Upload
sanjin-mehinovic
View
76
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
SVEUČILIŠTE U RIJECI
TEHNIČKI FAKULTET
DIPLOMSKI STUDIJ ELEKTROTEHNIKE
MJERENJA U PROIZVODNJI
PRIMJENA SENZORA U PROIZVODNIM MJERENJIMA
Dejan Kovačić 0069047288
Sanjin Mehinović 0069042650
Rijeka, svibanj 2013.
Sadržaj
1. UVOD ..................................................................................................................................... 1
1.1. ŠTO SU SENZORI? .............................................................................................................. 1
2. KLASIFIKACIJA SENZORA U METALOPRERAĐIVAČKOJ PRAKSI ................................................. 3
2.1 KLASIFIKACIJA PREMA NAČINU RADA ............................................................................... 3
2. 2 KLASIFIKACIJA SENZORA PREMA SLOŽENOSTI ................................................................ 4
2.3 KLASIFIKACIJA SENZORA PREMA VRSTI IZLAZNOG SIGNALA ............................................. 4
2.4 KLASIFIKACIJA SENZORA PREMA NAČINU PRIKAZA SIGNALA ............................................. 4
3. PRIMJER SENZORA U PROIZVODNJI ......................................................................................... 5
3.1 SENZORI BLIZINE ............................................................................................................... 6
3.1.1 OPTIČKI SENZORI ............................................................................................................ 6
4. RAZVOJ OPTOELEKTRONIČKIH SENZORA .............................................................................. 11
5. ZAKLJUČAK...........................................................................................................................13
6. POPIS LITERATURE................................................................................................................14
1
1.UVOD 1.1 ŠTO SU SENZORI? Sve veća automatizacija kompleksnih proizvodnih sustava zahtjeva primjenu komponenata
koje su sposobne prikupiti i prenijeti informacije koje su bitne za proizvodni proces. Senzori
ispunjavaju upravo ovu zadaću i u posljednjih nekoliko godina postaju iznimno značajni u
mjerenju, upravljanju i regulaciji.
Slika 1. Načini realizacije senzora [1]
Senzor je dio mjerila ili mjernog sustava koji detektira promjene mjerene veličine i pretvara ih u
signal pogodan za mjerenje ili reguliranje. Svi senzori moraju biti kalibrirani prema unaprijed
utvrđenom standardu. Postoje različiti načini realizacije senzora. Najčešće se pojavljuju samo kao
pretvarači, dok su ostali elementi, kao što je pojačalo, smješteni u drugom dijelu sustava kao
posebne jedinice. Međutim, često je zajedno s pretvaračem signala u isto kučište integrirano
analogno pojačalo (Slika 1.). Takav senzor se naziva integrirani senzor. Ako pak je pored
analognog u istom kučištu smješten A/D pretvarač i mikrokontroler, onda takav senzor pomoću
programske podrške u mikrokontroleru može donositi samostalne odluke, pa se zbog toga naziva
inteligentni senzor. [1]
Svaki senzor ima neke karakteristične veličine koje mu određuju mjernu sposobnost i
prilagodljivost za pojedine primjene. Neke od važnih karakteristika su:
• Mjerno područje koje se definira kao razlika između maksimalne i minimalne ulazne
vrijednosti za koje će senzor dati pravi izlaz. Ovu vrijednost određuje proizvođač. Npr.
mjerni termopar koji mjeri temperaturu u nekim okolnostima gdje se temperatura kreće od
-50 °C pa do 750 °C ima određeno mjerno područje 800 °C.
2
• Razlučivost koja se definira kao tehnološka sposobnost mjernog sustava da odgovarajuće
razlikuje vrijednosti mjerenih parametara.
• Osjetljivost koja se definira kao promjena izlaza za promjenu ulaza. Za digitalni senzor
osjetljivost ovisi o razlučivosti senzora.
• Greška koja se definira kao razlika između prave i izmjerene vrijednosti. Postoje različiti
čimbenici koji dovode do grešaka. Neke od njih mogu biti: greške u kalibraciji, greške
zbog preopterećenja izlaza itd.
• Ponovljivost koja se definira kao sposobnost senzora da za iste vrijednosti ulazne veličine
daje identičan izlaz.
• Točnost koja se definira kao razlika između izmjerene i referentne srednje vrijednosti.
Referentna vrijednost je poznata vrijednost izmjerena senzorom veće klase točnosti.[1]
3
2. KLASIFIKACIJA SENZORA U METALOPRERAĐIVAČKOJ PRAKSI Senzori u metaloprerađivačkoj praksi najčešće se klasificiraju:
• Prema načinu rada.
• Prema složenosti.
• Prema vrsti izlaznog signala.
