Em linhas de produção automatizadas, inúmeros sensores de proximidade atuam como pontos finais neurais, detectando com precisão a presença e a distância de objetos metálicos, convertendo essa informação em sinais reconhecíveis por sistemas de controle. Esses sinais vêm em vários tipos que determinam como os sensores se comunicam com os sistemas de controle. Como os engenheiros devem selecionar o tipo de saída apropriado para aplicações específicas? Este artigo fornece uma análise aprofundada das configurações de saída dos sensores de proximidade.

Os sensores de proximidade podem ser categorizados em três tipos principais de saída com base nas características do sinal: comutação (saída binária), analógica e transmissão de dados (medição). Os sensores de comutação fornecem dois estados distintos para controle simples de ligado/desligado, os sensores analógicos fornecem saída contínua para medição de precisão, enquanto os tipos de transmissão de dados podem comunicar conjuntos de dados mais ricos.

Os sensores de proximidade do tipo comutação, também chamados de sensores de saída binária, representam a categoria mais comum. Eles funcionam essencialmente como interruptores simples de ligado/desligado que alternam entre dois estados de saída predefinidos com base na detecção do objeto alvo. Amplamente utilizados para controlar válvulas, abas, luzes de sinalização e outros atuadores, eles se conectam diretamente às entradas digitais do controlador lógico programável (CLP).

Os sensores de saída NPN conectam o terminal de saída ao terra (0V) quando ativados. A carga se conecta entre a fonte de alimentação (+UB) e a saída NPN do sensor. Ao detectar um objeto alvo, o transistor NPN conduz, completando o circuito da carga.

Exemplo de Aplicação: Em sistemas de esteiras, os sensores NPN detectam produtos que atingem posições designadas. Após a detecção, o sinal de saída de baixo nível aciona o CLP para interromper a operação da esteira.

Vantagens:

• Design de circuito mais simples
• Implementação de menor custo

Desvantagens:

• Sensível à polaridade da fonte de alimentação
• Imunidade a ruído relativamente mais fraca

Os sensores de saída PNP conectam o terminal de saída à fonte de alimentação (+UB) quando ativados. A carga se conecta entre a saída PNP e o terra (L-). A detecção do alvo ativa o transistor PNP para completar o circuito da carga.

Exemplo de Aplicação: Em linhas de montagem automatizadas, os sensores PNP verificam a instalação adequada dos componentes. O posicionamento correto gera um sinal de alto nível, solicitando que o CLP inicie as etapas de montagem subsequentes.

Vantagens:

• Imunidade a ruído superior
• Menos suscetível a interferências de terra

Desvantagens:

• Design de circuito mais complexo
• Custo relativo mais alto

A escolha entre saídas NPN e PNP depende do projeto do sistema de controle e do ambiente operacional. As aplicações europeias normalmente favorecem os sensores PNP, enquanto os mercados asiáticos usam mais comumente os tipos NPN. As considerações de seleção incluem:

• Compatibilidade do sistema de controle: Alguns CLPs podem suportar apenas tipos de entrada específicos
• Interferência eletromagnética: Os sensores PNP geralmente têm melhor desempenho em ambientes ruidosos
• Fatores de segurança: As configurações PNP reduzem os riscos de curto-circuito à terra

Os sensores de proximidade de dois fios representam um tipo de comutação especializado que combina fonte de alimentação e transmissão de sinal por meio de apenas dois condutores. Essa fiação simplificada reduz os custos de instalação para determinadas aplicações.

O sensor e a carga se conectam em série, com a ordem de disposição sendo irrelevante. Como dispositivos ativos, os sensores de dois fios consomem continuamente energia operacional enquanto transmitem sinais de status pelos mesmos condutores.

Ao contrário dos interruptores mecânicos que abrem ou fecham completamente os circuitos, os sensores de dois fios sempre mantêm alguma queda de tensão quando "fechados" e corrente de fuga mínima quando "abertos". Essa característica requer consideração ao conectar às entradas digitais do CLP de acordo com os padrões EN 61131-2.

Exemplo de Aplicação: No controle básico do nível de líquido, os sensores de dois fios montados na parte superior do tanque detectam os limites superiores, sinalizando aos CLPs para fechar as válvulas de entrada quando atingidos.

Vantagens:

• Instalação simplificada de dois condutores
• Custos de fiação reduzidos

Desvantagens:

• Correntes residuais e quedas de tensão podem afetar determinadas cargas
• Requer verificação de compatibilidade da entrada do CLP

Esses sensores apresentam saídas binárias que controlam relés eletromecânicos por meio de circuitos de controle separados, em vez de circuitos de alimentação.

Exigindo pelo menos quatro conexões (duas para eletrônica do sensor, duas para contatos de relé passivos), as saídas de relé oferecem maior capacidade de corrente do que os interruptores eletrônicos, mas sofrem desgaste mecânico que limita a frequência de comutação a algumas operações por segundo.

Exemplo de Aplicação: Em sistemas de controle de motores, os sensores de saída de relé detectam condições de sobrecarga, abrindo contatos para cortar a energia quando necessário.

