ตัววัดเซ็นเซอร์ ในงานอุตสาหกรรม
เซนเซอร์ ตัวควบคุม
โหลด อุปกรณ์ขับโหลด
1.การนำSensor ในงานอุตสาหกรรม
Sensor เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้งานอุตสาหกรรมในระบบการควบคุมแบบอัตโนมัติซึ่งสามารถ แบ่งแยกตามลักษณะการใช้งานและคุณสมบัติที่ได้ดังนี้
- Limit Switch การทำงานจะอาศัยแรงกดจากภายนอกมากระทำ เช่น วางของทับที่ปุ่มกด หรือ ลูกเบี้ยวมาชนที่ปุ่มกด
- Photoelectric Sensor เป็นอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับตรวจจับการมี หรือ ไม่มีวัตถุที่เราต้องการตรวจจับ โดยอาศัยหลักการวัดปริมาณของความเข้มของแสงที่กระทบกับวัตถุและ สะท้อนกลับมายังเซ็นเซอร์
- Proximity Sensor เป็นอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ที่ใช้สำหรับตรวจจับการมีหรือไม่มีของวัตถุโดย อาศัยหลักการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า แบ่งได้เป็น 2 แบบคือ
1. ชนิดสนามแม่เหล็ก (Inductive)
2. ชนิดสนามไฟฟ้า (Capacitive)
2.ตัวอย่างการทำงานของเซนเซอร์
บริเวณส่วนหัวของเซนเซอร์จะมีสนามแม่เหล็กซึ่งมีความถี่สูง โดยได้รับสัญญาณมาจากวงจรกาเนิดความถี่ ในกรณีที่มีวัตถุหรือชิ้นงานที่เป็นโลหะเข้ามาอยู่ในบริเวณที่สนามแม่เหล็กสามารถส่งไปถึง จะทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนา จากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นทาให้เกิดการหน่วงออสซิลเลท (oscillate) ลดลงไป หรือบางทีอาจถึงจุดที่หยุดการออสซิลเลท และเมื่อนาเอาวัตถุนั้นออกจากบริเวณตรวจจับ วงจรกาเนิดคลื่นความถี่ก็เริ่มต้นการออสซิลเลทใหม่อีกครั้งหนึ่ง สภาวะดังกล่าวในข้างต้นจะถูกแยกแยะได้ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ภายใน หลังจากนั้นก็จะส่งผลไปยังเอาต์พุตว่าให้ทางานหรือไม่ทางาน โดยทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของเอาต์พุตว่าเป็นแบบใด
Sensing Distance (SN) : ระยะที่ตัวเซนเซอร์สามารถตรวจวัตถุได้ซึ่งจะขึ้นอยู่กับชนิด ขนาดของวัตถุและเส้นผ่านศูนย์กลางของ Sensor ซึ่งโดยปกติแล้ว ถ้าเส้นผ่านศุนย์การของตัว Sensor ใหญ่ก็ยิ่งทาให้ระยะการตรวจจับได้ไกล
Target Material Factor : เป็นค่า Factor โดยประมาณของวัตถุแต่ละชนิด ใช้สาคูณกับค่า Sensing Distance เพื่อให้ได้ค่าระยะการตรวจจับที่แน่นอนยิ่งขึ้น เมื่อใช้ Inductive Sensor ในการตรวจจับวัตถุชนิดนั้นๆ
Capacitive sensor
เซนเซอร์ประเภทนี้มีโครงสร้างทั้งภายนอกและภายในคล้ายกับแบบเหนี่ยวนา การเปลี่ยนแปลงของความจุซึ่งเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ของวัตถุชนิดหนึ่งเข้ามาใกล้สนามไฟฟ้าของคาปาซิเตอร์ เซนเซอร์ชนิดนี้สามารถตรวจจับอุปกรณ์ที่ไม่ได้เป็นโลหะได้ นิยมใช้ตรวจชิ้นงานที่มีระยะการจรวจจับไกล และยังสามารถตรวจจับวัตถุได้เกือบทุกประเภท ความเร็วในการตรวจจับสูง มีทั้งรุ่นที่สามารถแยกความแตกต่างสีได้
