انواع سنسورهای PLC چیست؟ راهنمای کامل شناخت، کاربرد

در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، سنسورها نقش چشم و گوش تجهیزات کنترلی را دارند. در واقع PLC بدون دریافت اطلاعات دقیق از محیط، نمی‌تواند فرمان درستی صادر کند. به همین دلیل شناخت انواع سنسورهای PLC برای مهندسان، تکنسین‌ها، مدیران نگهداری و حتی خریداران تجهیزات صنعتی اهمیت زیادی دارد.

اگر بخواهیم ساده بگوییم، سنسور وسیله‌ای است که یک کمیت فیزیکی مانند فاصله، دما، فشار، حضور جسم، سطح مایعات یا سرعت را تشخیص داده و آن را به سیگنال الکتریکی قابل فهم برای PLC تبدیل می‌کند. در این مقاله با انواع سنسورهای مورد استفاده در PLC، نحوه عملکرد، کاربردها و نکات مهم در انتخاب آن‌ها آشنا می‌شویم.

سنسور PLC چیست؟

سنسور PLC به سنسوری گفته می‌شود که اطلاعات محیط یا فرآیند را دریافت کرده و آن را به ورودی PLC ارسال می‌کند. این اطلاعات ممکن است به صورت:

• سیگنال دیجیتال
• سیگنال آنالوگ
• پالس
• جریان یا ولتاژ استاندارد صنعتی

به کنترلر منتقل شود.

PLC با تحلیل این داده‌ها، خروجی مناسب را برای کنترل موتور، شیر برقی، آلارم، رله، نمایشگر یا سایر تجهیزات صادر می‌کند.

اهمیت استفاده از سنسورها در PLC

در اتوماسیون صنعتی، بدون سنسور عملاً کنترلی وجود ندارد. مهم‌ترین دلایل استفاده از سنسورها در PLC عبارت‌اند از:

• افزایش دقت کنترل
• کاهش خطای انسانی
• افزایش سرعت فرآیند
• بهبود ایمنی تجهیزات و اپراتور
• مانیتورینگ لحظه‌ای وضعیت ماشین‌آلات
• کاهش هزینه‌های نگهداری و توقف خط تولید

به همین دلیل در خطوط تولید، صنایع غذایی، بسته‌بندی، پتروشیمی، خودروسازی، تصفیه آب، داروسازی و بسیاری از صنایع دیگر، سنسورها جزء اصلی سیستم کنترلی هستند.

انواع سنسورهای PLC

سنسورهای قابل استفاده در PLC را می‌توان از نظر نوع عملکرد، نوع خروجی و کاربرد صنعتی دسته‌بندی کرد. در ادامه مهم‌ترین انواع سنسور PLC را بررسی می‌کنیم.

1) سنسور القایی (Inductive Sensor)

سنسور القایی یکی از پرکاربردترین سنسورها در PLC است که برای تشخیص اجسام فلزی بدون تماس فیزیکی استفاده می‌شود. این سنسور با ایجاد میدان الکترومغناطیسی، نزدیک شدن فلز را تشخیص می‌دهد.

مزایای سنسور القایی

• دقت بالا
• طول عمر زیاد
• مقاومت مناسب در محیط‌های صنعتی
• عملکرد بدون تماس
• سرعت پاسخ‌دهی بالا

کاربردها

• تشخیص موقعیت قطعات فلزی
• شمارش قطعات در خط تولید
• کنترل موقعیت جک و سیلندر
• سیستم‌های بسته‌بندی و مونتاژ

محدودیت

این نوع سنسور فقط فلزات را تشخیص می‌دهد و برای اجسام غیرفلزی مناسب نیست.

2) سنسور خازنی (Capacitive Sensor)

سنسور خازنی برای تشخیص اجسام فلزی و غیرفلزی به کار می‌رود. این سنسور بر اساس تغییر ظرفیت خازنی عمل می‌کند و می‌تواند مواد مختلفی مانند پلاستیک، شیشه، چوب، پودر، گرانول و مایعات را تشخیص دهد.

مزایا

• قابلیت تشخیص انواع مواد
• مناسب برای اندازه‌گیری سطح
• کاربرد گسترده در صنایع غذایی و شیمیایی

کاربردها

• تشخیص سطح مخازن
• کنترل وجود قطعات پلاستیکی
• تشخیص مواد پودری
• خطوط بسته‌بندی

نکته مهم

عملکرد سنسور خازنی ممکن است تحت تأثیر رطوبت، گردوغبار یا شرایط محیطی قرار بگیرد، بنابراین باید در انتخاب آن دقت کرد.