Vantagens:

• Capacidade de acionamento de carga de alta corrente
• Isolamento galvânico para imunidade a ruído

Desvantagens:

• O desgaste do contato mecânico limita a vida útil
• Baixa frequência de comutação
• Tamanho físico maior

Esses sensores especializados geram sinais de saída em conformidade com os padrões NAMUR para maior segurança, adequados para sensores de proximidade ou codificadores em locais perigosos.

Os sensores NAMUR transmitem valores de corrente definidos por EN 60947-5-6 para amplificadores de comutação isolados que os convertem em saídas discretas, fornecendo detecção de curto-circuito e interrupção de fio. As versões tradicionais apresentam características de saída constantes, enquanto os tipos de comutação binária oferecem operação normalmente aberta (N1) ou fechada (N0).

Exemplo de Aplicação: As plantas químicas empregam sensores NAMUR para monitoramento intrinsecamente seguro da posição da válvula.

Vantagens:

• Operação em áreas perigosas à prova de explosão
• Detecção de falhas integrada

Desvantagens:

• Requer amplificadores de comutação isolados
• O sinal de corrente precisa de conversão

Esses sensores binários convencionais transmitem estados de comutação como valores de corrente discretos (normalmente 5mA para nenhuma detecção, 10mA para objetos detectados).

Exemplo de Aplicação: Os sistemas de contagem usam esses sensores para contabilizar objetos em esteiras, incrementando os contadores ao receber sinais de 10mA.

Vantagens:

• Boa imunidade a ruído
• Compatibilidade direta de entrada do CLP

Desvantagens:

• O sinal de corrente pode exigir conversão
• Escopo de aplicação limitado

Os sensores de proximidade do tipo medição detectam e transmitem vários sinais ou informações de status como valores analógicos de corrente ou tensão.

Esses sensores convertem variáveis físicas medidas (como distância a objetos metálicos) em sinais de corrente de 4-20mA proporcionais.

Exemplo de Aplicação: Os sistemas robóticos empregam sensores de 4-20mA para posicionamento preciso do efetuador final em relação às peças de trabalho.

Vantagens:

• Excelente imunidade a ruído para transmissão de longa distância
• Compatibilidade de sinal padrão industrial

Desvantagens:

• Custo relativo mais alto
• Condicionamento de sinal necessário

Semelhante aos tipos de saída de corrente, mas convertendo as medições em sinais de tensão.

Exemplo de Aplicação: Os sistemas de controle de pressão usam sensores de 0-10V para medição precisa do curso do cilindro.

Vantagens:

• Implementação de circuito mais simples
• Solução de menor custo

Desvantagens:

• A imunidade a ruído reduzida limita a distância de transmissão
• Sensibilidade à impedância da carga

A escolha entre formatos analógicos depende de:

• Distância de transmissão: Os sinais de corrente se destacam para longas distâncias
• Estabilidade da carga: Os sinais de tensão sofrem variações de impedância
• Compatibilidade do sistema de controle: Alguns CLPs restringem os tipos de entrada

Esses sensores se comunicam via fieldbus industrial AS-Interface, transmitindo estados de comutação e dados adicionais em redes de dois fios usando tecnologia de braçadeira de perfuração para instalação simplificada.

Exemplo de Aplicação: As linhas de produção automatizadas implantam vários sensores AS-Interface para monitoramento distribuído de estações por meio de controle centralizado.

Vantagens:

• Complexidade e custo de fiação reduzidos
• Recursos de diagnóstico integrados

Desvantagens:

• Velocidade de transmissão limitada
• Requer mestre AS-Interface

Usando conectores M8/M12 padronizados, os sensores IO-Link permitem a comunicação inteligente ponto a ponto para aplicações da Indústria 4.0, mantendo a compatibilidade com a operação SIO (Entrada/Saída Padrão) tradicional.

Exemplo de Aplicação: As fábricas inteligentes aproveitam os sensores IO-Link para monitoramento de equipamentos em tempo real e análises baseadas em nuvem.

Vantagens:

• Configuração remota de alta capacidade de dados
• Integração de interface padronizada

Desvantagens:

• Requisito de mestre IO-Link
• Custo de implementação mais alto

A seleção do sensor também deve levar em consideração a lógica de saída — o estado do sinal ao detectar alvos. As configurações comuns incluem:

• Normalmente Aberto (NA): Baixo/aberto em repouso, alto/fechado ao detectar
• Normalmente Fechado (NF): Alto/fechado em repouso, baixo/aberto ao detectar

Os sistemas de segurança geralmente empregam a lógica NF para acionar alarmes durante falhas do sensor.

Os sensores de proximidade oferecem diversos tipos de saída, cada um com características exclusivas para aplicações específicas. A seleção ideal requer a avaliação dos requisitos operacionais, compatibilidade do sistema de controle, condições ambientais e fatores de custo para garantir o desempenho confiável do sistema. Esta análise abrangente fornece aos engenheiros orientações essenciais para tomar decisões informadas sobre a especificação do sensor.