การทางานของเซนเซอร์แบบเก็บประจุจะมีลักษณะคล้ายกับเซนเซอร์แบบเหนี่ยวนาคือเมื่อวัตถุใดๆ เคลื่อนที่เข้ามาในรัศมีของคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะทาให้ค่าความจุหรือค่า C ของวงจรกาเนิดความถี่มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะถูกแยกแยะด้วยวงจรกระตุ้นว่าจะให้อุปกรณ์เอาต์พุตทางานหรือไม่ทางานวิธีการต่อสาย Sensor แบบต่างๆ
เซนเซอร์แบบสองสาย
การต่อสายจะเหมือนการต่อไฟฟ้าผ่าน switch ปกติธรรมดาที่เราใช้ในชีวิตประจาวัน
สายไฟที่มีสองสาย จะมีสีมาตรฐานคือ สีน้าตาล จะเป็นไฟ บวก สีนาเงิน จะเป็นไฟลบ
เซนเซอร์แบบที่มีมากกว่าสองสาย
สีแสดงสัญลักษณ์สายไฟมาตรฐานจะเป็นดังนี้
สาย สีน้าตาล หมายถึง ไฟบวก
สาย สีน้าเงิน หมายถึง ไฟลบ
สาย สีดา หมายถึง สัญญาณ
สีส้ม,ชมพู สาหรับสายสัญญาณอื่นๆ
Sensor แบบ 3 สายเป็นจะเป็น Sensor ที่ใช้หลักการทางานของ Transistor ดังนั้น Sensor ประเภทนี้จึงมี 2 ประเภทคือ
1 PNP
2 NPN
1.เซนเซอร์แบบ PNP
มีชื่อเรียกมากมายหลายแบบ เช่น Sensor แบบ Active High , Sensor แบบ Source ซึ่ง Sensor แบบนี้เมื่ออยู่ในสภาวะทางาน จะทาการต่อสายสัญญาณเข้ากับสายไฟ ดังนั้นเมื่อวัดสายสัญญาณเทียบกับกราวด์ เราจะได้ความต่างศักดิ์เท่ากับไฟที่ให้ sensor
นี่เป็นที่มาของคาว่า Active High คือเมื่อทางานจะวัดไฟที่จุดนี้ได้ เช่นอาจเป็น 24 V.เมื่อเทียบกับ Ground เป็นต้น
2.เซนเซอร์แบบ NPN
มีชื่อเรียกมากมายหลายแบบ เช่น Sensor แบบ Active Low , Sensor แบบ Sink ซึ่ง Sensor แบบนี้เมื่ออยู่ในสภาวะทางาน ก็จะทาการเชื่อมต่อสายสัญญาณเข้ากับกราวด์
ซึ่งเป็นที่มาของคาว่า Active low คือเมื่อทางานจะวัดไฟที่จุดนี้ได้เท่ากับกราวด์ คือ 0 V.
Photoelectric Sensor
1.Through Beam Sensor
ตัวรับและตัวส่งแสงแยกตัวกัน โดยใช้หลักการตัดต่อลาแสงของ
วัสดุที่ต้องการตรวจจับ เหมาะสาหรับการตรวจจับวัสดุที่มีบริเวณ
หรือพื้นที่ในการวางต่าแหน่งติดตั้งเพียงพอ สามารถตรวจจับได้ใน
ระยะไกลที่สุด ความแม่นยาสูง ข้อเสีย ต้องใช้พื้นที่มากในการติดตั้ง เสียค่าใช้จ่ายในการเดินสายไฟสูง ไม่สามารถตรวจจับวัตถุโปร่งแสงและโปร่งใสได้
2.Retro-Reflextive Sensor
เซนเซอร์ชนิดนี้ตัวรับตัวส่งแสงรวมอยู่ในชุดเดียวกัน โดยใช้หลักการส่งแสงสะท้อนกับแผ่นสะท้อนแสง กลับมาที่ตัวรับ ข้อจากัดสาหรับเซนเซอร์แบบนี้คือ ไม่สามารถตรวจจับวัตถุที่มีผิวมันเงาและโปร่งแสงได้เหมาะกับวัตถุที่มีลักษณะผิวที่ดูดกลืนและไม่สะท้อนแสง หรือผิวขรุขระก็สามารถตรวจจับได้ ข้อดีของเซนเซอร์ชนิดนี้คือ สะดวกในการเดินสายไฟ สามารถวางเซนเซอร์ใว้ได้ในพื้นที่จากัด
3. Diffuse – Reflextive Sensor