• Prema načinu prikaza signala. [2]
2.1 KLASIFIKACIJA SENZORA PREMA NAČINU RADA
Senzori se prema načinu rada mogu podijeliti na:
• Aktivne senzore.
• Pasivne senzore.
• Kontaktne senzore.
• Beskontaktni senzore.
• Apsolutne senzore.
• Relativne senzore. [2]
Aktivni senzor je senzor koji mora imati vanjsko napajanje kako bi mogao vršiti očitanja (npr.
tenzometrijske trake, kapacitivni i induktivni senzori). [3]
Pasivni senzor je senzor koji ne mora imati vanjsko napajanje kako bi mogao vršiti očitanja (npr.
termopar, piezoelektrični senzori). [3]
Konatktni senzor je senzor koji mora biti u fizičkom kontaktu s mjerenim predmetom (npr.
tenzometrijske trake). [3]
Beskontaktni senzor je senzor koji ne mora biti u fizičkom kontaktu s mjernim predmetom (npr.
optički senzor). [3]
Apsolutni senzor je senzor koji reagira na podražaj na apsolutnoj skali (npr. termistor,
tenzometrijske trake). [3]
Relativni senzor je senzor kod kojeg se očitava mjerna veličina u odnosu na referentnu vrijednost
(npr. termopar). [3]
4
2.2 KLASIFIKACIJA SENZORA PREMA SLOŽENOSTI
Senzori se prema složenosti mogu podijeliti na:
• Samostalne senzore.
• Senzore koji su dio složene cjeline.
Samostalni senzori su senzori čiji rezultat je moguće direktno očitati (npr. termometar).
Senzori složene cjeline su senzori čiji izlazni signal treba prilagoditi prije upotrebe (npr. optički
senzori). [2]
2.3 KLASIFIKACIJA SENZORA PREMA VRSTI IZLAZNOG SIGNALA
Senzori se prema vrsti izlaznog signala mogu podijeliti na:
• Senzore električkih signala (struja ili napon).
• Senzore neelektričnih signala.
Senzori električkih signala: 1) Binarni - postoje dva stanja (1/0).
2) Pulsni izlaz – nekontinuirani signal.
3) Analogni izlaz bez pojačala.
4) Analogni izlaz sa pojačalom. [2]
2.4 KLASIFIKACIJA SENZORA PREMA NAČINU PRIKAZA SIGNALA
Senzori se prema načinu prikaza signala mogu podijeliti na:
• Binarne senzore.
• Analogne senzore.
Binarni senzori - pretvaraju mjerenu fizikalnu veličinu u binarni signal (npr. senzor blizine,
senzor pritiska, senzor temperature). [2]
Analogni senzori - pretvaraju fizikalnu veličinu u analogni signal (npr. senzor sile). [2]
5
3. PRIMJENA SENZORA U PROIZVODNJI
Za pojam senzorike može se reći kako se konstantno pojavljuje u klasičnoj primjeni u
zadnjih desetak pa i više godina. Automatizacijom proizvodnje, čija se raširenost svakog dana sve
više proširuje, došlo se do spoznaje kako je razvoj senzorike neophodan. Senzori se primjenjuju u
sekvencijskom upravljanju u tehničkim postrojenjima za nadzor i osiguranje procesa. Kao
najrašireniji primjer upotrebe senzorike u industriji može se navesti upotreba senzora
na tvorničkim trakama u velikim, ali i malim postrojenjima. U tom kontekstu senzori se koriste za
rano, brzo i pouzdano otkrivanje pogrešaka u proizvodnom procesu. Drugi značajan razlog
primjene je prevencija ozljeđivanja ljudi i oštećivanja strojeva. Senzori su najčešće postavljeni
kako bi nadzirali, odnosno registrirali protok pogonske trake. [4]
Slika 2. Senzori uz tvorničku traku [5]
6
3.1 SENZORI BLIZINE
Senzori blizine djeluju bez vanjskog mehaničkog kontakta ili sile. Zbog toga takvi prekidači
imaju veliku pouzdanost i dugi period rada. Razlikujemo nekoliko tipova senzora blizine:
• Reed senzori.
• Induktivni senzor blizine.
• Kapacitivni senzor blizine.
• Optički senzor blizine.
Induktivni, optički i kapacitivni senzori blizine su zapravo elektronički senzori jer nemaju
pokretne kontakte koji bi upravljali strujom u strujnim krugovima. Umjesto toga izlaz senzora je
elektronički spojen na napajanje ili na uzemljenje (izlazni napon = 0 V). [6]
3.1.1 OPTIČKI SENZORI BLIZINE
Optički senzori se sastoje od tri djela:
• Predajnika.
• Prijemnika.
• Prijenosnog medija.
