Dari Aplikasi hingga Skema: Panduan untuk Simbol & Pemilihan Sensor Jarak

Keandalan dan akurasi adalah ukuran keberhasilan dalam otomasi industri. Jalur antara pengenalan tantangan di lini produksi dan pembentukan sistem kontrol yang kuat adalah jalur yang serius. Proses ini tidak dimulai dengan sebuah komponen, tetapi dengan sebuah pertanyaan: Apa yang perlu kita lakukan? Hanya ketika aplikasi didefinisikan, kita dapat memilih perangkat keras yang sesuai, memodelkannya dalam skema, dan memasukkannya ke dalam sirkuit kontrol.

Panduan komprehensif ini memandu Anda melalui perjalanan penting tersebut. Kita akan mulai dengan masalah dunia nyata, memilih teknologi sensor yang tepat, menerapkan keputusan itu ke simbol standar IEC yang tepat, memasukkannya ke dalam sirkuit PLC yang berfungsi, dan bahkan mendiskusikan fitur-fitur yang lebih canggih dari sensor pintar baru. Ini adalah panduan utama untuk transisi antara aplikasi dan otomatisasi.

Mulai dengan Aplikasi: Memilih Sensor yang Tepat

Realitas fisik aplikasi harus diketahui sebelum satu garis pun digambar pada skema. Kesalahan yang paling sering terjadi dalam desain sistem adalah memilih sensor karena sudah dikenal dan bukan karena sesuai. Untuk mencegah hal ini, kita harus mulai dengan menjawab empat pertanyaan dasar tentang target dan lingkungannya. Ini adalah Material, Lingkungan, Jarak dan Presisi, dan mereka membuat kerangka kerja pemilihan yang rasional.

Bahan Target:

Apakah objek yang akan dideteksi adalah logam atau non-logam? Apakah benda tersebut buram, transparan, atau reflektif? Teknologi penginderaan yang mendasari sebagian besar ditentukan oleh komposisi material.

Pengoperasian Lingkungan:

Apakah sensor akan terpapar kontaminan seperti debu, minyak, atau air? Apakah ada suhu ekstrem, getaran tinggi, atau potensi benturan fisik? Sensor harus dirancang dan nilai IP (Ingress Protection) harus sesuai dengan tingkat keparahan lingkungannya.

Jarak Penginderaan:

Seberapa jauh jarak antara permukaan sensor dengan objek target (kisaran penginderaan)? Kisaran nominal ini dapat berkisar antara beberapa milimeter dan beberapa meter.

Presisi dan Kecepatan:

Sejauh mana posisi objek harus dideteksi? Berapa kecepatan pergerakan target dan berapa waktu respons yang diperlukan oleh sistem kontrol?

Ini adalah pertimbangan yang secara langsung menginformasikan pilihan di antara keluarga utama sensor jarak. Meskipun ada banyak sensor khusus, namun empat jenis sensor dasar dapat digunakan untuk menyelesaikan sebagian besar aplikasi: induktif, kapasitif, fotolistrik, atau ultrasonik. Untuk menyederhanakan keputusan ini, tabel di bawah ini memberikan matriks pengambilan keputusan.

Dengan bekerja secara metodis melalui tabel ini, seorang insinyur dapat dengan yakin mempersempit teknologi yang optimal untuk tugas yang sedang dikerjakan, memastikan fondasi sistem kontrol yang baik.

Studi Kasus: Mendeteksi Botol PET pada Konveyor

Untuk mengilustrasikan proses pemilihan ini, mari kita menganalisis aplikasi industri yang umum dan menantang: mendeteksi botol Polyethylene Terephthalate (PET) yang jernih dengan andal pada konveyor jalur pembotolan berkecepatan tinggi.

Masalahnya:

Tujuannya adalah untuk mendapatkan jumlah botol yang konsisten dan memicu tindakan hilir seperti pengisian atau pembatasan. Botol-botol tersebut transparan, bergerak cepat, dan mungkin memiliki sedikit variasi posisi pada konveyor.