เป็นลักษณะเหมือนกับ Retro-Reflextive Sensor คือตัวรับตัวส่งอยู่ในตัวเดียวกันใช้การสะท้อนกลับเช่นกัน แต่ชนิดนี้จะสะท้อนกับผิดวัตถุ แทนแผ่นสะท้อนได้ มีระยะในการตรวจจับใกล้ที่สุดในทั้ง 3 ชนิด แต่ก็มีข้อดีคือเป็นชนิดที่สะดวกในการติดตั้งใช้งานมากที่สุด เนื่องจากใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อยที่สุด เซนเซอร์ชนิดนี้สามารถตรวจจับวัตถุได้แทบทุกชนิดยกเว้น วัตถุที่มีลักษณะพื้นผิวที่ด้านหรือดูดกลืนแสงและวัสดุโปร่งแสง
1) เซนเซอร์(Sensor) เปรียบเสมือนอวัยวะรับรู้ของระบบ ไม่ว่าจะเป็น การวัดระดับ วัดการไหล วัด
ความดัน วัดอุณหภูมิ วัดตำแหน่ง
2) ตัวควบคุม(Controller) เป็นตัวควบคุมการทำงานของระบบ เช่น เครืองนับจำนวน PLC
3) อุปกรณ์ขับโหลด(Final control element) โหลดทางไฟฟ้าจะทำงานเมือจ่ายกระแสแล้วทำงาน
ตัวอย่างการใช้งานได้แก่รีเลย์ แม็กเนิคคอนแทคเตอร์
4) โหลด(Load) อุปกรณ์ทีนำมาต่อกับระบบ เตารีด หลอดไฟ วาลว์ มอเตอร์
การทำงานของเตารีดเป็นแบบ On-off
Output ของ Controller ส่วนใหญ่ I< 2A จึงต้องใช้ Final control element
รีเรย์ทำงานแบบ On-off
เทอร์มิสเตอร์ วัดอุณหภูมิ เย็น
เทอร์โมคัลเปิล วัดอุณหภูมิ ร้อน
Output ของ เซนเซอร์ มี 2 ลักษณะ คือ
1.Digital Output(On-Off)
Relay Output ใช้ได้ทังA C และ DC
DC Output(Transistor Output) ได้แก่ NPN PNP
2.Analog Output(Continuous)
Electrical 4-20 ma,0-20 mA , Voltage 1-5 V,0-10 V
RTD เปลียน จากอุณหภูมิเป็นความต้านทาน
เทอร์โมคัลเปิล เปลียนจากอุณหภูมิเป็นแรงเคลือนไฟฟ้า
ซึง RTDและ เทอร์โมคัลเปิล เป็นทรานสดิวเซอร์ซึงเปลียนจากพลังงานหนึ่งไปยังอีกพลังงานหนึ่ง
แต่ถ้าเป็น ทรานสมิตเตอร์จะให้สัญญาณมาตราฐาน(4-20 mA)
Position sensors ประกอบด้วย
1.Machamic Type เช่น Limit switches Micro switches
2.Electronic Type เช่น Proximity switches Photoelectric switches Encoders
Proximity Switches Type
1. Inductive sensing
เป็นเซนเซอร์ทีอาศัยการเหนียวนำของขดลวด ซึงเกิดขึนกับโลหะเท่านั้น
ประกอบด้วย
1) ขดลวด
2) แกนฟรอไรท์
ระยะการตรวบจับของ Inductive Proximity ขึนอยู่กับวัตถุถูกตรจวจับ ซึงแต่ละวัตถจุ ะมีค่า
แฟกเตอร์ทีแตกต่างกันโดยค่าแฟกเตอร์จะเป็นการกำหนดระยะในการตรวจจับวัตถุโลหะที
ตรวจจับได้ดีทีสุดคือเหล็กอ่อน(เหล็กทีมีคาร์บอนอยู่น้อย) มีค่าแฟกเตอร์ คือ 1.0 และ
Inductive Proximity switches ซึงตรวจจับได้ 20 mm
2. Capacitive sensing
เกิดจากการแปลงเปลียนของความจุ เซนเซอร์ตัวนีตรวจจับวัตถุทีโลหะไม่ได้ และนิยมใช้ตรวจจับอโลหะ
มากกว่าโลหะ
3. Magnetic sensing
3.1.) รีดสวิตซ์ (Reed switch) คือ แม็กเนติกเซนเซอร์ทีมีลักษณะเป็นแบบหน้าสัมผัส ซึงโดยปกติทัวไปแล้ว
จะเป็นหน้าสัมผัสแบบปกติเปิด (Normally Open : NO)สวิตซ์นีจะทำงานโดยอาศัยสนามแม่เหล็ก ซึงอาจจะ
เห็นแม่เหล็กถาวร หรือแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้ แผ่นหน้าสัมผัสจะทำมาจากสารทีมีผลต่อสนามแม่เหล็ก
