Uygulamadan Şemaya: Yakınlık Sensörü Sembolleri ve Seçimi Kılavuzu

Güvenilirlik ve doğruluk, endüstriyel otomasyonda başarının ölçütleridir. Üretim hattındaki bir zorluğun fark edilmesi ile güçlü bir kontrol sisteminin kurulması arasındaki yol ciddi bir yoldur. Bu süreç bir bileşenle değil, bir soruyla başlar: Ne yapmamız gerekiyor? Ancak uygulama tanımlandığında uygun donanımı seçebilir, şematik olarak modelleyebilir ve bir kontrol devresine dahil edebiliriz.

Bu kapsamlı kılavuz size bu önemli yolculukta yol gösterecektir. Gerçek dünya problemiyle başlayacak, doğru sensör teknolojisini seçecek, bu kararı doğru IEC standart sembolüne uygulayacak, çalışan bir PLC devresine yerleştirecek ve hatta yeni akıllı sensörlerin daha gelişmiş özelliklerini tartışacağız. Bu, uygulama ve otomasyon arasındaki geçiş için nihai kılavuzdur.

Uygulama ile Başlayın: Doğru Sensörü Seçmek

Bir şema üzerinde tek bir çizgi bile çizilmeden önce uygulamanın fiziksel gerçekliği bilinmelidir. Sistem tasarımında en sık yapılan hata, bir sensörü uygun olduğu için değil, tanıdık olduğu için seçmektir. Bunu önlemek için hedef ve çevresi hakkında dört temel soruyu yanıtlayarak işe başlamalıyız. Bunlar Malzeme, Çevre, Mesafe ve Hassasiyettir ve rasyonel bir seçim çerçevesi oluştururlar.

Hedef Malzeme:

Algılanacak nesne metal mi yoksa metal olmayan mı? Opak mı, şeffaf mı yoksa yansıtıcı mı? Altta yatan algılama teknolojisi çoğunlukla malzeme bileşimi tarafından belirlenir.

İşletme Çevre:

Sensör toz, yağ veya su gibi kirletici maddelere maruz kalacak mı? Aşırı sıcaklıklar, yüksek titreşim veya fiziksel darbe potansiyeli var mı? Sensör tasarlanmalı ve IP (Giriş Koruması) değeri bulunduğu ortamın ciddiyetine uygun olmalıdır.

Algılama Mesafesi:

Sensör yüzü hedef nesneden ne kadar uzakta olmalıdır (algılama aralığı)? Bu nominal aralık birkaç milimetre ile birkaç metre arasında değişebilir.

Hassasiyet ve hız:

Nesnenin konumu ne ölçüde tespit edilmelidir? Hedefin hareket etme hızı nedir ve kontrol sisteminin ihtiyaç duyduğu tepki süresi nedir?

Bunlar, yakınlık sensörlerinin ana aileleri arasındaki seçimi doğrudan bilgilendiren hususlardır. Çok sayıda özel sensör olmasına rağmen, çoğu uygulamayı çözmek için dört temel sensör türü kullanılabilir: endüktif, kapasitif, fotoelektrik veya ultrasonik. Bu kararı basitleştirmek için aşağıdaki tabloda bir karar verme matrisi verilmiştir.

Bir mühendis bu tablo üzerinde metodik olarak çalışarak, elindeki görev için en uygun teknolojiyi güvenle daraltabilir ve kontrol sisteminin temelinin sağlam olmasını sağlayabilir.

Örnek Olay İncelemesi: Konveyör Üzerindeki PET Şişeleri Algılama

Bu seçim sürecini göstermek için yaygın ve zorlu bir endüstriyel uygulamayı inceleyelim: yüksek hızlı bir şişeleme hattı konveyöründeki şeffaf Polietilen Tereftalat (PET) şişelerini güvenilir bir şekilde tespit etmek.

Sorun:

Amaç, tutarlı bir şişe sayısı elde etmek ve doldurma veya kapatma gibi aşağı akış eylemlerini tetiklemektir. Şişeler şeffaftır, hızlı hareket eder ve konveyör üzerindeki konumlarında küçük farklılıklar olabilir.

Analiz ve Eleme Süreci:

Dört temel faktörümüzü uygulayarak başlıyoruz:

1. Malzeme: Hedef, metal olmayan PET plastiktir. Bu, metalik nesnelerin neden olduğu elektromanyetik alandaki değişiklikleri tespit ederek çalışan endüktif sensörleri derhal ortadan kaldırır.
2. Çevre: Ortam nispeten temizdir ancak nem veya yıkamalar içerebilir. Hız kritik bir faktördür.
3. Mesafe: Sensör, yaklaşık 100-300 mm'lik bir algılama mesafesi ile konveyöre yakın monte edilecektir.
4. Hassasiyet: Her şişe için güvenilir bir açma/kapama sinyaline ihtiyacımız var.

