17
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.

Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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.

Page 2: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima
Page 3: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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

Page 4: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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.

Page 5: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 6: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 7: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 8: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 9: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 10: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 11: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 12: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 13: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 14: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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.

Page 15: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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]

Page 16: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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.

Page 17: Primjena Senzora u Proizvodnim Mjerenjima

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