Proses Analisis & Eliminasi:

Kami mulai dengan menerapkan empat faktor utama kami:

1. Bahan: Targetnya adalah plastik PET, non-logam. Hal ini segera meniadakan sensor induktif, yang berfungsi dengan mendeteksi perubahan medan elektromagnetik yang disebabkan oleh benda logam.
2. Lingkungan: Lingkungan relatif bersih tetapi mungkin terdapat kelembapan atau pencucian. Kecepatan adalah faktor yang sangat penting.
3. Jarak: Sensor akan dipasang dekat dengan konveyor, dengan jarak penginderaan kira-kira 100-300mm.
4. Presisi: Kami membutuhkan sinyal hidup/mati yang dapat diandalkan untuk setiap botol.

Karena sensor induktif bukan merupakan pilihan, kami melihat kemungkinan lain. Sensor kapasitif secara teknis dapat merasakan plastik dan cairan di dalamnya, tetapi jarak penginderaannya yang terbatas dan kemungkinan sensitivitasnya terhadap kelembapan sekitar akan menjadi pilihan yang kurang dapat diandalkan dalam lingkungan yang sangat lembap, dan mungkin basah. Sensor ultrasonik mungkin efektif, karena tidak peka terhadap transparansi. Tetapi cenderung lebih lambat daripada sensor fotolistrik, karena kecepatan perambatan gelombang suara, dan tidak cocok untuk aplikasi kecepatan tinggi.

Hasil logis dari proses ini adalah sensor fotolistrik. Namun demikian, bahkan dalam keluarga ini pun, kita harus membuat keputusan. Sensor fotolistrik menyebar yang khas, yang secara langsung memantulkan cahaya dari target, mungkin akan gagal. Sebagian besar cahaya akan tersebar atau ditransmisikan melalui permukaan botol PET yang jernih dan melengkung, dan sinyal yang tidak dapat diandalkan akan diperoleh.

Solusi Optimal:

Sensor fotolistrik retro-reflektif adalah solusi terkuat. Pengaturan ini menggunakan sensor dan reflektor terpisah. Sensor menghasilkan seberkas cahaya yang dipantulkan kembali ke sensor. Saat botol PET melintas di antara keduanya, maka akan mengganggu berkas cahaya yang stabil ini. Perbedaan minimal dalam pembiasan dan pantulan cahaya karena bahan dan permukaan melengkung dari botol cukup untuk mengganggu jalur sinar, memberikan pemicu kecepatan tinggi yang bersih. Untuk mencapai keandalan tertinggi dalam mengindera objek yang sangat jernih, model dengan filter polarisasi digunakan untuk menolak pantulan permukaan yang mengilap, selain reflektor khusus.

Pendekatan metodis ini, bergerak dari masalah ke teknologi, memastikan pemilihan sensor yang tidak hanya fungsional, tetapi juga dioptimalkan untuk tantangan spesifik aplikasi.

Dari Sensor ke Simbol: Representasi Skema yang Benar

Setelah sensor fotolistrik retro-reflektif dipilih, langkah kedua adalah memodelkannya dengan benar pada skematik listrik. Ini bukan hanya latihan menggambar; simbol skematik adalah sedikit komunikasi teknis yang tepat yang memberi tahu siapa pun yang sedang membangun, memecahkan masalah, atau memelihara sistem. Simbol-simbol ini memiliki bahasa universal dalam standar internasional IEC 60617.

Dalam kasus sensor fotolistrik yang kami pilih, simbol yang paling sederhana adalah kotak, yang merupakan selungkup perangkat. Secara internal, grafik merujuk ke perannya. Di sini, pemancar cahaya dan penerima cahaya diwakili oleh simbol, dan ikon yang menunjukkan bahwa ini adalah tipe retro-reflektif.

Namun demikian, simbol seharusnya tidak hanya mewakili teknologi penginderaan. Dua konfigurasi kelistrikan yang penting harus ditentukan: tipe output (PNP vs NPN) dan status logika default (NO vs NC).

PNP vs NPN: Ini menentukan bagaimana output sensor mengalihkan beban listrik.

• PNP (Sumber): Output sensor mengalihkan tegangan Positif (+) ke beban (mis., input PLC). Ketika diaktifkan, output menghubungkan beban ke suplai +24VDC. Ini adalah standar yang paling umum di Eropa dan Amerika Utara.
• NPN (Tenggelam): Output sensor mengalihkan koneksi Negatif (-) atau 0V ke beban. Ketika diaktifkan, output menghubungkan beban ke rel 0V (GND). Hal ini lebih umum terjadi di Asia.

NO (Biasanya Terbuka) vs NC (Biasanya Tertutup): Ini menentukan status output sensor apabila tidak mendeteksi target.