Endüktif sensörler bir seçenek olmadığından, diğer olasılıklara bakıyoruz. Kapasitif bir sensör teknik olarak plastiği ve içindeki sıvıyı algılayabilir, ancak sınırlı algılama mesafesi ve ortam nemine karşı olası hassasiyeti, yüksek hızlı ve muhtemelen ıslak bir ortamda daha az güvenilir bir seçenek olacaktır. Şeffaflığa duyarlı olmadığı için ultrasonik bir sensör etkili olabilir. Ancak ses dalgasının yayılma hızı nedeniyle fotoelektrik olanlardan daha yavaş olma eğilimindedir ve yüksek hızlı uygulamalar için pek uygun değildir.

Bu sürecin mantıksal sonucu fotoelektrik sensörlerdir. Ancak bu ailede bile bir karar vermek gerekir. Işığı doğrudan hedeften yansıtan tipik bir dağınık fotoelektrik sensör muhtemelen başarısız olacaktır. Işığın çoğu PET şişenin şeffaf, kavisli yüzeyinden saçılacak veya iletilecek ve güvenilmez bir sinyal elde edilecektir.

Optimal Çözüm:

Retro reflektif fotoelektrik sensör en güçlü çözümdür. Bu kurulumda bir sensör ve ayrı bir reflektör kullanılır. Sensör, sensöre geri yansıtılan bir ışık demeti üretir. Aralarından bir PET şişe geçerken bu sabit ışını keser. Malzeme ve şişenin kavisli yüzeyi nedeniyle ışığın kırılması ve yansımasındaki minimum fark, ışın yolunu kesmek için yeterlidir ve temiz bir yüksek hızlı tetikleme sağlar. Çok net nesnelerin algılanmasında en yüksek güvenilirliği elde etmek için, özel reflektör dışındaki parlak yüzeylerin yansımasını reddetmek üzere polarize filtreli bir model kullanılır.

Problemden teknolojiye doğru ilerleyen bu metodik yaklaşım, sadece işlevsel değil, aynı zamanda uygulamanın özel zorlukları için optimize edilmiş bir sensörün seçilmesini sağlar.

Sensörden Sembole: Doğru Şematik Gösterim

Retro-reflektif fotoelektrik sensör seçildikten sonra, ikinci adım onu bir elektrik şeması üzerinde doğru bir şekilde modellemektir. Bu sadece bir çizim alıştırması değildir; şematik sembol, sistemi inşa eden, sorun gideren veya bakımını yapan herkese bilgi veren tam bir teknik iletişim parçasıdır. Bu semboller uluslararası IEC 60617 standardında evrensel bir dile sahiptir.

Seçilen fotoelektrik sensörümüz söz konusu olduğunda, en basit sembol cihaz muhafazası olan bir karedir. Dahili olarak, grafikler rolüne atıfta bulunur. Burada, bir ışık yayıcı ve bir ışık alıcı sembollerle temsil edilir ve bir retro-yansıtıcı tip olduğuna dair bir simge bulunur.

Bununla birlikte, sembol sadece algılama teknolojisini temsil etmemelidir. İki önemli elektrik konfigürasyonunun belirtilmesi gerekir: çıkış tipi (PNP vs. NPN) ve varsayılan mantık durumu (NO vs. NC).

PNP vs. NPN: Bu, sensörün çıkışının elektrik yükünü nasıl değiştirdiğini tanımlar.

• PNP (Kaynak Bulma): Sensörün çıkışı Pozitif (+) voltajı yüke (örneğin, bir PLC girişi) geçirir. Etkinleştirildiğinde, çıkış yükü +24VDC beslemeye bağlar. Bu, Avrupa ve Kuzey Amerika'da en yaygın standarttır.
• NPN (Sinking): Sensörün çıkışı yüke Negatif (-) veya 0V bağlantısını değiştirir. Etkinleştirildiğinde, çıkış yükü 0V (GND) rayına bağlar. Bu Asya'da daha yaygındır.

NO (Normalde Açık) vs. NC (Normalde Kapalı): Bu, sensörün bir hedef tespit etmediği zamanki çıkış durumunu tanımlar.