3) سنسور نوری یا فوتوالکتریک (Photoelectric Sensor)

سنسور نوری با استفاده از نور فرستاده‌شده از فرستنده و دریافت آن توسط گیرنده، حضور یا عدم حضور جسم را تشخیص می‌دهد. این سنسورها از محبوب‌ترین انواع سنسورهای PLC هستند.

انواع سنسور نوری

• یک‌طرفه (Through Beam)
• رفلکتوری (Retro Reflective)
• دیفیوز (Diffuse)

مزایا

• برد تشخیص بالا
• سرعت عملکرد زیاد
• مناسب برای اجسام کوچک
• عدم نیاز به تماس مستقیم

کاربردها

• خطوط بسته‌بندی
• شمارش بطری و جعبه
• تشخیص عبور قطعه
• سیستم‌های نوار نقاله

محدودیت

آلودگی سطح لنز، نور محیط و گردوغبار می‌تواند بر عملکرد این سنسورها اثر بگذارد.

4) سنسور التراسونیک (Ultrasonic Sensor)

سنسور اولتراسونیک با ارسال امواج صوتی با فرکانس بالا و دریافت بازتاب آن، فاصله یا حضور جسم را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور برای تشخیص اجسام شفاف، مایع یا موادی که با سنسور نوری به‌سختی تشخیص داده می‌شوند، بسیار مناسب است.

مزایا

• مناسب برای مواد شفاف
• اندازه‌گیری بدون تماس
• دقت قابل قبول در سنجش فاصله
• مستقل از رنگ جسم

کاربردها

• اندازه‌گیری سطح مایعات
• کنترل فاصله
• تشخیص وجود اجسام در خطوط تولید
• سیستم‌های مخزن و سیلو

5) سنسور دما (Temperature Sensor)

در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، کنترل دما اهمیت حیاتی دارد. سنسورهای دما اطلاعات دمای محیط، سیال یا تجهیزات را به PLC ارسال می‌کنند.

انواع رایج سنسور دما

• ترموکوپل
• RTD
• ترمیستور

کاربردها

• کوره‌ها
• دیگ بخار
• صنایع غذایی
• سیستم‌های تهویه
• خطوط تزریق پلاستیک

نکته

برای اتصال برخی سنسورهای دما به PLC، معمولاً از ماژول آنالوگ یا ماژول مخصوص دما استفاده می‌شود.

6) سنسور فشار (Pressure Sensor)

سنسور فشار برای اندازه‌گیری فشار گاز یا مایع در سیستم‌های صنعتی به کار می‌رود. این سنسور معمولاً داده را به صورت 4-20mA یا 0-10V به PLC ارسال می‌کند.

کاربردها

• خطوط پنوماتیک و هیدرولیک
• سیستم‌های پمپاژ
• تجهیزات فرآیندی
• صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

مزایا

• دقت بالا
• امکان مانیتورینگ مداوم
• مناسب برای کنترل فرآیند

7) سنسور سطح (Level Sensor)

سنسور سطح برای اندازه‌گیری یا تشخیص سطح مایعات، مواد جامد یا مواد پودری در مخازن استفاده می‌شود. این سنسورها در انواع مختلفی تولید می‌شوند:

• شناوری
• خازنی
• التراسونیک
• راداری
• هیدرواستاتیک

کاربردها

• کنترل سطح آب
• مخازن مواد شیمیایی
• سیلوها
• سیستم‌های تصفیه آب

8) سنسور مجاورتی (Proximity Sensor)

اصطلاح سنسور مجاورتی معمولاً به سنسورهایی گفته می‌شود که حضور جسم را در فاصله نزدیک و بدون تماس تشخیص می‌دهند. سنسور القایی، خازنی و برخی انواع نوری در این گروه قرار می‌گیرند.

کاربردها

• تشخیص موقعیت
• شمارش
• کنترل حضور قطعه
• اتوماسیون خطوط مونتاژ

9) انکودر (Encoder)

انکودر یکی از مهم‌ترین تجهیزات فیدبک در PLC است که برای اندازه‌گیری موقعیت، سرعت و جهت چرخش استفاده می‌شود. انکودرها بیشتر در سیستم‌های حرکتی، موتور، سروو و نوار نقاله کاربرد دارند.

انواع انکودر

• افزایشی (Incremental)
• مطلق (Absolute)

کاربردها

• اندازه‌گیری سرعت موتور
• کنترل موقعیت محور
• ماشین‌آلات CNC
• سیستم‌های بسته‌بندی

10) سنسور جریان و ولتاژ

در برخی پروژه‌ها PLC باید وضعیت انرژی الکتریکی را نیز پایش کند. سنسورهای جریان و ولتاژ برای اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی به کار می‌روند.