Optički se senzori blizine za uočavanje predmeta koriste optikom i elektronikom. Na
slijedećoj slici su prikazane dvije blok sheme različitih izvedbi optičkih senzora. U a) slučaju
unutrašnje veze su optičke dok su u b) slučaju električne. Na ulaz senzora dovodi se električni
signal koji pobuđuje optički izvor. Optički signal iz optičkog izvora prenosi se kroz optički kabel
do optičkog prijemnika na čijem se izlazu generira električni signal. U b) slučaju, na ulaz senzora
dovodi se optički signal koji pobuđuje optički prijemnik te zatim pretvara optički signal u
električni signal. Električni signal se pojačava i vodi na generator optičkog signala. [4]
Slika 3. Blok shema optičkih senzora, gdje su: a) unutarnje veze optičke
b) unutarnje veze električne [4]
7
Senzori mogu raditi sa crvenim i infracrvenim svjetlom. Poluvodičke diode koje proizvode
svjetlost (LED) su posebno pouzdan izvor crvenog i infracrvenog svjetla. Male su, robusne, imaju
dug radni vijek i lako se ugrađuju. Kao prijemnici se koriste fotodiode i fototranzistori. Pri
postavljanju senzora prednost imaju senzori s vidljivom, crvenom svjetlošću, za razliku od
nevidljive infracrvene. [4]
Kao što je prije navedeno, najčešća primjena optičkih senzora u proizvodnji su senzori koji se
koriste uz tvorničku traku. Uloga svakog senzora korištenog uz tvorničku traku je:
1. Senzor za provjeru količine namota papira
Senzor prikazan na slici dojavljuje koliko papira je spremno za otiskivanje. U slučaju da nestane
papira senzor svjetlosnim signalom dojavljuje da je potrebno dodati papir.
Slika 4. Senzor za provjeru količine namota papira [5]
8
2. Senzor za otkrivanje oštećenosti papira
Prije nego što papir dođe do otiskivanja mora proći kroz senzor koji provjerava ima li papir
nekakvih nepravilnosti, ako je oštećen ili pokidan odbacuje se s trake.
Slika 5. Otkrivanje oštećenosti papira [5]
3. EYE MARK detekcija
Papir prolazi kroz još jednu provjeru prije otiskivanja. Senzor provjerava ima li papir jedinstvenu
oznaku i šalje ga na otiskivanje.
Slika 6. EYE MARK Detekcija [5]
9
4. Senzor za praćenje ispravnog položaja kutije
Ovaj senzor služi za promatranje kutija odnosno za praćenje ispravnog položaja kutije. U slučaju
da kutija koja dolazi do senzora nije u dobrom položaju senzor signalizira nadolazećem stroju da
se kutija izbaci iz trake.
Slika 7. Senzor za praćenje ispravnog položaja kutije [5]
5.Senzor za otkrivanje neoznačenih kutija
Sličnu zadaću kao i prethodni senzor ima i senzor za otkrivanje neoznačenih kutija. Njegova
zadaća je prepoznavanje kutije koja nema zalijepljenu naljepnicu s bočne strane. U slučaju da
kutija koja dolazi do senzora nema zalijepljenu naljepnicu s bočne strane, senzor signalizira
nadolazećem stroju da se kutija izbaci iz trake. Taj postupak se ponavlja neograničeni broj puta.
Slika 8. Senzor za otkrivanje neoznačenih kutija[5]
10
6.Senzori za brojanje i praćenja pakiranih kutija
Kada kutije prođu sve prije opisane senzore tada dolaze do senzora za brojanje i praćenje
pakiranih kutija. Senzor za brojanje , kao što i samo ime senzora otkriva, služi za brojanje
pristiglih kutija, dok senzor za praćenje kontrolira popunjenost većih kutija za izvov. Kada se
kutije za izvoz napune, senzor signalizira tvorničkoj traci da se može pokrenuti i dodati novu
praznu kutiju.
Slika 9. Senzori za brojanje i praćenja pakiranja kutija[5]
11
4.RAZVOJ OPTOELEKTRONIČKIH SENZORA
Tijekom proteklih dvadeset godina dogodile su se dvije revolucije vezane uz
optoelektroničke proizvode i to zbog rasta optoelektroničke i optičke komunikacijske industrije.
Optoelektronička industrija dala je takve proizvode kao CD playere, laserske pisače, bar code
skenere i laserske pokazivače. Svjetlovodna komunikacijska industrija je doslovno napravila
revoluciju u telekomunikacijskoj industriji pružanjem veće učinkovitosti pouzdanijim
telekomunikacijskima vezama s uvijek opadajućim troškovima usluga. Ta revolucija donosi
prednost krajnjim korisnicima koristeći informacije velikih volumena koje se razmjenjuju po
pravom informacijskom 'autoput' izgrađenom od stakla. Usporedno s tim pojavama optičko
senzorska tehnologiji bila je glavni korisnik tehnologije povezane s optoelektroničkom i
optičkom komunikacijskom industrijom. Mnoge komponente vezane uz ove industrije često su
razvijane za optičke senzorske aplikacije. Optička senzorska tehnologija je često bila
unapređivana od strane razvoja i masovne proizvodnje komponenata za podršku tih industrija.