• Normalde Açık (NO): Çıkış anahtarı varsayılan olarak açıktır. Sensör PET şişeyi algıladığında, anahtar kapanır ve bir sinyal gönderilir. Bu, varlık algılama görevleri için idealdir.
• Normalde Kapalı (NC): Çıkış anahtarı varsayılan olarak kapalıdır ve sürekli bir sinyal sağlar. Sensör şişeyi algıladığında, anahtar açılır ve sinyal kesilir. Kopuk bir kablo, algılanan bir nesne ile aynı durumu üreteceğinden, bu, arıza emniyetli uygulamalar için yararlı olabilir.

PET şişe uygulamamızda şişeleri geldikçe saymak zorundayız. Bu nedenle, bir Normalde Açık (NO) uygundur. Kontrol sisteminin Kuzey Amerika'daki modern bir PLC olduğu varsayılırsa PNP çıkışı tipik bir seçenek olacaktır.

Bu yüzden, PNP çıkışlı, Normalde Açık (NO) mantıkta bir Retro-Reflektif Fotoelektrik Sensör üzerinde karar kıldık. Bu tam spesifikasyonu temsil etmek için şematik sembole küçük notasyonlar eklenecektir, böylece devre şemasında herhangi bir belirsizlik olmayacaktır.

Yaygın Yakınlık Sensörü Sembolleri ve Anlamları

Şematik tasarımda netlik ve mühendislik ekipleri arasında etkili iletişim sağlamak için, farklı tipteki yakınlık sensörlerini ve rölelerini temsil etmek üzere standartlaştırılmış semboller kullanılır. IEC 60617 standardı tarafından yönetilen bu semboller, bir sensörün işlevini ve yapılandırmasını belirsizlik olmadan görsel olarak kodlar. Aşağıda en yaygın kullanılan yakınlık sensörü sembollerinin bir dökümü yer almaktadır:

1. Endüktif Yakınlık Sensörü
   1. Sembol: İçinde bir bobin veya ilmek bulunan bir kare (cihaz muhafazasını temsil eder).
   2. Kullanım: Elektromanyetik alanları kullanarak metalik nesneleri tespit eder.
   3. Not: Genellikle “Ind” ile etiketlenir veya bir indüktör grafiği içerir.
2. Kapasitif Yakınlık Sensörü
   1. Sembol: İki paralel çizgiye sahip bir kare (kondansatör plakalarını temsil eder) veya açık uçlu bir dikdörtgen.
   2. Kullan: Hem metalik hem de metalik olmayan nesneleri algılar. Daha fazla ayrıntı talep ediyorsanız lütfen bir ekran görüntüsü ekleyin.
   3. Not: Bazen karenin içinde noktalı bir çizgi veya malzeme tanımlayıcısı bulunur.
3. Fotoelektrik Sensör
   1. Sembol: Bir hedefe yönlendirilmiş bir ok (ışık demeti) içeren bir kare.
   2. Varyantlar:
      1. Dağınık: Hem verici hem de alıcı tek bir ünitede.
      2. Retro yansıtıcı: Ok, sembolize edilmiş bir yansıtıcıdan geri yansır.
      3. Işın yoluyla: Bir çizgi veya okla bağlanmış ayrı verici ve alıcı sembolleri.
   3. Kullanım: Işık kesintisi yoluyla varlığı algılar.
4. Ultrasonik Sensör
   1. Sembol: Bir tarafından eğri çizgiler (ses dalgalarını temsil eden) yayılan bir kare.
   2. Kullanım: Açık veya şeffaf hedefler ve daha uzun menzilli algılama için uygundur.
5. Sensör Çıktı Tip Notasyonları (PNP/NPN)
   1. PNP (Kaynak Bulma): Genellikle yukarı bakan bir üçgenle gösterilir veya “+” ile etiketlenir.
   2. NPN (Sinking): Genellikle aşağı bakan bir üçgenle gösterilir veya “-“ ile etiketlenir.
   3. İpucu: Bu notasyonlar sembolün yanına eklenir veya kablolama açıklamalarında belgelenir.
6. Mantık Durumu (HAYIR/NC)
   1. Normalde Açık (NO): Varsayılan durum açık bir kontak gösterir; etkinleştirildiğinde kapanır.
   2. Normalde Kapalı (NC): Kapalı bir kontağı gösterir; sensör tetiklendiğinde açılır.
   3. Temsilcilik: Tipik olarak yardımcı diyagramlarda, kontak bloklarında veya sensör sembolünün yakınındaki ek açıklamalarda gösterilir.

Özet Tablo

Bu sembollerin anlaşılması ve doğru şekilde uygulanması, sistem şemalarının sezgisel olmasını, uluslararası düzeyde anlaşılmasını ve sorun giderme veya genişletme için hazır olmasını sağlar.