کاربردها

• مانیتورینگ مصرف برق
• حفاظت تجهیزات
• کنترل بار
• سیستم‌های توزیع و تابلو برق

دسته‌بندی سنسورها از نظر نوع خروجی برای PLC

برای انتخاب صحیح سنسور، باید نوع خروجی آن را هم بشناسید. سنسورها از نظر خروجی معمولاً به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

سنسور دیجیتال

این سنسورها فقط دو وضعیت دارند:

• روشن / خاموش
• 0 / 1
• ON / OFF

این نوع سنسورها به ورودی دیجیتال PLC متصل می‌شوند.

مثال

• سنسور القایی
• سنسور نوری
• لیمیت سوئیچ

سنسور آنالوگ

این سنسورها مقدار پیوسته اندازه‌گیری‌شده را به PLC ارسال می‌کنند.

رایج‌ترین خروجی‌ها

• 0-10V
• 4-20mA
• 1-5V

این نوع سنسورها به ورودی آنالوگ PLC متصل می‌شوند.

مثال

• سنسور فشار
• سنسور دما
• سنسور سطح
• سنسور فاصله

نکات مهم در انتخاب سنسور مناسب برای PLC

برای انتخاب بهترین سنسور برای PLC باید چند عامل مهم را در نظر بگیرید:

1) نوع ماده یا جسم

باید مشخص شود جسم مورد نظر:

• فلزی است یا غیرفلزی
• جامد است یا مایع
• شفاف است یا مات

2) فاصله تشخیص

هر سنسور برد مشخصی دارد. برای مثال:

• القایی: برد کم
• نوری: برد بیشتر
• اولتراسونیک: مناسب فاصله متوسط تا زیاد

3) شرایط محیطی

در محیط‌های صنعتی ممکن است موارد زیر وجود داشته باشد:

• گردوغبار
• رطوبت
• روغن
• لرزش
• دمای بالا

بنابراین باید سنسوری با درجه حفاظت مناسب مانند IP67 یا بالاتر انتخاب شود.

4) نوع خروجی

خروجی سنسور باید با ورودی PLC سازگار باشد:

• PNP
• NPN
• Relay
• Analog 4-20mA
• 0-10V

5) ولتاژ تغذیه

برخی سنسورها با 24V DC و برخی با ولتاژهای دیگر کار می‌کنند. باید تطابق کامل با سیستم وجود داشته باشد.

6) سرعت پاسخ

در خطوط سریع تولید، سنسور باید سرعت پاسخ‌گویی بالایی داشته باشد.

تفاوت سنسور PNP و NPN در PLC

یکی از سوالات رایج در زمان خرید سنسور، تفاوت PNP و NPN است.

سنسور PNP

در این نوع، خروجی سنسور ولتاژ مثبت را به ورودی PLC می‌دهد.

سنسور NPN

در این نوع، خروجی سنسور مسیر منفی یا زمین را وصل می‌کند.

نکته مهم

نوع ورودی PLC باید با نوع خروجی سنسور سازگار باشد، در غیر این صورت سنسور به درستی عمل نخواهد کرد.

کاربرد سنسورهای PLC در صنایع مختلف

سنسورهای PLC در طیف وسیعی از صنایع استفاده می‌شوند:

 غذایی

• کنترل سطح مخازن
• شمارش بسته‌ها
• کنترل دمای فرآیند

 بسته‌بندی

• تشخیص حضور جعبه
• شمارش محصول
• کنترل حرکت نوار نقاله

خودروسازی

• کنترل موقعیت قطعات
• رباتیک صنعتی
• اندازه‌گیری سرعت و موقعیت

 آب و فاضلاب

• اندازه‌گیری سطح
• کنترل فشار
• مانیتورینگ دبی و وضعیت پمپ‌ها

 پتروشیمی

• اندازه‌گیری فشار و دما
• کنترل سطح مخازن
• سیستم‌های ایمنی فرایندی

مزایای استفاده از سنسور مناسب در سیستم PLC

استفاده از سنسور مناسب باعث می‌شود:

• راندمان تولید افزایش یابد
• دقت فرآیند بیشتر شود
• استهلاک تجهیزات کاهش پیدا کند
• خطاهای اپراتوری کم شود
• توقف خط تولید کاهش یابد
• کیفیت محصول نهایی بهتر شود

رگولاتور فراکو

خازن فراکو

رگولاتور پی کی سی

خازن پی کی سی

رگولاتور لیفاسا