4.1.12 SINIR ANAHTARLARI VE YAKLAŞMA KONTROLÜ Makinelerin otomatik çalışması, makinelerin hareketi ile çalışabilen anahtarların kullanılmasını gerektirir. Sınır anahtarları, bir mekanik anahtarı hareketi, elektrik devrelerini çalıştırmak üzere bir elektrik sinyaline dönüştürmek için kullanılır. Sınır anahtarlarının tekrarlama doğruluğu güvenilir olmalı ve ani olarak tepki gösterebilmelidir. Makinelerdeki mekaniksel sınırlandırmalar nedeniyle sınır anahtarlarının yerleştirilmesinde büyüklük, çalıştırma kuvveti, çarpma ve yerleştirme şekli kritik etkenlerdir. Anahtarların elektriksel değerleri kontrol edilecek yüke uygun olmalıdır. Kontaklar, üretici firmaların verdiği özellikler dikkate alınarak uygun akım ve gerilimde seçilmelidir. Genelde hareketli makinenin veya makine parçasının, anahtarı çalıştıran bir kola çarpmasıyla sınır anahtarının çalışması başlar. Sınır anahtarları, elektrik makinelerini çalıştırmak, durdurmak, hızını ve dönüş yönünü değiştirmek için manyetik yol vericilerin kontrol devrelerinde pilot eleman olarak kullanılır. Şekilde üç tip sınır anahtarı gösterilmiştir. 1. tip sınır anahtarında önce kapalı kontak açılır. Bir süre sonra açık kontak kapanır. 2. sınır anahtarında kapalı kontağın açılması ile açık kontağın kapanması aynı zamanda olur. 3. tip sınır anahtarlarında kapalı kontak açılmadan açık kontak kapanır. Bir süre sonra kapalı kontak açılır. Çalışma şekillerine göre sınır anahtarları ani temaslı ve kalıcı tıp olmak üzere iki kısma ayrılırlar. Bir hareket nedeniyle kalıcı tıp sınır anahtarı durumu değiştirirse, anahtar yeni durumunda kalır. Ters yöndeki başka bir hareket kalıcı tıp sınır anahtarlarını normal konumuna döndürür. Sınır anahtarları dairesel ve doğrusal hareketlerin denetlenmesinde kullanılır. Şekilde bir giyotin makas ve ona ait sınır anahtarlı kumanda devresi görülmektedir. A - Sınır Anahtarlarıyla Dairesel Hareketlerinin Denetlenmesi Giyotinde bir sabit bir hareketli bıçak bulunur. Hareketli bıçak hareketini bir volandan alır. Volanı ise bir elektrik motoru döndürür. Giyotin makas çalıştırıldığında volan, ekseni etrafında bir kere dönmek için çalışmaya başlar ve SA sınır anahtarına yaptığı basınç çekilerek SA açık kontağı kapanır bu esnada 18
kumanda devresinde mühürleme devreye girer. Volan bir tur tamamladığında tekrar volan asa anahtarına basınç yaptığında SA da kapanan kontak tekrar açılarak kumanda devresindeki mühür bozularak sistem durur. Başlatma butonuna basıldığında M kontaktörü enerjilenir. Volan döner ve SA sınır anahtarı kontaklarını kapar. Burada sınır anahtarlarının kontakları kapanana kadar başlatma butonuna sürekli basmak gerekir. Bıçak aşağı inip çıkana kadar yani volan 360 derece dönene kadar motor çalışır. 360 derece dönünce sınır anahtarlarına çarpar ve volan durur. Buradaki başlatma butonuna sürekli basmayı önlemek için aşağıdaki devre kullanılır. Bu devrede başlatma butonuna sürekli basmak gerekmez. Bir kez basınca A kontaktörü enerjilenir ve mühürlemesini yapar. Aynı anda M kontaktörü enerjilenir ve volan dönmeye başlar. B - Sınır Anahtarlarıyla Doğrusal Hareketlerinin Denetlenmesi Doğrusal hareketlerin denetiminde olduğu gibi, sınır anahtarları doğrusal hareketlerin denetiminde de kullanılabilir. Şekildeki elektrik motoruyla çalıştırılan araba, doğrusal bir hareket yapmaktadır. Arabanın sağa ve sola doğru olan hareketleri iki kontaktörle sağlanır. Herhangi bir yönde hareket eden araba sınır anahtarlarından birinin aracılığı ile otomatik olarak durdurulabilir. Arabaya ilk hareketi veren butonlar şekildeki A noktasında, C noktasında veya başka bir yerde toplu olarak bulunabilir. A başlatma butonuna basılınca K kontaktörü enerjilenir. Motor sağa doğru ilerlemeye başlar. Araba C noktasına gelince sınır anahtarlarına çarpar. SAC sınır anahtarları açılır. K kontaktörünün enerjisi kesilir ve motor durur. C butonuna basıldığında L kontaktörü enerjilenir ve motor ters yönde dönmeye başlar. A noktasına geldiğinde SAA sınır anahtarına çarpar ve motor durur. Eğer motorun A noktasında B noktasına gidip orada bir süre bekleyip daha sonra tekrar A noktasına gelmesi istenirse aşağıdaki devre kullanılabilir. 19