PLC'ye Kablolama: Kontrol Devresinin Çizilmesi

Şematik sembol soyut bir gösterimdir; gerçek amacı kontrol devresinin fiziksel kablolamasına rehberlik etmektir. PNP, NO fotoelektrik sensörümüzü bir Programlanabilir Mantık Denetleyici (PLC) giriş modülüyle entegre etmek otomasyonda temel bir görevdir. Tipik bir 3 telli DC sensörü üç bağlantı gerektirir: güç, ortak ve sinyal.

Devre üç ana bileşenden oluşmaktadır:

• 24VDC Güç Kaynağı: Sensör ve PLC için çalışma voltajı sağlar. Bir pozitif (+) terminali ve bir 0V (ortak) terminali vardır.
• Bu Yakınlık Sensörü: Üç kabloya sahiptir. PNP sensörümüz için bunlar tipik olarak renk kodludur:
  • Kahverengi: +24VDC (Güç Girişi)
  • Mavi: 0V (Ortak)
  • Siyah: Sinyal Çıkışı
• Bu PLCGiriş Modül: Bu modülün birden fazla giriş terminali ve bir ortak terminali vardır. Sensörün “açık” veya “kapalı” olup olmadığını belirlemek için sinyal kablosunun voltaj durumunu okur.”

Bir PNP (Kaynak) Sensörünün Kablolanması:

PNP konfigürasyonunda, sensör hedefi algıladığında PLC girişine “kaynak” veya pozitif voltaj sağlar. Kablolama aşağıdaki gibidir:

• Sensörün Kahverengi kablosu güç kaynağının +24VDC terminaline bağlanır.
• Sensörün Mavi kablosu güç kaynağının 0V terminaline bağlanır.
• Sensörün Siyah sinyal kablosu PLC üzerindeki belirli bir Giriş Terminaline bağlanır (örneğin, I0.0).
• PLC giriş modülünün Ortak terminali, devreyi tamamlamak için güç kaynağının 0V rayına bağlanır.

Akım Akışının Diyagramatik Gösterimi (PNP):

+24VDC ----------------------> Kahverengi Tel (Sensör)
                             |
                             V
                          [Sensör]
                             |
PLC Girişi (I0.0)  Mavi Tel (Sensör)
                             |
                             V
                          [PLC Common]

PET şişe algılandığında, PNP sensöründeki dahili anahtar Kahverengi (+24V) kabloya Siyah (Sinyal) kablosu. Bu, PLC'nin işlemcisinin mantıksal “1” veya “yüksek” durum olarak kaydettiği PLC giriş terminaline bir +24VDC sinyali gönderir.

NPN (Sinking) Kablolama ile kontrast:

Açıklık getirmek için, bir NPN sensörü tam tersi şekilde çalışır. PLC girişinden toprağa akım “çeker”. PLC girişinin ortak noktası +24VDC'ye bağlanır ve sensörün çıkışı etkinleştirildiğinde giriş terminalini 0V'a çeker. Şematik üzerindeki PNP/NPN tanımlamasını doğru yorumlamak, işlevsel kablolama ve bileşenlerin hasar görmesini önlemek için kesinlikle kritiktir.

Akıllı Sistem: IO-Link Sensörleriyle Tanışın

On yıllar boyunca, bir yaklaşım anahtarının çıkışı her zaman ikili bir sinyal olmuştur: AÇIK veya KAPALI. Bu, basit kontrol görevlerinde iyi çalışır, ancak mevcut üretim süreci, fabrika katının tüm seviyelerinde ek veri, esneklik ve zeka gerektirir. Bu, IO-Link'in etki alanıdır.

IO-Link, EtherNet/IP veya Profinet gibi ikinci bir endüstriyel veri yolu ağı değildir. Standartlaştırılmış bir noktadan noktaya iletişim protokolü (IEC 61131-9), tipik bir 3 telli sensör kablosunun basit bir anahtar sinyalinden çok daha fazlasını gerçekleştirmesini sağlar. Sensör ile bir IO-Link Master modülü arasında elektronik bir iletişim arayüzü kurar ve daha sonra verileri ana PLC veya kontrol sistemine yorumlar.