Kako su cijene komponenata pale i kako je došlo do poboljšanja kvalitete poboljšana je i
sposobnost svjetlovodnih senzora da istisnu tradicionalne senzore za rotaciju, ubrzanja, električno
i magnetsko mjerenje polja, temperaturu, tlak, akustiku, vibracije linearni i kutni položaj
naprezanje, vlagu, viskoznost, kemijska mjerenja i niz drugih senzorskih aplikacija. U ranim
danima optičke senzorske tehnologije većina komercijalno uspješnih optičkih senzora bili su
ograničeno korišteni na tržištima gdje je postojeća senzorska tehnologija marginalna ili je u
mnogim slučajevima nije bilo .
Prednosti optičkih senzora koje uključuju njihovu sposobnost da budu lagani, vrlo malih veličina,
pasivni, sa slabim napajanjem, otporni na elektromagnetske smetnje, visoke osjetljivosti, široke
propusnosti i dobre otpornosti na okoliš, korištene su kako bi prevagnula njihove glavne
nedostatke kao što su visoka cijena i njihovo nepoznavanje od strane krajnjih korisnika
Međutim, situacija se mijenja. Laserske diode koje su 1979. godine koštale 3,000$ i imale životni
vijek od nekoliko sati sada se prodaju za nekoliko dolara u malim količinama, imaju pouzdanost
desetaka tisuća sati i široko se koriste u CD playerima, laserskim pisačima, laserskim
pokazivačima i bar kod čitačima. Jednomodno optičko vlakno koje je 1979. godine koštalo 20 $/
m sada košta manje od 0.10$ / m sa znatno poboljšanim optičkim i mehaničkim svojstvima.
12
Integrirani optički uređaji koji nisu bili na raspolaganju u korisnom obliku u ono vrijeme sada se
obično koriste kao potpora proizvodnji modela svjetlovodnih žiroskopa. Njihova bi cijena u
budućnosti mogla dramatično pasti, a kao zamjena nude se sofisticirani optički sklopovi. Kako se
nastavlja ovaj trend, javlja se mogućnost za dizajnere optičkih senzora da izrađuju konkurentne
proizvode. Samim time može se očekivati da će i tehnologija preuzeti sve više istaknuti položaj
na senzorskom tržištu. [6]
13
5.ZAKLJUČAK
Uslijed razvoja tehnologije dolazi se do potrebe razvoja uređaja koji čovjeka zamjenjuju
na onim mjestima gdje se uređaji pokazuju kao efikasnije i produktivnije rješenje. Uz mogućnosti
koje se pružaju ugradnjom senzora i njihovom širokom primjenom, moguće je vrlo povoljno i
efikasno osmisliti donedavno nezamisljiva rješenja za automatsko upravljanje, nadzor i kontrolu
proizvodnje. Tako se kao najrašireniji primjer upotrebe senzorike u industriji može navesti
upotreba senzora na tvorničkim trakama. U tom kontekstu optički senzori koriste se za rano, brzo
i pouzdano otkrivanje pogrešaka u proizvodnom procesu. Pomoću optičkih senzora mogu se brzo
uočiti i dojaviti nedostaci opreme, pa se tako skraćuje vrijeme stajanja strojeva.
Rasprostranjenost senzora i njihova pristupačnost dovele su do toga da se u skoro sve
napredne elektroničke uređaje ugrađuju senzori. Uslijed široke upotrebe optičkih senzora i
senzora uopće, može se sa sigurnošću reći da bi svakodnevnica čovjeka bez senzora bila
nezamisljiva. O važnosti senzora najviše govori podatak da se razvila posebna nauka koja se bavi
proučavanjem i razvojom ove vrtse tehologije, a zove se senzorika.
14
6.POPIS LITERATURE
[1] http://www.scribd.com/doc/128395002/Senzo-Ri
[2] http://hr.wikipedia.org/wiki/Senzori
[3] Preuzeto s predavanja, Predavanja mjerenje u proizvodnji12_13_p05, voditelj kolegija:
Vodkolegija: prof. dr. sc. Duško Pavletic, dipl. ing.
[4] http://www.automatika.rs/baza-znanja/senzori/optoelektronski-senzor.html
[5] http://www.youtube.com/watch?v=SffjC5dYvDI
[6] http://www.tsrb.hr/meha/index.php?option=com_content&task=view&id=51&Itemid=1