November 3, 2025
في خطوط الإنتاج الآلية، يعمل عدد لا يحصى من أجهزة استشعار القرب كنقاط نهاية عصبية، حيث تكتشف بدقة وجود الأجسام المعدنية ومسافتها مع تحويل هذه المعلومات إلى إشارات يمكن التعرف عليها بواسطة أنظمة التحكم. تأتي هذه الإشارات في أنواع مختلفة تحدد كيفية تواصل أجهزة الاستشعار مع أنظمة التحكم. كيف يجب على المهندسين اختيار نوع المخرجات المناسب لتطبيقات معينة؟ توفر هذه المقالة تحليلاً متعمقًا لتكوينات إخراج مستشعر القرب.
يمكن تصنيف أجهزة استشعار القرب إلى ثلاثة أنواع من المخرجات الأساسية بناءً على خصائص الإشارة: أنواع التبديل (الإخراج الثنائي)، وأنواع نقل البيانات (القياس) التناظرية. توفر مستشعرات التبديل حالتين متميزتين للتحكم البسيط في التشغيل/الإيقاف، وتوفر المستشعرات التناظرية مخرجات مستمرة للقياس الدقيق، بينما يمكن لأنواع نقل البيانات توصيل مجموعات بيانات أكثر ثراءً.
ملاحظة: للحصول على تفاصيل التوصيلات الكهربائية حول أنواع المخرجات المختلفة، راجع الوثائق الفنية المتعلقة بتوصيل أجهزة الاستشعار.
تمثل مستشعرات القرب من النوع التبديلي، والتي تسمى أيضًا مستشعرات الإخراج الثنائية، الفئة الأكثر شيوعًا. تعمل هذه بشكل أساسي كمفاتيح تشغيل/إيقاف بسيطة تقوم بالتبديل بين حالتي إخراج محددتين مسبقًا بناءً على اكتشاف الكائن المستهدف. تستخدم على نطاق واسع للتحكم في الصمامات واللوحات وأضواء الإشارة والمحركات الأخرى، وهي تتصل مباشرة بالمدخلات الرقمية لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).
تقوم مستشعرات إخراج NPN بتوصيل طرف الإخراج بالأرض (0 فولت) عند تنشيطه. يتصل الحمل بين مصدر الطاقة (+UB) ومخرج NPN الخاص بالمستشعر. عند اكتشاف جسم مستهدف، يقوم ترانزستور NPN بالتوصيل، مما يكمل دائرة الحمل.
مثال التطبيق:في أنظمة النقل، تكتشف مستشعرات NPN وصول المنتجات إلى المواقع المحددة. عند الكشف، تقوم إشارة الخرج ذات المستوى المنخفض بتشغيل PLC لإيقاف تشغيل الناقل.
المزايا:
العيوب:
تقوم مستشعرات إخراج PNP بتوصيل طرف الإخراج بمصدر الطاقة (+UB) عند تنشيطه. يتصل الحمل بين مخرج PNP والأرضي (L-). يقوم اكتشاف الهدف بتنشيط ترانزستور PNP لإكمال دائرة الحمل.
ملاحظة: تهيمن مخرجات PNP على التطبيقات الصناعية لمنع الدوائر الأرضية القصيرة.
مثال التطبيق:في خطوط التجميع الآلية، تتحقق مستشعرات PNP من التثبيت الصحيح للمكونات. يؤدي تحديد الموضع الصحيح إلى توليد إشارة عالية المستوى تطالب PLC ببدء خطوات التجميع اللاحقة.
المزايا:
العيوب:
يعتمد الاختيار بين مخرجات NPN وPNP على تصميم نظام التحكم وبيئة التشغيل. عادةً ما تفضل التطبيقات الأوروبية أجهزة استشعار PNP، بينما تستخدم الأسواق الآسيوية بشكل أكثر شيوعًا أنواع NPN. تشمل اعتبارات الاختيار ما يلي:
تمثل مستشعرات القرب ذات السلكين نوعًا من التبديل المتخصص الذي يجمع بين مصدر الطاقة ونقل الإشارة من خلال موصلين فقط. تعمل هذه الأسلاك المبسطة على تقليل تكاليف التثبيت لتطبيقات معينة.
يتم توصيل المستشعر والحمل على التوالي، مع كون ترتيب الترتيب غير ذي صلة. كأجهزة نشطة، تقوم أجهزة الاستشعار ذات السلكين بسحب طاقة التشغيل بشكل مستمر أثناء إرسال إشارات الحالة من خلال نفس الموصلات.
على عكس المفاتيح الميكانيكية التي تفتح أو تغلق الدوائر بالكامل، تحافظ المستشعرات ذات السلكين دائمًا على بعض انخفاض الجهد عند "الإغلاق" والحد الأدنى من تسرب التيار عندما تكون "مفتوحة". تتطلب هذه الخاصية الاعتبار عند الاتصال بمدخلات PLC الرقمية وفقًا لمعايير EN 61131-2.
مثال التطبيق:في التحكم الأساسي في مستوى السائل، تكتشف أجهزة الاستشعار ذات السلكين المثبتة على قمم الخزانات الحدود العليا، مما يشير إلى PLCs لإغلاق صمامات الدخول عند الوصول إليها.