Bu teknolojinin PET şişe uygulamamıza kattığı değer çok büyük:

• İşlem Verileri: IO-Link sensörü sadece bir ON/OFF'tan daha detaylı veri gönderebilir. Örnek olarak, sinyal gücünün analog bir değerini verebilir, böylece sistem çok geç olmadan sensör lensinin yavaş yavaş kirlenip kirlenmediğini anlayabilir.
• Teşhis: Sensör, sağlığını ve durumunu proaktif olarak rapor edebilir. Kısa devre, aşırı ısınma veya dahili arızalar gibi kritik arızalar konusunda uyarılar sağlayabilir. Bu, teknisyenlerin sorunları planlanmamış arıza sürelerine yol açmadan önce çözebilecekleri kestirimci bakıma olanak tanır.
• Parametrelendirme: Uzaktan ve anında sensör ayarları PLC'de değiştirilebilir. Üretim hattı yeni bir hassasiyet seviyesine ihtiyaç duyan biraz farklı bir şişe tipine geçtiğinde, teknisyenin sensöre fiziksel olarak dokunmasına ve hassasiyet seviyesini değiştirmek için küçük bir tornavida kullanmasına gerek kalmadan değişiklik hemen yazılımda gerçekleştirilebilir. Bu, sık sık değiştirilen uygulamalarda çok önemlidir.

Bir IO-Link sensörü, bir sistem mimarisi diyagramında geleneksel devre düzeyinde bir sembolle gösterilmez. Bunun yerine, bir IO-Link Master'a bağlı etiketli bir blok olarak gösterilir. Bu ana cihaz, birkaç IO-Link sensörünün verilerini toplayan ve bunları bir fieldbus ağı üzerinden merkezi kontrolöre ileten bir ağ geçididir.

Retro reflektif sensörümüzü IO-Link özellikli bir cihaza yükselttiğimizde, onu akıllı bir veri kaynağına dönüştürüyoruz; bu da bize Endüstri 4.0 projelerinde ihtiyaç duyulan görünürlüğü ve kontrolü sağlıyor ve daha esnek, verimli ve esnek bir otomasyon sistemi ile sonuçlanıyor.

Sonuç: Güvenilirlik için Plan

Şeffaf bir şişenin algılanması gibi gerçek bir dünya problemi ile tamamen belgelenmiş bir kontrol devresi arasındaki yol, temel bir mühendislik bilimidir. Bir şema üzerindeki sembollerin rastgele çizimler olmadığını, titiz bir analiz ve seçim sürecinin özlü ve güçlü bir sonucu olduğunu gösterir.

Her zaman uygulama ile başladığınızda, seçtiğiniz teknolojinin amaca uygun olduğundan emin olursunuz. Bir vaka çalışması kullanarak soyut gereksinimleri fiziksel bir çözüme dönüştürürsünüz. Bu çözüm, sembollerin dilini ve PNP/NPN gibi kablolama standartlarını anlayarak herkes tarafından anlaşılacak şekilde kodlanabilir. Son olarak, IO-Link gibi teknolojilere yöneldiğinizde, sadece bugün çalışır durumda olan değil, aynı zamanda yarının zorluklarını karşılayabilecek akıllı ve esnek sistemler kurarsınız. Bu sistematik, uçtan uca yaklaşım, esnek, bakımı yapılabilir ve gerçekten güvenilir otomasyon sistemleri tasarlamanın yol haritasıdır.

OMCH: Endüstriyel Otomasyonda İş Ortağınız

Teori ve pratik tartışılır ve doğru bileşen seçimi projenizin başarısı için çok önemlidir. İyi tasarlanmış bir şemanın güvenilir, işleyen bir sisteme ne kadar iyi dönüşeceği, belirlediğiniz donanımın kalitesi ve bulunabilirliği ile belirlenir. Tasarım kadar önemli olan bir diğer husus da güçlü bir tedarik zinciri ve profesyonel teknik destektir.

Dağıtım ortaklarımıza sadece basit endüktif ünitelerden başlayarak IO-Link özelliğine sahip sofistike fotoelektrik modellere kadar eksiksiz bir yakınlık sensörü serisi sunmakla kalmıyor, aynı zamanda OMCH'de (https://www.omch.com/) teknik uzmanlık da sağlıyoruz. Ortaklarımızın sadece kutuların yerini değiştirmediklerini, müşterilerinin karmaşık otomasyon sorunlarını çözdüklerini biliyoruz.

Bir üretim hattını geliştiren bir ekipman üreticisi veya yeni bir kontrol sistemi tasarlayan bir sistem entegratörü olabilirsiniz, güvenilir otomasyon parçaları için tek elden bir kaynağa sahibiz. Kendimizi, performans sunan bileşenler ve güven sunan bir ortaklık ile çözümlerinizi etkili ve verimli hale getirmeye adadık.