• Biasanya Terbuka (NO): Sakelar output terbuka secara default. Ketika sensor mendeteksi botol PET, sakelar menutup, dan sinyal dikirim. Ini sangat ideal untuk tugas pendeteksian keberadaan.
• Biasanya Ditutup (NC): Sakelar output ditutup secara default, memberikan sinyal kontinu. Ketika sensor mendeteksi botol, sakelar terbuka, dan sinyal terputus. Hal ini dapat berguna untuk aplikasi yang aman dari kegagalan, karena kabel yang putus akan menghasilkan kondisi yang sama dengan objek yang terdeteksi.

Dalam aplikasi botol PET kami, kami harus menghitung botol saat mereka datang. Dengan demikian, Normally Open (NO) cocok. Output PNP akan menjadi pilihan umum dengan asumsi sistem kontrol adalah PLC modern di Amerika Utara.

Jadi, kami telah memilih Sensor Fotoelektrik Retro-Reflektif, output PNP, logika Biasanya Terbuka (NO). Notasi kecil akan ditambahkan ke simbol skematik untuk mewakili spesifikasi lengkap ini, sehingga tidak akan ada ambiguitas apa pun pada diagram sirkuit.

Simbol Sensor Jarak Umum dan Artinya

Untuk memastikan kejelasan dalam desain skematik dan komunikasi yang efektif di seluruh tim teknik, simbol standar digunakan untuk mewakili berbagai jenis sensor dan relai jarak. Simbol-simbol ini, yang diatur oleh standar IEC 60617, secara visual mengkodekan fungsi dan konfigurasi sensor tanpa ambiguitas. Di bawah ini adalah rincian simbol sensor jarak yang paling umum digunakan:

1. Induktif Sensor Jarak
   1. Simbol: Persegi (mewakili rumah perangkat) dengan kumparan atau lingkaran di dalamnya.
   2. Gunakan: Mendeteksi benda logam menggunakan medan elektromagnetik.
   3. Catatan: Sering diberi label dengan “Ind” atau menyertakan grafik induktor.
2. Kapasitif Sensor Jarak
   1. Simbol: Persegi dengan dua garis paralel (mewakili pelat kapasitor) atau persegi panjang dengan ujung terbuka.
   2. Gunakan: Mendeteksi benda logam dan non-logam. Harap sertakan tangkapan layar jika Anda meminta rincian lebih lanjut.
   3. Catatan: Kadang-kadang menyertakan garis putus-putus atau pengenal material di dalam kotak.
3. Sensor Fotolistrik
   1. Simbol: Kotak dengan anak panah (berkas cahaya) yang diarahkan ke target.
   2. Varian:
      1. Diffuse: Pemancar dan penerima dalam satu unit.
      2. Retro-reflektif: Panah memantulkan kembali dari reflektor yang dilambangkan.
      3. Balok tembus: Simbol pemancar dan penerima terpisah yang dihubungkan dengan garis atau panah.
   3. Gunakan: Mendeteksi keberadaan melalui gangguan cahaya.
4. Sensor Ultrasonik
   1. Simbol: Kotak dengan garis lengkung (mewakili gelombang suara) yang dipancarkan dari satu sisi.
   2. Gunakan: Cocok untuk target yang jelas atau transparan dan deteksi jarak jauh.
5. Sensor Keluaran Notasi Jenis (PNP/NPN)
   1. PNP (Sumber): Sering diindikasikan dengan segitiga yang mengarah ke atas atau diberi label “+”.
   2. NPN (Tenggelam): Sering diindikasikan dengan segitiga yang mengarah ke bawah atau diberi label “-“.
   3. Tip: Notasi ini ditambahkan di dekat simbol atau didokumentasikan dalam legenda kabel.
6. Status Logika (NO/NC)
   1. Biasanya Terbuka (NO): Status default menunjukkan kontak terbuka; kontak akan menutup apabila diaktifkan.
   2. Biasanya Ditutup (NC): Menunjukkan kontak tertutup; terbuka ketika sensor dipicu.
   3. Representasi: Biasanya ditampilkan dalam diagram bantu, blok kontak, atau anotasi di dekat simbol sensor.

Tabel Ringkasan

Memahami dan menerapkan simbol-simbol ini dengan benar memastikan bahwa skema sistem bersifat intuitif, dipahami secara internasional, dan siap untuk pemecahan masalah atau perluasan.

