Panduan untuk Menjelaskan Jenis Output Sensor Induktif

Dalam jalur produksi otomatis, sensor jarak tak terhitung jumlahnya bertindak sebagai titik akhir saraf, secara tepat mendeteksi keberadaan dan jarak objek logam sambil mengubah informasi ini menjadi sinyal yang dapat dikenali oleh sistem kontrol. Sinyal-sinyal ini hadir dalam berbagai jenis yang menentukan bagaimana sensor berkomunikasi dengan sistem kontrol. Bagaimana seharusnya para insinyur memilih jenis keluaran yang sesuai untuk aplikasi tertentu? Artikel ini memberikan analisis mendalam tentang konfigurasi keluaran sensor jarak.

Sensor jarak dapat dikategorikan menjadi tiga jenis keluaran utama berdasarkan karakteristik sinyal: switching (keluaran biner), analog, dan jenis transmisi data (pengukuran). Sensor switching menyediakan dua keadaan berbeda untuk kontrol on/off sederhana, sensor analog memberikan keluaran berkelanjutan untuk pengukuran presisi, sementara jenis transmisi data dapat mengkomunikasikan kumpulan data yang lebih kaya.

Sensor jarak jenis-switching, juga disebut sensor keluaran biner, mewakili kategori yang paling umum. Ini pada dasarnya berfungsi sebagai sakelar on/off sederhana yang beralih antara dua keadaan keluaran yang telah ditentukan sebelumnya berdasarkan deteksi objek target. Banyak digunakan untuk mengendalikan katup, penutup, lampu sinyal, dan aktuator lainnya, mereka terhubung langsung ke input digital pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC).

Sensor keluaran NPN menghubungkan terminal keluaran ke ground (0V) saat diaktifkan. Beban terhubung antara catu daya (+UB) dan keluaran NPN sensor. Saat mendeteksi objek target, transistor NPN melakukan, melengkapi rangkaian beban.

Contoh Aplikasi: Dalam sistem konveyor, sensor NPN mendeteksi produk yang mencapai posisi yang ditentukan. Setelah deteksi, sinyal keluaran tingkat rendah memicu PLC untuk menghentikan operasi konveyor.

Keuntungan:

• Desain rangkaian yang lebih sederhana
• Implementasi biaya yang lebih rendah

Kerugian:

• Sensitif terhadap polaritas catu daya
• Imunitas kebisingan relatif lebih lemah

Sensor keluaran PNP menghubungkan terminal keluaran ke catu daya (+UB) saat diaktifkan. Beban terhubung antara keluaran PNP dan ground (L-). Deteksi target mengaktifkan transistor PNP untuk melengkapi rangkaian beban.

Contoh Aplikasi: Dalam jalur perakitan otomatis, sensor PNP memverifikasi pemasangan komponen yang tepat. Penempatan yang benar menghasilkan sinyal tingkat tinggi yang mendorong PLC untuk memulai langkah-langkah perakitan berikutnya.

Keuntungan:

• Imunitas kebisingan yang unggul
• Pengurangan kerentanan gangguan ground

Kerugian:

• Desain rangkaian yang lebih kompleks
• Biaya relatif lebih tinggi

Pilihan antara keluaran NPN dan PNP tergantung pada desain sistem kontrol dan lingkungan pengoperasian. Aplikasi Eropa biasanya lebih menyukai sensor PNP, sementara pasar Asia lebih umum menggunakan jenis NPN. Pertimbangan pemilihan meliputi:

• Kompatibilitas sistem kontrol: Beberapa PLC mungkin hanya mendukung jenis input tertentu
• Interferensi elektromagnetik: Sensor PNP umumnya berkinerja lebih baik di lingkungan yang bising
• Faktor keamanan: Konfigurasi PNP mengurangi risiko korsleting ground

Sensor jarak dua-kawat mewakili jenis switching khusus yang menggabungkan catu daya dan transmisi sinyal melalui hanya dua konduktor. Pengkabelan yang disederhanakan ini mengurangi biaya pemasangan untuk aplikasi tertentu.

Sensor dan beban terhubung secara seri, dengan urutan pengaturan tidak relevan. Sebagai perangkat aktif, sensor dua-kawat terus-menerus menarik daya pengoperasian sambil mengirimkan sinyal status melalui konduktor yang sama.

Tidak seperti sakelar mekanis yang sepenuhnya membuka atau menutup rangkaian, sensor dua-kawat selalu mempertahankan beberapa penurunan tegangan saat "tertutup" dan arus bocor minimal saat "terbuka." Karakteristik ini memerlukan pertimbangan saat terhubung ke input digital PLC sesuai standar EN 61131-2.

Contoh Aplikasi: Dalam kontrol tingkat cairan dasar, sensor dua-kawat yang dipasang di bagian atas tangki mendeteksi batas atas, memberi sinyal kepada PLC untuk menutup katup masuk saat tercapai.

Keuntungan:

• Pemasangan dua-konduktor yang disederhanakan
• Pengurangan biaya pengkabelan

Kerugian:

• Arus sisa dan penurunan tegangan dapat memengaruhi beban tertentu
• Memerlukan verifikasi kompatibilitas input PLC

Sensor ini menampilkan keluaran biner yang mengendalikan relai elektromekanis melalui rangkaian kontrol terpisah daripada rangkaian daya.

Membutuhkan setidaknya empat koneksi (dua untuk elektronik sensor, dua untuk kontak relai pasif), keluaran relai menawarkan kapasitas arus yang lebih tinggi daripada sakelar elektronik tetapi mengalami keausan mekanis yang membatasi frekuensi switching hingga beberapa operasi per detik.

