In geautomatiseerde productielijnen fungeren talloze naderingssensoren als neurale eindpunten, die nauwkeurig de aanwezigheid en afstand van metalen objecten detecteren en deze informatie omzetten in signalen die herkenbaar zijn voor besturingssystemen. Deze signalen zijn er in verschillende typen die bepalen hoe sensoren communiceren met besturingssystemen. Hoe moeten ingenieurs het juiste uitgangstype voor specifieke toepassingen selecteren? Dit artikel biedt een diepgaande analyse van de uitgangsconfiguraties van naderingssensoren.

Naderingssensoren kunnen worden ingedeeld in drie primaire uitgangstypen op basis van signaalkenmerken: schakelende (binaire uitgang), analoge en gegevensoverdracht (meting) typen. Schakelende sensoren leveren twee verschillende toestanden voor eenvoudige aan/uit-besturing, analoge sensoren leveren continue uitgang voor precisie meting, terwijl gegevensoverdracht typen rijkere datasets kunnen communiceren.

Schakelende naderingssensoren, ook wel binaire uitgangssensoren genoemd, vertegenwoordigen de meest voorkomende categorie. Deze functioneren in wezen als eenvoudige aan/uit-schakelaars die schakelen tussen twee vooraf gedefinieerde uitgangstoestanden op basis van detectie van het doelobject. Ze worden veel gebruikt voor het aansturen van kleppen, kleppen, signaallampen en andere actuatoren en worden rechtstreeks aangesloten op digitale ingangen van programmeerbare logische controllers (PLC's).

NPN-uitgangssensoren verbinden de uitgangsklem met aarde (0V) wanneer ze worden geactiveerd. De belasting wordt aangesloten tussen de voeding (+UB) en de NPN-uitgang van de sensor. Bij het detecteren van een doelobject geleidt de NPN-transistor, waardoor het belastingscircuit wordt voltooid.

Toepassingsvoorbeeld: In transportsystemen detecteren NPN-sensoren producten die aangewezen posities bereiken. Bij detectie activeert het uitgangssignaal op laag niveau de PLC om de transportband te stoppen.

Voordelen:

• Eenvoudiger circuitontwerp
• Lagere implementatiekosten

Nadelen:

• Gevoelig voor voedingspolariteit
• Relatief zwakkere immuniteit tegen ruis

PNP-uitgangssensoren verbinden de uitgangsklem met de voeding (+UB) wanneer ze worden geactiveerd. De belasting wordt aangesloten tussen de PNP-uitgang en aarde (L-). Doeldetectie activeert de PNP-transistor om het belastingscircuit te voltooien.

Toepassingsvoorbeeld: In geautomatiseerde assemblagelijnen verifiëren PNP-sensoren de juiste installatie van componenten. Correcte positionering genereert een signaal op hoog niveau dat de PLC aanzet om de volgende assemblagestappen te starten.

Voordelen:

• Superieure immuniteit tegen ruis
• Verminderde gevoeligheid voor aardinterferentie

Nadelen:

• Complexer circuitontwerp
• Hogere relatieve kosten

De keuze tussen NPN- en PNP-uitgangen hangt af van het ontwerp van het besturingssysteem en de werkomgeving. Europese toepassingen geven doorgaans de voorkeur aan PNP-sensoren, terwijl Aziatische markten vaker NPN-typen gebruiken. Selectie overwegingen zijn onder meer:

• Compatibiliteit met het besturingssysteem: Sommige PLC's ondersteunen mogelijk alleen specifieke ingangstypen
• Elektromagnetische interferentie: PNP-sensoren presteren over het algemeen beter in rumoerige omgevingen
• Veiligheidsfactoren: PNP-configuraties verminderen de risico's op kortsluiting naar aarde

Twee-draads naderingssensoren vertegenwoordigen een gespecialiseerd schakeltype dat voeding en signaaloverdracht combineert via slechts twee geleiders. Deze vereenvoudigde bedrading vermindert de installatiekosten voor bepaalde toepassingen.

De sensor en de belasting worden in serie aangesloten, waarbij de volgorde irrelevant is. Als actieve apparaten verbruiken twee-draads sensoren continu stroom tijdens het verzenden van statussignalen via dezelfde geleiders.

In tegenstelling tot mechanische schakelaars die circuits volledig openen of sluiten, behouden twee-draads sensoren altijd een bepaalde spanningsval wanneer ze "gesloten" zijn en een minimale lekstroom wanneer ze "open" zijn. Deze eigenschap vereist overweging bij het aansluiten op digitale PLC-ingangen volgens EN 61131-2-normen.

Toepassingsvoorbeeld: Bij eenvoudige niveauregeling detecteren twee-draads sensoren die op de bovenkant van de tank zijn gemonteerd, de bovengrenzen, waardoor PLC's worden gesignaleerd om inlaatkleppen te sluiten wanneer deze zijn bereikt.

Voordelen:

• Vereenvoudigde installatie met twee geleiders
• Lagere bedradingskosten

Nadelen:

• Residuele stromen en spanningsvallen kunnen bepaalde belastingen beïnvloeden
• Vereist PLC-ingangscompatibiliteitsverificatie

Deze sensoren hebben binaire uitgangen die elektromechanische relais aansturen via afzonderlijke besturingscircuits in plaats van stroomcircuits.

Relaisuitgangen vereisen minimaal vier aansluitingen (twee voor sensorelektronica, twee voor passieve relaiscontacten) en bieden een hogere stroomcapaciteit dan elektronische schakelaars, maar lijden aan mechanische slijtage die de schakelfrequentie beperkt tot een paar bewerkingen per seconde.