المزايا:
العيوب:
تتميز هذه المستشعرات بمخرجات ثنائية تتحكم في المرحلات الكهروميكانيكية من خلال دوائر تحكم منفصلة بدلاً من دوائر الطاقة.
تتطلب مخرجات الترحيل أربعة توصيلات على الأقل (اثنان لإلكترونيات الاستشعار، واثنتان لجهات اتصال الترحيل السلبي)، وتوفر سعة تيار أعلى من المحولات الإلكترونية ولكنها تعاني من التآكل الميكانيكي الذي يحد من تردد التحويل إلى بضع عمليات في الثانية.
مثال التطبيق:في أنظمة التحكم في المحركات، تكتشف مستشعرات خرج التتابع حالات التحميل الزائد، وتفتح جهات الاتصال لقطع الطاقة عند الضرورة.
المزايا:
العيوب:
تولد هذه المستشعرات المتخصصة إشارات خرج تتوافق مع معايير NAMUR لتعزيز السلامة، ومناسبة لأجهزة استشعار القرب أو أجهزة التشفير في المواقع الخطرة.
تنقل مستشعرات NAMUR القيم الحالية المحددة وفقًا للمعيار EN 60947-5-6 إلى مضخمات التحويل المعزولة التي تحولها إلى مخرجات منفصلة مع توفير اكتشاف الدائرة القصيرة وانقطاع الأسلاك. تتميز الإصدارات التقليدية بخصائص إخراج ثابتة، بينما توفر أنواع التبديل الثنائية عملية مفتوحة (N1) أو مغلقة (N0) بشكل طبيعي.
مثال التطبيق:تستخدم المصانع الكيميائية أجهزة استشعار NAMUR لمراقبة موضع الصمام بشكل آمن.
المزايا:
العيوب:
تقوم هذه المستشعرات الثنائية التقليدية بنقل حالات التبديل كقيم تيار منفصلة (عادةً 5 مللي أمبير في حالة عدم الكشف، و10 مللي أمبير للأشياء المكتشفة).
مثال التطبيق:تستخدم أنظمة العد هذه المستشعرات لإحصاء الأشياء الموجودة على الناقلات، وزيادة العدادات عند استقبال إشارات 10 مللي أمبير.
المزايا:
العيوب:
تقوم أجهزة استشعار القرب من نوع القياس باكتشاف وإرسال إشارات متعددة أو معلومات الحالة كقيم تناظرية للتيار أو الجهد.
تقوم هذه المستشعرات بتحويل المتغيرات الفيزيائية المقاسة (مثل المسافة إلى الأجسام المعدنية) إلى إشارات تيار متناسبة تبلغ 4-20 مللي أمبير.
مثال التطبيق:تستخدم الأنظمة الروبوتية أجهزة استشعار بقدرة تتراوح من 4 إلى 20 مللي أمبير لتحديد موضع المؤثر النهائي بدقة بالنسبة إلى قطع العمل.
المزايا:
العيوب:
تشبه أنواع مخرجات التيار ولكن يتم تحويل القياسات إلى إشارات الجهد بدلاً من ذلك.
مثال التطبيق:تستخدم أنظمة التحكم في الضغط أجهزة استشعار 0-10 فولت لقياس شوط الأسطوانة بدقة.
المزايا:
العيوب:
يعتمد الاختيار بين التنسيقات التناظرية على:
تتواصل هذه المستشعرات عبر ناقل المجال الصناعي AS-Interface، حيث تنقل حالات التبديل والبيانات الإضافية عبر شبكات ذات سلكين باستخدام تقنية المشبك الثاقب للتثبيت المبسط.
مثال التطبيق:تنشر خطوط الإنتاج الآلية العديد من أجهزة استشعار AS-Interface لمراقبة المحطات الموزعة من خلال التحكم المركزي.
المزايا:
العيوب:
باستخدام موصلات M8/M12 القياسية، تتيح مستشعرات IO-Link الاتصال الذكي من نقطة إلى نقطة لتطبيقات Industry 4.0 مع الحفاظ على توافق تشغيل SIO (الإدخال/الإخراج القياسي) التقليدي.
مثال التطبيق:تستفيد المصانع الذكية من أجهزة استشعار IO-Link لمراقبة المعدات في الوقت الفعلي والتحليلات المستندة إلى السحابة.
المزايا:
العيوب:
يجب أن يأخذ اختيار المستشعر أيضًا في الاعتبار منطق الإخراج، أي حالة الإشارة عند اكتشاف الأهداف. تتضمن التكوينات الشائعة ما يلي:
غالبًا ما تستخدم أنظمة السلامة منطق NC لإطلاق الإنذارات أثناء فشل المستشعر.
توفر مستشعرات القرب أنواعًا متنوعة من المخرجات، يتميز كل منها بخصائص فريدة لتطبيقات محددة. يتطلب الاختيار الأمثل تقييم المتطلبات التشغيلية، وتوافق نظام التحكم، والظروف البيئية وعوامل التكلفة لضمان أداء موثوق للنظام. يوفر هذا التحليل الشامل للمهندسين إرشادات أساسية لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن مواصفات أجهزة الاستشعار.
