Индуктивные датчики приближения — рабочая лошадка обнаружения металла на производстве

Внутри активной поверхности датчика находится катушка, питаемая высокочастотным генератором. Катушка создаёт электромагнитное поле, излучаемое от активной поверхности. Когда в это поле попадает металлический предмет, в нём наводятся вихревые токи — эти вихревые токи отбирают энергию у генератора, гася амплитуду колебаний. Триггерная схема обнаруживает затухание и переключает выходной транзистор. Никаких движущихся частей, никакого износа контактов, полная герметизация от пыли и масла. Разные металлы гасят поле с разной эффективностью — именно поэтому в спецификации указывается «стандартное расстояние срабатывания» для железа и поправочный коэффициент для нержавеющей стали, алюминия, латуни и меди.

PNP (положительная коммутация, европейское соглашение) — стандарт по умолчанию во всём мире, за исключением некоторых японских и корейских заводов, которые стандартизированы на NPN (отрицательная коммутация). PNP подаёт +V с выходного провода на принимающую (sinking) входную карту ПЛК; NPN замыкает 0 В с выходного провода на отдающую (sourcing) входную карту ПЛК. Оба варианта совместимы с ПЛК — нужно лишь подключить к правильному типу входной карты. Если на вашем заводе используются ПЛК Mitsubishi или Omron, импортированные из Японии, проверьте входную карту — она может быть NPN-sinking. Для новых установок с Siemens, Allen-Bradley, Schneider или Beckhoff по умолчанию выбирайте PNP, если нет причин поступить иначе.

Нормально разомкнутый (NO) означает, что выход ВЫКЛЮЧЕН, когда цель отсутствует, и ВКЛЮЧАЕТСЯ, когда цель входит в зону срабатывания. Это повседневный вариант по умолчанию — подсчёт деталей на конвейере, обнаружение исходного положения цилиндра, подтверждение смены инструмента. Нормально замкнутый (NC) работает наоборот: ВКЛ при отсутствии цели, ВЫКЛ при обнаружении. NC используется для отказобезопасной логики — если датчик выходит из строя или отваливается кабель, ПЛК видит то же состояние ВЫКЛ, что и «цель обнаружена», поэтому система останавливается, а не продолжает работать вслепую. Многие датчики приближения поставляются с выходами NO и NC на отдельных проводах, чтобы можно было выбрать нужный при монтаже.

Трёхпроводной (самый распространённый): три отдельных провода для +V, OUT и 0V. Выходной транзистор переключается независимо от тока питания, поэтому датчик потребляет постоянную мощность, а выход представляет собой чистый цифровой сигнал. Двухпроводной: те же два провода несут одновременно ток питания и коммутируемый выход (включаются последовательно с нагрузкой, как контакт). Более простой монтаж (экономит одну жилу в кабеле, полезно при модернизации, где количество жил имеет значение), но имеет остаточный ток утечки 1–2 мА в состоянии ВЫКЛ, который некоторые чувствительные входы ПЛК воспринимают как ВКЛ. Указывайте двухпроводной вариант только тогда, когда вход справляется с остаточным током.

Индуктивный: только металлические цели, малая дальность (0,6–15 мм), самый дешёвый и надёжный. Используйте для 80% задач обнаружения металла на производстве. Ёмкостный: обнаруживает что угодно (металл, пластик, жидкость, дерево), но чувствителен к влажности и влаге окружающей среды; используйте для контроля уровня в резервуарах или присутствия неметаллических деталей. Фотоэлектрический: большая дальность (до 50 м), работает с любой видимой поверхностью; используйте, когда цель слишком далеко для индуктивного или когда она неметаллическая. Лазерный: то же, что фотоэлектрический, но с субмиллиметровым пятном; используйте, когда нужно обнаружить мелкий элемент (отверстие, кромку, тонкий лист) на любой дальности. Индуктивный выигрывает по стоимости и надёжности, но только для металла.

Индуктивные датчики приближения не имеют движущихся частей и полностью герметизированы от пыли и масла. Срок службы в чистых закрытых промышленных условиях обычно превышает 100 миллионов рабочих циклов — как правило, более 10 лет работы в три смены. Виды отказов в порядке частоты: (1) повреждение кабеля у разгрузки от натяжения из-за постоянных изгибов, часто ошибочно принимаемое за отказ датчика — сначала замените разъём. (2) Механический удар по активной поверхности датчика от столкновения с инструментом или заготовкой. (3) Воздействие растворителей на оболочку кабеля PUR в ваннах обезжиривания — для химических линий переходите на оболочку из ПВХ или фторполимера. (4) Собственно электронный отказ генератора/триггерной схемы — встречается весьма редко.

Каталожное «стандартное расстояние срабатывания» (Sn) указывается для цели из стандартной ферромагнитной малоуглеродистой стали при комнатной температуре датчика. Реальное снижение: гарантированное расстояние срабатывания (Sa) обычно составляет 81% от Sn (учитывает производственный допуск + температурный дрейф), а для нестандартных металлов применяются дополнительные поправочные коэффициенты (нержавеющая сталь ~ 75%, алюминий ~ 50%, латунь ~ 50%, медь ~ 40%). Проектируйте с расчётом на гарантированное Sa с запасом по безопасности — для датчика M12 с Sn = 4 мм проектируйте целевой зазор 2–3 мм, чтобы оставаться внутри Sa.