Contoh Aplikasi: Dalam sistem kontrol motor, sensor keluaran relai mendeteksi kondisi kelebihan beban, membuka kontak untuk memutus daya jika perlu.

Keuntungan:

• Kemampuan penggerak beban arus tinggi
• Isolasi galvanik untuk imunitas kebisingan

Kerugian:

• Keausan kontak mekanis membatasi umur
• Frekuensi switching rendah
• Ukuran fisik yang lebih besar

Sensor khusus ini menghasilkan sinyal keluaran yang sesuai dengan standar NAMUR untuk meningkatkan keselamatan, cocok untuk sensor jarak atau encoder di lokasi berbahaya.

Sensor NAMUR mengirimkan nilai arus yang ditentukan sesuai EN 60947-5-6 ke penguat switching terisolasi yang mengubahnya menjadi keluaran diskrit sambil menyediakan deteksi korsleting dan putus kabel. Versi tradisional menampilkan karakteristik keluaran konstan, sementara jenis switching biner menawarkan operasi biasanya terbuka (N1) atau tertutup (N0).

Contoh Aplikasi: Pabrik kimia menggunakan sensor NAMUR untuk pemantauan posisi katup yang aman secara intrinsik.

Keuntungan:

• Operasi area berbahaya tahan ledakan
• Deteksi kesalahan terintegrasi

Kerugian:

• Membutuhkan penguat switching terisolasi
• Sinyal arus perlu konversi

Sensor biner konvensional ini mengirimkan status sakelar sebagai nilai arus diskrit (biasanya 5mA untuk tidak ada deteksi, 10mA untuk objek yang terdeteksi).

Contoh Aplikasi: Sistem penghitungan menggunakan sensor ini untuk menghitung objek pada konveyor, menambah penghitung setelah menerima sinyal 10mA.

Keuntungan:

• Imunitas kebisingan yang baik
• Kompatibilitas input PLC langsung

Kerugian:

• Sinyal arus mungkin memerlukan konversi
• Lingkup aplikasi terbatas

Sensor jarak jenis-pengukuran mendeteksi dan mengirimkan beberapa sinyal atau informasi status sebagai nilai arus atau tegangan analog.

Sensor ini mengubah variabel fisik yang diukur (seperti jarak ke objek logam) menjadi sinyal arus 4-20mA yang proporsional.

Contoh Aplikasi: Sistem robot menggunakan sensor 4-20mA untuk penentuan posisi end-effector yang tepat relatif terhadap benda kerja.

Keuntungan:

• Imunitas kebisingan yang sangat baik untuk transmisi jarak jauh
• Kompatibilitas sinyal standar industri

Kerugian:

• Biaya relatif lebih tinggi
• Diperlukan pengkondisian sinyal

Mirip dengan jenis keluaran-arus tetapi mengubah pengukuran menjadi sinyal tegangan sebagai gantinya.

Contoh Aplikasi: Sistem kontrol tekanan menggunakan sensor 0-10V untuk pengukuran langkah silinder yang tepat.

Keuntungan:

• Implementasi rangkaian yang lebih sederhana
• Solusi biaya yang lebih rendah

Kerugian:

• Pengurangan imunitas kebisingan membatasi jarak transmisi
• Sensitivitas impedansi beban

Memilih antara format analog tergantung pada:

• Jarak transmisi: Sinyal arus unggul untuk jangka panjang
• Stabilitas beban: Sinyal tegangan menderita dari variasi impedansi
• Kompatibilitas sistem kontrol: Beberapa PLC membatasi jenis input

Sensor ini berkomunikasi melalui fieldbus industri AS-Interface, mengirimkan status sakelar dan data tambahan melalui jaringan dua-kawat menggunakan teknologi penjepit-penetrasi untuk pemasangan yang disederhanakan.

Contoh Aplikasi: Jalur produksi otomatis menggunakan beberapa sensor AS-Interface untuk pemantauan stasiun terdistribusi melalui kontrol terpusat.

Keuntungan:

• Mengurangi kompleksitas dan biaya pengkabelan
• Kemampuan diagnostik terintegrasi

Kerugian:

• Kecepatan transmisi terbatas
• Membutuhkan master AS-Interface

Menggunakan konektor M8/M12 yang terstandarisasi, sensor IO-Link memungkinkan komunikasi point-to-point yang cerdas untuk aplikasi Industri 4.0 sambil mempertahankan kompatibilitas operasi SIO (Standard Input/Output) tradisional.

Contoh Aplikasi: Pabrik pintar memanfaatkan sensor IO-Link untuk pemantauan peralatan waktu nyata dan analitik berbasis cloud.

Keuntungan:

• Konfigurasi jarak jauh berkapasitas tinggi
• Integrasi antarmuka terstandarisasi

Kerugian:

• Persyaratan master IO-Link
• Biaya implementasi yang lebih tinggi

Pemilihan sensor juga harus memperhitungkan logika keluaran—keadaan sinyal saat mendeteksi target. Konfigurasi umum meliputi:

• Biasanya Terbuka (NO): Rendah/terbuka saat istirahat, tinggi/tertutup saat mendeteksi
• Biasanya Tertutup (NC): Tinggi/tertutup saat istirahat, rendah/terbuka saat mendeteksi

Sistem keselamatan sering menggunakan logika NC untuk memicu alarm selama kegagalan sensor.

Sensor jarak menawarkan berbagai jenis keluaran, masing-masing dengan karakteristik unik untuk aplikasi tertentu. Pemilihan optimal memerlukan evaluasi persyaratan operasional, kompatibilitas sistem kontrol, kondisi lingkungan, dan faktor biaya untuk memastikan kinerja sistem yang andal. Analisis komprehensif ini memberikan panduan penting bagi para insinyur untuk membuat keputusan spesifikasi sensor yang tepat.