(ferromagnetic) และติดตังอยู่ภายในกระเปาะแก้วเล็กๆทีมีการเติมก๊าซเฉือย เพือทำให้การตัดต่อการส่ง
กระแสไฟฟ้ าได้เร็วยิ่งขึ้น
3.2) อิเล็กทรอนิกส์สวิตซ์ แม็กเนติกเซนเซอร์ประเภทนี่ จะอาศัยการตัดต่อหรือให้สัญญาณโดยอุปกรณ์
อิเล็กทรอนิกส์ทีอยู่ภายใน หากมีคนถามว่าแล้วเซนเซอร์ประเภทนี่แตกต่างจากรีดสวิตซ์อย่างไร คำตอบคือ
เหมือนกันในส่วนที่อาศัยสนามแม่เหล็กในการทำงาน แต่ต่างกันในเรื่องความไวและอายุการใช้งาน แม็ก
เนติกเซนเซอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์การตัดต่อสัญญาณจะใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งไม่มีการเคลื่อนที่ทางกลทำให้มีความไวในการทำงานที่สูงกว่ารีดสวิตซ์ นอกจากนั่นยังส่งผลให้อายุการใช้งานยาวนานกว่าอีกด้วย อีกจุดหนึ่งที่น่าสนใจในเรื่องความแตกต่างของเซนเซอร์ทั่งสองชนิดก็คือ แม็กเนติกเซนเซอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ส่วนมากจะใช้กับไฟกระแสตรงและต้องต่อสัญญาณไฟให้ถูกต้องตามที่กำหนด ส่วนรีดสวิตซ์หากไม่มีหลอดไฟแสดงสัญญาณ( LED) สามารถใช้ได้ทั่งไฟตรงและไฟกระแสสลับ และยังสามารถสลับขั่วการต่อได้
ความเร็วในการตอบสนองของ Proximity sensors
1. เซนเซอร์แบบ DC จะมีผลตอบสนองเร็วกว่า แบบ AC
2. เซนเซอร์แบบ Flush จะมีผลตอบสนองเร็วกว่า แบบ Non-Flush
3. เซนเซอร์ขนาดเล็กจะมีผลตอบสนองเร็วกว่าขนาดใหญ่
4. เซนเซอร์แบบ Quadronorm จะมีผลตอบสนองเร็วกว่า แบบธรรมดา
4. Sonar sensing
งานบางลักษณะไม่สามารถใช้เซนเซอร์ประเภทต่างๆ ด้กล่าวมา ต้นได้เช่น
ถนนสำหรับยานพาหนะบางชนิด เป็นต้น เสียงนำมาทำเซนเซอร์ประเภทนจะอยู่ในช่วง
ความถี่20KHz - 1GHz ซึjงเรียกว่า Ultrasonic หูของมนุษย์ไม่สามารถจะได้ยินข้อจำกัดของเครื่องมือวัด
ตัวรับแสงและตัวส่งแสงจะอยู่คนละตำแหน่งกัน เพือสร้างเงือนไขการตรวจจับ โดย
เงื่อนไขมีอยู่ 2 ประเภท คือ
1.แบบมีแสงตกกระทบตัวรับแสงแล้วเกิด Output(Light On)
2.แบบไม่มีแสงตกกระทบตัวรับแสงแล้วเกิด Output(Dark On)
4. การนำเอาเซนเซอร์อินเทอร์เน็ตมาใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม
อินเทอร์เน็ตนั้นได้เข้ามามีส่วนในการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของผู้ซื้อสินค้า ผู้ซื้อสามารถสั่งซื้อของได้เพียงปลายนิ้วคลิก และยังสามารถเลือกรูปแบบตามความต้องการได้ นอกจากเป็นเครื่องมือในการซื้อและแหล่งข้อมูลที่สำคัญ แล้วนั้นยังทำให้ธุรกิจนั้นเคลื่อนไปอย่างรวดเร็วด้วย สำหรับผู้ผลิตแล้วการที่มี เซนเซอ ร์อย่างเดียวนั้นคงจะไม่สามารถทำงานได้ดีหากปราศจากโซ่อุปทานที่เป็นมืออาชีพและสินค้าที่มีคุณภาพและมีชื่อเสียงระดับโลก เพื่อที่จะผลิตสินค้าให้เป็นที่พอใจของลูกค้า การที่มีสินค้าเพียงเก็บไว้ในคงคลังนั้นคงไม่พอแล้ว สำหรับตลาดที่มีการแข่งขันสูงในตอนนี้
