En las líneas de producción automatizadas, innumerables sensores de proximidad actúan como puntos finales neuronales, detectando con precisión la presencia y la distancia de objetos metálicos, al tiempo que convierten esta información en señales reconocibles por los sistemas de control. Estas señales se presentan en varios tipos que determinan cómo los sensores se comunican con los sistemas de control. ¿Cómo deben los ingenieros seleccionar el tipo de salida apropiado para aplicaciones específicas? Este artículo proporciona un análisis en profundidad de las configuraciones de salida de los sensores de proximidad.

Los sensores de proximidad se pueden clasificar en tres tipos de salida principales según las características de la señal: conmutación (salida binaria), analógica y transmisión de datos (medición). Los sensores de conmutación proporcionan dos estados distintos para un control simple de encendido/apagado, los sensores analógicos ofrecen una salida continua para una medición de precisión, mientras que los tipos de transmisión de datos pueden comunicar conjuntos de datos más ricos.

Los sensores de proximidad de tipo conmutación, también llamados sensores de salida binaria, representan la categoría más común. Estos funcionan esencialmente como interruptores simples de encendido/apagado que alternan entre dos estados de salida predefinidos en función de la detección del objeto objetivo. Ampliamente utilizados para controlar válvulas, aletas, luces de señalización y otros actuadores, se conectan directamente a las entradas digitales del controlador lógico programable (PLC).

Los sensores de salida NPN conectan el terminal de salida a tierra (0 V) cuando se activan. La carga se conecta entre la fuente de alimentación (+UB) y la salida NPN del sensor. Al detectar un objeto objetivo, el transistor NPN conduce, completando el circuito de carga.

Ejemplo de aplicación: En los sistemas de transporte, los sensores NPN detectan los productos que llegan a las posiciones designadas. Al detectar, la señal de salida de bajo nivel activa el PLC para detener el funcionamiento del transportador.

Ventajas:

• Diseño de circuito más simple
• Implementación de menor costo

Desventajas:

• Sensible a la polaridad de la fuente de alimentación
• Inmunidad al ruido relativamente más débil

Los sensores de salida PNP conectan el terminal de salida a la fuente de alimentación (+UB) cuando se activan. La carga se conecta entre la salida PNP y tierra (L-). La detección del objetivo activa el transistor PNP para completar el circuito de carga.

Ejemplo de aplicación: En las líneas de montaje automatizadas, los sensores PNP verifican la correcta instalación de los componentes. El posicionamiento correcto genera una señal de alto nivel que impulsa al PLC a iniciar los pasos de montaje subsiguientes.

Ventajas:

• Inmunidad al ruido superior
• Susceptibilidad reducida a la interferencia de tierra

Desventajas:

• Diseño de circuito más complejo
• Costo relativo más alto

La elección entre las salidas NPN y PNP depende del diseño del sistema de control y del entorno operativo. Las aplicaciones europeas suelen favorecer los sensores PNP, mientras que los mercados asiáticos utilizan más comúnmente los tipos NPN. Las consideraciones de selección incluyen:

• Compatibilidad del sistema de control: Algunos PLC solo pueden admitir tipos de entrada específicos
• Interferencia electromagnética: Los sensores PNP generalmente funcionan mejor en entornos ruidosos
• Factores de seguridad: Las configuraciones PNP reducen los riesgos de cortocircuitos a tierra

Los sensores de proximidad de dos hilos representan un tipo de conmutación especializado que combina la fuente de alimentación y la transmisión de señal a través de solo dos conductores. Este cableado simplificado reduce los costos de instalación para ciertas aplicaciones.

El sensor y la carga se conectan en serie, siendo irrelevante el orden de disposición. Como dispositivos activos, los sensores de dos hilos consumen continuamente energía de funcionamiento mientras transmiten señales de estado a través de los mismos conductores.

A diferencia de los interruptores mecánicos que abren o cierran completamente los circuitos, los sensores de dos hilos siempre mantienen una cierta caída de tensión cuando están "cerrados" y una corriente de fuga mínima cuando están "abiertos". Esta característica requiere consideración al conectarse a las entradas digitales del PLC según las normas EN 61131-2.

Ejemplo de aplicación: En el control básico del nivel de líquido, los sensores de dos hilos montados en la parte superior de los tanques detectan los límites superiores, lo que indica a los PLC que cierren las válvulas de entrada cuando se alcanzan.

Ventajas:

• Instalación simplificada de dos conductores
• Costos de cableado reducidos

Desventajas:

• Las corrientes residuales y las caídas de tensión pueden afectar a ciertas cargas
• Requiere verificación de compatibilidad de entrada del PLC

Estos sensores cuentan con salidas binarias que controlan relés electromecánicos a través de circuitos de control separados en lugar de circuitos de alimentación.

Requiriendo al menos cuatro conexiones (dos para la electrónica del sensor, dos para los contactos de relé pasivos), las salidas de relé ofrecen una mayor capacidad de corriente que los interruptores electrónicos, pero sufren un desgaste mecánico que limita la frecuencia de conmutación a unas pocas operaciones por segundo.

Ejemplo de aplicación: En los sistemas de control de motores, los sensores de salida de relé detectan condiciones de sobrecarga, abriendo los contactos para cortar la energía cuando es necesario.