Eğer araba A noktasından hareket edip daha sonra B noktasında duracak ve B noktasında bir süre bekledikten sonra tekrar A noktasına dönecekse ve başka bir başlatma butonu ile A noktasından kalkıp C noktasına gelecek ve C noktasında bir süre bekledikten sonra tekrar A noktasına dönecekse yandaki devre kurulabilir. C - Yarı İletken Yaklaşma Anahtarları Yaklaşım anahtarlarının yaygın bir uygulaması mekanik konum siviçleri yerine kullanımıdır. Mekanik siviçin daha ekonomik olduğu doğrudur, fakat daha önce sözü edildiği gibi belirli mekanik aşınmalara maruzdur. Arızalanmaları durumunda üretim hattının, konveyör sisteminin veya benzerlerinin saatlerce durmasına neden olur. Bu nedenlerle mekanik siviç yerine dokunmasız, aşınmasız ve yıpranmasız yaklaşım anahtarlarını kullanmak daha karlı olabilir. Yaklaşım anahtarları devir ölçümü içinde ideal bir çözümdür. Burada yüksek çalışma frekansları gerekir ve kontrol sisteminin tam olarak çalışması için daha fazla sinyal bir zorunluluktur. Doğru bir değerlendirme için tanımlanan anahtarlama sinyali de önemlidir. yaklaşım anahtarları yüksek çalışma frekansı yarı iletken çıkış ve tanımlanmış, çabuk çıkış sinyali ile iyi bir çözümüdür. İzleme ve sayma işlemlerinde Ürün dorudan algılanır. Dokunmasız siviçlerin kullanimi ile algılanması güç olan cam, gıda, kağıt vb. gibi cisimlerin algılanması da olasıdır. Özellikle kapasitif yaklaşım anahtarları paketleme sanayinde seviye algılama ve izlemede kullanılabilir. Boru hatlarındaki (değirmende) blokaj kadar tank ve silo seviyeleri de gösterilebilir. Uygun montaj ve kapasitif siviçin iyi ayarlanması ile paketleme sanayinde paketler içindeki miktarın doğruluğu kontrol edilebilir (karton kutulardaki deterjan gibi). Yaklaşım anahtarlarının en eski uygulaması kimya sanayi, değirmenler ve tank alanları gibi tehlikeli bölgelerde kullanımıdır. Böyle bölgelerde sadece çok düşük gerilimin kullanılabilmesinden ötürü bu tür uygulamalar için ek emniyetli yaklaşım anahtarları vardır. Çok yaklaşım anahtarı Ex-bölge diye adlandırılan bu alanlarda kullanılmak üzere onaylanmıştır. Bu tip siviçler DIN 19 234 altında standartlaştırılmıştır ve sıklıkla NAMUR siviç adıyla bilinir. Mekanik darbe gibi çeşitli nedenlerle yaklaşım anahtarının bozulmaması gereken uygulamalarda kullanılmak üzere kendi kendini İzleme (self-monitoring) sistemi olarak adlandırılan yaklaşım anahtarının işlevselliğinin sürekli izlendiği sistemler vardır. 20
Aşağıdaki bilgiler, indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarının genel uygunluğu hakkında sadece kısa bir özettir. Çoğu açıkça belirgin olmayan yerlerdeki uygulamalar yalnızca montaj sırasında görülebilir. İndüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarının özellikleri ve çalışması hakkındaki bilgiler böyle uygulamaların çözümünde yardımcı olur. Yarı iletken yaklaşım anahtarları, sınır anahtarı ve fotoelektrik kontrolün bir çeşididir. Yaklaşma anahtarları yakınındaki yada yakınından geçen bir nesne ile çalışabildikleri için bu ismi almışlardır. Yaklaşma anahtarını çalıştırmak için fiziksel bir temasa gerek duyulmaz. İki uçlu bu elemanlar AA ve DA da normalde açık ve normalde kapalı anahtarlama durumunda bulunurlar. Bazı yaklaşma anahtarları da manyetik olarak çalışır. Bu sınır anahtarları, sabit mıknatıs ve kontağa bağlı olmak