکاربرد هستند.

• خطوط تولید
• ماشین‌آلات صنعتی
• صنایع بسته‌بندی
• صنایع غذایی
• صنایع خودروسازی
• سیستم‌های اتوماسیون صنعتی
• تجهیزات ایمنی و تشخیص گاز
• کنترل و شمارش قطعات

سنسور صنعتی در اتوماسیون چگونه به PLC متصل می‌شود؟

در یک سیستم اتوماسیون صنعتی، سنسور ابتدا وضعیت موردنظر را تشخیص می‌دهد و آن را به یک سیگنال خروجی تبدیل می‌کند. این سیگنال به ورودی PLC یا کنترلر فرستاده می‌شود. PLC بعد از پردازش اطلاعات، فرمان لازم را به عملگرهایی مثل شیر برقی، موتور یا جک ارسال می‌کند.

مسیر کلی کار به این شکل است: سنسور ← سیگنال خروجی ← PLC / کنترلر ← فرمان به عملگر

خروجی NPN در خروجی NPN، سنسور وقتی فعال می‌شود، مسیر جریان را به سمت ۰ ولت یا منفی وصل می‌کند. به این نوع خروجی معمولاً Sinking هم می‌گویند.

خروجی PNP در خروجی PNP، سنسور هنگام فعال شدن، ولتاژ مثبت را به ورودی PLC می‌فرستد. این نوع خروجی با عنوان Sourcing هم شناخته می‌شود و در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شود.

خروجی دیجیتال خروجی دیجیتال معمولاً فقط دو حالت دارد: روشن (ON) یا خاموش (OFF). از آن برای تشخیص حضور قطعه، موقعیت، عبور محصول یا فعال شدن یک وضعیت مشخص استفاده می‌شود.

خروجی آنالوگ خروجی آنالوگ برخلاف دیجیتال، فقط روشن و خاموش نیست و یک مقدار متغیر را منتقل می‌کند. سیگنال‌هایی مثل ۰ تا ۱۰ ولت یا ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر از نمونه‌های رایج آن هستند و معمولاً برای انتقال کمیت‌هایی مثل فشار، دما یا فاصله به کار می‌روند.

تفاوت خروجی NPN و PNP در سنسور صنعتی

یکی از نکات مهم هنگام انتخاب سنسور صنعتی، توجه به نوع خروجی آن است. دو خروجی رایج در سنسورهای دیجیتال صنعتی، NPN و PNP هستند. هر دو می‌توانند وضعیت تشخیص‌داده‌شده توسط سنسور را به PLC یا کنترلر منتقل کنند، اما نحوه سوئیچ کردن جریان در آن‌ها متفاوت است.

خروجی PNP

در سنسور PNP، خروجی سنسور هنگام فعال شدن، ولتاژ مثبت را به سمت ورودی PLC یا کنترلر ارسال می‌کند. به زبان ساده، PNP خروجی مثبت را سوئیچ می‌کند. این نوع خروجی در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شود.

خروجی NPN

در سنسور NPN، خروجی هنگام فعال شدن، ورودی PLC را به سمت 0V یا منفی متصل می‌کند. بنابراین به زبان ساده، NPN خروجی را به سمت منفی سوئیچ می‌کند.

برای درک ساده‌تر:

• PNP: سنسور → سوئیچ کردن مثبت
• NPN: سنسور → سوئیچ کردن منفی

تفاوت NPN و PNP فقط در نام‌گذاری نیست و باید هنگام سیم‌کشی و انتخاب تجهیزات مورد توجه قرار گیرد. نوع خروجی سنسور باید با نوع ورودی PLC یا کنترلر سازگار باشد. همچنین ولتاژ تغذیه و نقشه سیم‌بندی سنسور باید قبل از نصب بررسی شود.

مشخصات مهم هنگام خرید سنسور صنعتی

برای خرید سنسور صنعتی فقط نباید به نوع سنسور توجه کرد. شرایط کاری، نوع اتصال و مشخصات الکتریکی نیز باید با تجهیزات و محیط نصب سازگار باشند. مهم‌ترین مواردی که هنگام انتخاب باید بررسی شوند عبارت‌اند از:

• نوع سنسور
• محدوده تشخیص
• نوع خروجی
• ولتاژ تغذیه
• نوع اتصال
• درجه حفاظت IP
• جنس بدنه
• شرایط محیطی
• نوع جسم یا ماده قابل تشخیص

چگونه سنسور صنعتی مناسب انتخاب کنیم؟

انتخاب سنسور را می‌توان با چند سؤال ساده انجام داد. ابتدا نوع جسم یا کمیتی را که باید تشخیص داده شود مشخص کنید و سپس نوع سنسور را بر اساس آن انتخاب کنید:

• اگر هدف تشخیص فلز است → سنسور القایی
• اگر هدف تشخیص حضور یا عبور جسم است → سنسور نوری یا فوتوالکتریک
• اگر هدف تشخیص گازهای خطرناک است → دتکتور گاز
• اگر سنسور باید به PLC متصل شود → نوع خروجی NPN یا PNP و ولتاژ تغذیه را بررسی کنید.
• اگر سنسور در محیط مرطوب یا پر از گردوغبار نصب می‌شود → درجه حفاظت IP را بررسی کنید.
• اگر فاصله جسم تا سنسور مشخص است → محدوده تشخیص سنسور را با فاصله واقعی مقایسه کنید.

پس از مشخص کردن نوع سنسور، باید شرایط محیطی، نحوه نصب، نوع اتصال و مشخصات خروجی را نیز بررسی کنید. برای مثال، اگر در خط تولید به تشخیص قطعات فلزی نیاز دارید، می‌توانید مدل‌های سنسور القایی موجود ( سنسور القایی مدل I1CN-M1204P-S4U2 برند Biduk) را بررسی کنید. برای تشخیص عبور محصولات نیز مدل‌های سنسور نوری و فوتوالکتریک گزینه مناسب‌تری هستند. در کاربردهای ایمنی و پایش گاز نیز باید به سراغ دتکتور گاز متناسب با نوع گاز موردنظر بروید.

سنسورهای صنعتی یکی از اجزای مهم در ماشین‌آلات، خطوط تولید و سیستم‌های اتوماسیون هستند و وظیفه دارند وضعیت محیط یا فرایند را تشخیص داده و اطلاعات لازم را به سیستم کنترل منتقل کنند. سنسورهای القایی برای تشخیص فلزات، سنسورهای نوری و فوتوالکتریک برای تشخیص حضور و عبور اجسام و دتکتورهای گاز برای شناسایی گازهای خطرناک استفاده می‌شوند. انتخاب سنسور مناسب به نوع جسم یا کمیت موردنظر، فاصله تشخیص، نوع خروجی، ولتاژ تغذیه، درجه حفاظت و شرایط محیطی بستگی دارد. همچنین هنگام اتصال سنسور به PLC باید سازگاری خروجی‌هایی مانند NPN و PNP بررسی شود. برای خرید سنسور صنعتی بهتر است مشخصات فنی مدل‌ها را با نیاز واقعی دستگاه یا خط تولید مقایسه کنید و در صورت نیاز از کارشناسان پنوکالا مشاوره بگیرید.