Ventajas:

• Capacidad de conducción de carga de alta corriente
• Aislamiento galvánico para la inmunidad al ruido

Desventajas:

• El desgaste del contacto mecánico limita la vida útil
• Baja frecuencia de conmutación
• Tamaño físico más grande

Estos sensores especializados generan señales de salida que cumplen con los estándares NAMUR para una mayor seguridad, adecuados para sensores de proximidad o codificadores en lugares peligrosos.

Los sensores NAMUR transmiten valores de corriente definidos según EN 60947-5-6 a amplificadores de conmutación aislados que los convierten en salidas discretas al tiempo que proporcionan detección de cortocircuitos y roturas de cables. Las versiones tradicionales presentan características de salida constantes, mientras que los tipos de conmutación binaria ofrecen un funcionamiento normalmente abierto (N1) o cerrado (N0).

Ejemplo de aplicación: Las plantas químicas emplean sensores NAMUR para la supervisión de la posición de la válvula intrínsecamente segura.

Ventajas:

• Funcionamiento en áreas peligrosas a prueba de explosiones
• Detección de fallas integrada

Desventajas:

• Requiere amplificadores de conmutación aislados
• La señal de corriente necesita conversión

Estos sensores binarios convencionales transmiten estados de conmutación como valores de corriente discretos (normalmente 5 mA para ninguna detección, 10 mA para objetos detectados).

Ejemplo de aplicación: Los sistemas de conteo utilizan estos sensores para contabilizar objetos en transportadores, incrementando los contadores al recibir señales de 10 mA.

Ventajas:

• Buena inmunidad al ruido
• Compatibilidad directa de entrada del PLC

Desventajas:

• La señal de corriente puede requerir conversión
• Alcance de aplicación limitado

Los sensores de proximidad de tipo medición detectan y transmiten múltiples señales o información de estado como valores analógicos de corriente o tensión.

Estos sensores convierten las variables físicas medidas (como la distancia a objetos metálicos) en señales de corriente de 4-20 mA proporcionales.

Ejemplo de aplicación: Los sistemas robóticos emplean sensores de 4-20 mA para un posicionamiento preciso del efector final en relación con las piezas de trabajo.

Ventajas:

• Excelente inmunidad al ruido para la transmisión a larga distancia
• Compatibilidad de señal estándar industrial

Desventajas:

• Costo relativo más alto
• Se requiere acondicionamiento de señal

Similar a los tipos de salida de corriente, pero convierte las mediciones en señales de tensión en su lugar.

Ejemplo de aplicación: Los sistemas de control de presión utilizan sensores de 0-10 V para una medición precisa de la carrera del cilindro.

Ventajas:

• Implementación de circuito más simple
• Solución de menor costo

Desventajas:

• La inmunidad al ruido reducida limita la distancia de transmisión
• Sensibilidad a la impedancia de la carga

La elección entre los formatos analógicos depende de:

• Distancia de transmisión: Las señales de corriente sobresalen para recorridos largos
• Estabilidad de la carga: Las señales de tensión sufren variaciones de impedancia
• Compatibilidad del sistema de control: Algunos PLC restringen los tipos de entrada

Estos sensores se comunican a través del bus de campo industrial AS-Interface, transmitiendo estados de conmutación y datos adicionales a través de redes de dos hilos utilizando tecnología de abrazadera perforante para una instalación simplificada.

Ejemplo de aplicación: Las líneas de producción automatizadas implementan múltiples sensores AS-Interface para la supervisión distribuida de estaciones a través del control centralizado.

Ventajas:

• Complejidad y costo de cableado reducidos
• Capacidades de diagnóstico integradas

Desventajas:

• Velocidad de transmisión limitada
• Requiere maestro AS-Interface

Mediante el uso de conectores M8/M12 estandarizados, los sensores IO-Link permiten la comunicación inteligente punto a punto para aplicaciones de la Industria 4.0, al tiempo que mantienen la compatibilidad con el funcionamiento SIO (Entrada/Salida estándar) tradicional.

Ejemplo de aplicación: Las fábricas inteligentes aprovechan los sensores IO-Link para la supervisión de equipos en tiempo real y el análisis basado en la nube.

Ventajas:

• Configuración remota de alta capacidad de datos
• Integración de interfaz estandarizada

Desventajas:

• Requisito de maestro IO-Link
• Mayor costo de implementación

La selección del sensor también debe tener en cuenta la lógica de salida: el estado de la señal al detectar objetivos. Las configuraciones comunes incluyen:

• Normalmente abierto (NO): Bajo/abierto en reposo, alto/cerrado al detectar
• Normalmente cerrado (NC): Alto/cerrado en reposo, bajo/abierto al detectar

Los sistemas de seguridad suelen emplear lógica NC para activar alarmas durante las fallas del sensor.

Los sensores de proximidad ofrecen diversos tipos de salida, cada uno con características únicas para aplicaciones específicas. La selección óptima requiere evaluar los requisitos operativos, la compatibilidad del sistema de control, las condiciones ambientales y los factores de costo para garantizar un rendimiento fiable del sistema. Este análisis exhaustivo proporciona a los ingenieros una guía esencial para tomar decisiones informadas sobre la especificación del sensor.