Industriella sensorer i automation: typer och användning

Vad en industriell sensor gör

En industriell sensor är en apparat som känner av något i sin omgivning — till exempel om ett föremål finns på ett transportband, om trycket i en ledning är för högt, eller om en motor har nått rätt temperatur — och skickar en signal vidare till ett styrsystem. I en automatiserad produktion är sensorerna ögonen och öronen: utan dem vet den styrande datorn, vanligtvis en PLC, inte om en detalj är på plats, om en dörr är stängd, eller om ett steg i processen är klart.

Enligt Wikipedia består en sensor typiskt av en givare som omvandlar stimulit till en mätbar storhet, såsom volt eller ohm, och en omvandlare som skickar signalen vidare till kontrollenheten i ett standardiserat format, till exempel 4–20 mA eller Profibus. Det är den signalen som styrsystemet fattar sina beslut utifrån.

De vanligaste sensortyperna i industrin

Det finns sensorer för nästan alla mätbehov i en fabrik. De vanligaste är:

• Närhetssensorer upptäcker om ett metall- eller icke-metallföremål finns inom kort avstånd, utan fysisk kontakt. Induktiva sensorer känner av metall, kapacitiva kan känna av både metall och andra material, till exempel plast eller vätska.
• Fotoelektriska sensorer använder ljusstrålar för att detektera objekt på längre avstånd, till exempel för att räkna produkter på ett transportband.
• Trycksensorer mäter trycket i hydrauliska eller pneumatiska system och larmar om det avviker från det tillåtna.
• Temperatursensorer håller koll på processvätskor, motorer och utrymmen där värme kan skada utrustning eller påverka kvaliteten.
• Flödes- och nivåsensorer mäter hur mycket vätska eller gas som rör sig i ett rör, och om en tank är nästan tom eller full.

Signaler och standarder: 4–20 mA och fältbussar

En sensor skickar sällan ett enkelt "på" eller "av". Moderna sensorer skickar ofta en analog signal som motsvarar det mätta värdet. Ett vanligt standardformat är 4–20 mA, där 4 mA betyder noll och 20 mA fullt värde. Fördelen är att en trasig ledning ger 0 mA, vilket är lätt att upptäcka som ett fel.

Många sensorer kommunicerar också över en fältbuss, till exempel Profibus, där flera enheter delar samma kabel till styrsystemet. Det minskar mängden kabel i maskinen och gör det enklare att läsa ut diagnostik från varje sensor.

Från sensor till PLC: hur signalen används

Signalen från sensorn går till en styrning, oftast en PLC (programmerbar logikstyrning). PLC:n tar emot signalen, jämför den med inställda gränsvärden och bestämmer vad som ska hända: starta en motor, stoppa ett band eller öppna en ventil. I vår artikel om PLC-programmering för nybörjare beskrivs hur ett första projekt byggs upp.

Sambandet mellan sensor och styrning är det som gör automation möjlig. Sensorn ger informationen, PLC:n fattar beslutet, och ett verkställande system, till exempel en motor eller ventil, utför handlingen.

Så väljer du rätt sensor

Att välja sensor börjar med applikationen, inte med priset. Frågor att ta ställning till:

• Vad ska detekteras — metall, plast, vätska, ljus, tryck eller temperatur?
• Vilket avstånd krävs mellan sensor och objekt?
• Vilken miljö finns sensorn i — dammig, fuktig, varm eller utsatt för stötar?
• Vilken signal kan styrsystemet ta emot — digital på/av, analog 4–20 mA eller fältbuss?
• Beövs kontaktlös detektering, till exempel för att inte skada produkten?

Ett felval innebär ofta att sensorn ger felaktiga mätvärden, eller slutar fungera efter kort tid i fel miljö.

Installation och underhåll

Montera sensorn så att den har fri sikt mot det som ska detekteras, och skydda kabeln mot slitage och stötar. Fotoelektriska sensorer kan påverkas av starkt omgivande ljus, och induktiva sensorer ska inte placeras för nära andra metallföremål som kan störa fältet.

Kontrollera regelbundet att signalen ligger inom det förväntade området, och rengör sensorens optiska ytor om det behövs. En sensor som ger osäkra värden kan leda till fel i hela produktionen, så underhåll är en del av driftsäkerheten.

Fem vanliga misstag

1. Att välja en sensor som inte klarar miljön, till exempel en vanlig fotoelektrisk sensor i en mycket dammig lokal.
2. Att montera sensorn för nära objektet, så att den inte hinner detektera det i tid.
3. Att glömma bort att kabeln måste skärmas för att undvika störningar från motorspänningar.
4. Att ställa gränsvärden i PLC:n för nära det normala mätvärdet, vilket ger falska larm.
5. Att blanda ihop digitala och analoga sensorer på samma ingång i styrsystemet.

Frågor och svar

Vad kostar en industriell sensor? Priset beror helt på typ och mätområde. En enkel närhetssensor kan kosta några hundra kronor, medan specialiserade processtorleksgivare kostar betydligt mer.

Kan jag koppla valfri sensor till valfri PLC? Nej. Sensorns signal och anslutning måste matcha det indatakort som finns i PLC:n.

Var hittar jag mer information om industriell automation? På vår webbplats finns fler artiklar om automation, motorer och styrsystem, till exempel vår guide till automatisering av produktion.