Toepassingsvoorbeeld: In motorbesturingssystemen detecteren relaisuitgangssensoren overbelastingscondities en openen contacten om de stroom af te sluiten wanneer dat nodig is.

Voordelen:

• Mogelijkheid om belastingen met hoge stroom aan te sturen
• Galvanische isolatie voor immuniteit tegen ruis

Nadelen:

• Mechanische contact slijtage beperkt de levensduur
• Lage schakelfrequentie
• Grotere fysieke afmetingen

Deze gespecialiseerde sensoren genereren uitgangssignalen die voldoen aan de NAMUR-normen voor verbeterde veiligheid, geschikt voor naderingssensoren of encoders op gevaarlijke locaties.

NAMUR-sensoren zenden gedefinieerde stroomwaarden per EN 60947-5-6 uit naar geïsoleerde schakelversterkers die deze omzetten in discrete uitgangen en tegelijkertijd kortsluiting en draadbreukdetectie bieden. Traditionele versies hebben constante uitgangskenmerken, terwijl binaire schakeltypen normaal open (N1) of gesloten (N0) werking bieden.

Toepassingsvoorbeeld: Chemische fabrieken gebruiken NAMUR-sensoren voor intrinsiek veilige positiebewaking van kleppen.

Voordelen:

• Explosieveilige werking in gevaarlijke gebieden
• Geïntegreerde foutdetectie

Nadelen:

• Vereist geïsoleerde schakelversterkers
• Stroomsignaal moet worden geconverteerd

Deze conventionele binaire sensoren zenden schakeltoestanden uit als discrete stroomwaarden (meestal 5 mA voor geen detectie, 10 mA voor gedetecteerde objecten).

Toepassingsvoorbeeld: Telsystemen gebruiken deze sensoren om objecten op transportbanden te tellen en tellers te verhogen bij ontvangst van 10 mA-signalen.

Voordelen:

• Goede immuniteit tegen ruis
• Directe PLC-ingangscompatibiliteit

Nadelen:

• Stroomsignaal kan conversie vereisen
• Beperkte toepassingsomvang

Sensoren van het meettype detecteren en verzenden meerdere signalen of statusinformatie als analoge stroom- of spanningswaarden.

Deze sensoren zetten gemeten fysieke variabelen (zoals afstand tot metalen objecten) om in proportionele 4-20mA-stroomsignalen.

Toepassingsvoorbeeld: Robotsystemen gebruiken 4-20mA-sensoren voor precieze positionering van de eindeffector ten opzichte van werkstukken.

Voordelen:

• Uitstekende immuniteit tegen ruis voor transmissie over lange afstanden
• Industriële standaardsignaalcompatibiliteit

Nadelen:

• Hogere relatieve kosten
• Signaalconditionering vereist

Vergelijkbaar met typen met stroomuitgang, maar zet metingen om in spanningssignalen in plaats daarvan.

Toepassingsvoorbeeld: Drukkontrolesystemen gebruiken 0-10V-sensoren voor precieze meting van de cilinderslag.

Voordelen:

• Eenvoudiger circuitimplementatie
• Lagere kosten oplossing

Nadelen:

• Verminderde immuniteit tegen ruis beperkt de transmissieafstand
• Gevoeligheid voor belastingsimpedantie

De keuze tussen analoge formaten hangt af van:

• Transmissieafstand: Stroomsignalen blinken uit voor lange afstanden
• Belastingsstabiliteit: Spanningssignalen hebben last van impedantieverschillen
• Compatibiliteit met het besturingssysteem: Sommige PLC's beperken ingangstypen

Deze sensoren communiceren via AS-Interface industriële veldbus, waarbij schakeltoestanden en aanvullende gegevens worden verzonden via twee-draads netwerken met behulp van piercing-klemmtechnologie voor vereenvoudigde installatie.

Toepassingsvoorbeeld: Geautomatiseerde productielijnen gebruiken meerdere AS-Interface sensoren voor gedistribueerde stationbewaking via gecentraliseerde besturing.

Voordelen:

• Verminderde bedradingscomplexiteit en kosten
• Geïntegreerde diagnostische mogelijkheden

Nadelen:

• Beperkte transmissiesnelheid
• Vereist AS-Interface master

Met behulp van gestandaardiseerde M8/M12-connectoren maken IO-Link sensoren intelligente point-to-point communicatie mogelijk voor Industrie 4.0-toepassingen, terwijl ze de traditionele SIO (Standard Input/Output) werking compatibiliteit behouden.

Toepassingsvoorbeeld: Slimme fabrieken maken gebruik van IO-Link sensoren voor real-time apparatuurbewaking en cloudgebaseerde analyses.

Voordelen:

• Hoge datacapaciteit configuratie op afstand
• Gestandaardiseerde interface-integratie

Nadelen:

• IO-Link master vereiste
• Hogere implementatiekosten

Sensorselectie moet ook rekening houden met de uitgangslogica - de signaaltoestand bij het detecteren van doelen. Veelvoorkomende configuraties zijn onder meer:

• Normaal Open (NO): Laag/open in rust, hoog/gesloten bij detectie
• Normaal Gesloten (NC): Hoog/gesloten in rust, laag/open bij detectie

Veiligheidssystemen gebruiken vaak NC-logica om alarmen te activeren tijdens sensorstoringen.

Naderingssensoren bieden diverse uitgangstypen, elk met unieke kenmerken voor specifieke toepassingen. Optimale selectie vereist het evalueren van operationele vereisten, compatibiliteit met het besturingssysteem, omgevingsomstandigheden en kostenfactoren om betrouwbare systeemprestaties te garanderen. Deze uitgebreide analyse biedt ingenieurs essentiële richtlijnen voor het nemen van weloverwogen beslissingen over sensorspecificaties.