Pengkabelan ke PLC: Menggambar Sirkuit Kontrol

Simbol skematik adalah representasi abstrak; tujuan sebenarnya adalah untuk memandu pengkabelan fisik sirkuit kontrol. Mengintegrasikan sensor fotolistrik PNP, NO kami dengan modul input Programmable Logic Controller (PLC) adalah tugas mendasar dalam otomatisasi. Sensor DC 3-kawat tipikal membutuhkan tiga koneksi: daya, umum, dan sinyal.

Rangkaian ini terdiri atas tiga komponen utama:

• Catu Daya 24VDC: Menyediakan tegangan operasi untuk sensor dan PLC. Memiliki terminal positif (+) dan terminal 0V (umum).
• The Sensor Jarak: Memiliki tiga kabel. Untuk sensor PNP kami, biasanya diberi kode warna:
  • Coklat: +24VDC (Daya Masuk)
  • Biru: 0V (Umum)
  • Hitam: Keluaran Sinyal
• The PLCMasukan Modul: Modul ini memiliki beberapa terminal input dan terminal umum. Modul ini membaca status tegangan kabel sinyal untuk menentukan apakah sensor “hidup” atau “mati”.”

Pengkabelan Sensor PNP (Sumber):

Dalam konfigurasi PNP, sensor “sumber” atau memberikan tegangan positif ke input PLC ketika mendeteksi target. Pengkabelannya adalah sebagai berikut:

• Sensor Coklat kabel terhubung ke terminal +24VDC catu daya.
• Sensor Biru kabel terhubung ke terminal 0V catu daya.
• Sensor Hitam Kabel sinyal terhubung ke Terminal Input tertentu pada PLC (mis., I0.0).
• Modul input PLC Umum dihubungkan ke rel 0V catu daya untuk menyelesaikan rangkaian.

Representasi Diagramatis Aliran Arus (PNP):

+24VDC ----------------------> Kabel Coklat (Sensor)
                             |
                             V
                          [Sensor]
                             |
Input PLC (I0.0)  Kabel Biru (Sensor)
                             |
                             V
                          [PLC Umum]

Ketika botol PET terdeteksi, sakelar internal di sensor PNP menghubungkan Coklat (+24V) kabel ke Hitam (Sinyal) kawat. Ini mengirimkan sinyal +24VDC ke terminal input PLC, yang didaftarkan oleh prosesor PLC sebagai status logika “1” atau “tinggi”.

Kontras dengan Pengkabelan NPN (Tenggelam):

Untuk lebih jelasnya, sensor NPN beroperasi dengan cara yang berlawanan. Sensor ini “menenggelamkan” arus dari input PLC ke ground. Input PLC yang umum akan dihubungkan ke +24VDC, dan output sensor akan menarik terminal input ke 0V ketika diaktifkan. Menafsirkan dengan benar penunjukan PNP / NPN pada skematik sangat penting untuk pengkabelan fungsional dan mencegah kerusakan pada komponen.

Sistem Cerdas: Memperkenalkan Sensor IO-Link

Selama beberapa dekade, output dari proximity switch selalu berupa sinyal biner: AKTIF atau MATI. Hal ini bekerja dengan baik dalam tugas kontrol sederhana, tetapi proses manufaktur saat ini membutuhkan data tambahan, fleksibilitas, dan kecerdasan di semua tingkat lantai pabrik. Ini adalah domain IO-Link.

IO-Link bukanlah jaringan bus industri kedua seperti EtherNet/IP atau Profinet. Protokol komunikasi point-to-point standar (IEC 61131-9) memungkinkan kabel sensor 3-kawat untuk melakukan lebih dari sekadar sinyal sakelar sederhana. Ini membentuk antarmuka komunikasi elektronik antara sensor dan modul Master IO-Link, yang kemudian menginterpretasikan data ke PLC utama atau sistem kontrol.

Nilai yang ditambahkan teknologi ini pada aplikasi botol PET kami sangat signifikan:

• Proses Data: Sensor IO-Link mampu mengirimkan data yang lebih rinci daripada sekadar ON/OFF. Sebagai contoh, sensor ini dapat memberikan nilai analog dari kekuatan sinyal, sehingga sistem dapat mengetahui apakah lensa sensor secara bertahap menjadi kotor sebelum terlambat.
• Diagnostik: Sensor ini mampu melaporkan kesehatan dan statusnya secara proaktif. Sensor ini mampu memberikan peringatan tentang kesalahan kritis seperti korsleting, panas berlebih, atau kesalahan internal. Hal ini memungkinkan pemeliharaan prediktif, di mana teknisi dapat menyelesaikan masalah sebelum menyebabkan waktu henti yang tidak direncanakan.
• Parameterisasi: Pengaturan sensor jarak jauh dan saat itu juga dapat dimodifikasi di PLC. Ketika lini produksi berubah ke jenis botol yang sedikit berbeda yang memerlukan tingkat sensitivitas baru, perubahan dapat dilakukan segera dalam perangkat lunak tanpa teknisi secara fisik harus menyentuh sensor dan menggunakan obeng kecil untuk mengubah tingkat sensitivitas. Hal ini sangat penting dalam aplikasi yang sering diubah.

Sensor IO-Link tidak digambarkan dalam simbol tingkat sirkuit konvensional dalam diagram arsitektur sistem. Sebaliknya, sensor ini digambarkan sebagai blok berlabel yang dilekatkan pada Master IO-Link. Perangkat master ini adalah gateway, yang menggabungkan data dari beberapa sensor IO-Link dan mengirimkannya melalui jaringan fieldbus ke pengontrol pusat.

Ketika kami meningkatkan sensor retro-reflektif kami ke perangkat berkemampuan IO-Link, kami mengubahnya menjadi sumber data pintar, yang memberi kami visibilitas dan kontrol yang diperlukan dalam proyek Industri 4.0 dan menghasilkan sistem otomasi yang lebih tangguh, efisien, dan fleksibel.

Kesimpulan: Cetak Biru untuk Keandalan

Rute antara masalah dunia nyata, seperti deteksi botol transparan, dan sirkuit kontrol yang terdokumentasi secara lengkap adalah ilmu teknik yang mendasar. Hal ini menunjukkan bahwa simbol pada skematik bukanlah gambar acak; simbol-simbol tersebut merupakan hasil yang ringkas dan kuat dari proses analisis dan pilihan yang tepat.

Ketika Anda memulai dengan aplikasi setiap saat, Anda yakin bahwa teknologi yang Anda pilih sudah sesuai dengan tujuan. Dengan menggunakan studi kasus, Anda mengubah persyaratan abstrak menjadi solusi fisik. Solusi tersebut dapat dikodifikasikan agar dapat dipahami oleh semua orang dengan memahami bahasa simbol dan standar pengkabelan seperti PNP/NPN. Terakhir, ketika Anda menantikan teknologi seperti IO-Link, Anda membangun sistem yang tidak hanya beroperasi hari ini tetapi juga cerdas dan fleksibel untuk memenuhi tantangan di masa depan. Pendekatan sistematis dan menyeluruh inilah yang menjadi peta jalan untuk merancang sistem otomasi yang tangguh, mudah dipelihara, dan benar-benar andal.

OMCH: Mitra Anda dalam Otomasi Industri

Teori dan praktik dibahas, dan pemilihan komponen yang tepat sangat penting untuk keberhasilan proyek Anda. Seberapa baik skema yang dirancang dengan baik akan diterjemahkan ke dalam sistem yang andal dan berfungsi ditentukan oleh kualitas dan ketersediaan perangkat keras yang Anda tentukan. Sama pentingnya dengan desain, adalah rantai pasokan yang kuat dan dukungan teknis yang profesional.

Kami tidak hanya menyediakan jajaran lengkap sensor jarak bagi mitra distribusi kami, mulai dari unit induktif sederhana hingga model fotolistrik canggih dengan kemampuan IO-Link, tetapi juga keahlian teknis di OMCH (https://www.omch.com/). Kami tahu bahwa mitra kami tidak hanya memindahkan kotak, mereka menyelesaikan masalah otomatisasi yang rumit untuk pelanggan mereka.

Anda mungkin adalah produsen peralatan yang meningkatkan lini produksi atau integrator sistem yang merancang sistem kontrol baru, kami memiliki sumber suku cadang otomasi yang andal. Kami berdedikasi untuk membuat solusi Anda efektif dan efisien dengan komponen yang menawarkan kinerja dan kemitraan yang memberikan kepercayaan diri.