üzere iki kısımdan oluşur. Kontağa bağlı aygıtın sabit kısmına sabit mıknatıs ise aygıtın hareketli kısmına bağlanır. Aygıt çalışırken zaman zaman kontak bloğu ile sabit mıknatıs karşı karşıya gelirler. Bu durumda sabit mıknatıs kontağın manyetik parçasını kendine doğru çeker. Kontağın açılması veya kapanmasına sebep olur. C.1 Fotosel Yaklaşma Anahtar Çeşitleri C.1.1. Karşılıklı Fotosel Karşılılı fotosel biri alıcı ( Örn. WE260 ) ve biri verici ( Örn. WS260 ) olmak üzere iki ayrtı üniteden oluşur. Verici üniteden çıkan ışın alıcı ünite tarafından sürekli gözlenir, aralarına bir cisim girdiğinde ışın kesilir ve ünite çıkış verir. İki ayrı üniteden oluşması nedeniyle daha uzun algılama mesafelerinde çalışabilir ancak yine aynı nedenle fiyatı diğer tiplerden daha fazladır. Ayrıca iki tarafta da elektrisel bağlantı ve montaj gerektirir. C.1.2. Reflektörlü Fotosel Reflektörlü fotosel tek üniteden oluşur, bu nedenle üniteden çıkan ışınlar bir reflektörden geri yansıyarak üniteye geri döner. Yani alıcı ve verici kısım aynı ünitenin içerisindedir. ( Örn. WL260 ) 21
Reflektörlü fotoselde tek tarafta elektrisel bağlantı yapıldığından montajı daha kolay ve daha ucuzdur. Polarizasyon filitresine sahip reflektörlü fotosellerle parlak yüzeyli cisimlerde algılanabilir. C.1.3. Cisimden Yansımalı Fotosel Cisimden yansımalı fotoselde ( Örn. WT260 ) reflektörlü fotoselin aksine ışın cisimden yansıyarak geri döner. Bu nedenle reflektöre gerek duyulmaz. Hassasiyeti arttırmak için ışın algılama mesafesi odaklanır. Yansıma cisim tarafından yapıldığından, cismin rengi, yüzeyi önem kazanır. Yansıtması %6 'dan az olan siyah cisimlerin algılanması çok güçtür. Genellikle algılama mesafesi hassasiyet azaltılarak (hassasiyet kontrolü) ayarlanabilir. Ancak algılama mesafesinin mekanik ya da geometrik olarak ayarlanması daha etkili olur. Bu fonksiyon ise yalnızca "fon bastırma" (background suppression) özelliği olan cisimden yansımalı fotosellerde vardır. Renk algılayıcı fotoseller aslında cisimden yansımalı fotosellerin değişik bir uygulama alanıdır. Renk fotoselleri özellikle paketleme endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. C.1.4. Fiber Optikli Fotosel Fiberoptikli fotosellerde (Örn. WLL 160) alıcı ve verici aynı ünite içerisindedir. Ancak üniteden çıkan ışın bir fiber optik kablo ile uzağa taşınabilir. Böylece fotoselin bulunduğu yer ile fotoselin algılama yaptığı yer birbirinden bağımsız (uzakta) olabilir. Montaj yerinin uygun olmadığı ortam, ısının yüksek olduğu (300 C) ya da aşırı titreşim olan yerler için çok uygundur. C.1.5 Renk Seçici Fotosel Renk algılayıcı fotosel cisimden yansımalı fotosel gib i çalışır ve siyah ile beyaz arasındaki 15 değişik gri skala değerini algılama yeteneğine sahiptir. Bu ambalaj kağıdı üzerindeki renk işaretlerini algılamak için gereklidir. Her rengin bağıl gri skala değeri farklıdır. Dolayısı ile gri skala değerinin algılanması ile renk farkları da algılanabilir. Bir Işık kaynağından (LED vb. ) çıkan ışınlar algılama mesafesine odaklanır ve cismin yüzeyinde bir ışık demeti oluşur. Bu yüzden dönen ışınlar ile yüzeyin yansıtması (bağıl gri skalası) gözlenir. Sürekli gözlenen bu değer bir tetikleme seviyesi ile karşılaştırılır. Eğer tetikleme değerine ulaşırsa ünite çıkış verir. Bu nedenle renk fotoselleri ayarlanırken önce algılanması istenen renk üzerine getirilir ve ünite çıkış verene kadar, eşik seviyesi ayarlanır. C.1.6. Luminisans Seçici Fotosel Luminisans seçici fotosel sahip olduğu ultraviyolet ışık kaynağı aracılığla ultraviyolet ışın yayar. Bu ışın luninisans maddeli cisimden geri yansır. Luminisans seçici fotoselin alıcı ünitesi bu geri yansımayı alıp çıkış devresini tetikler. Luminisans seçici fotosel özellikle daha geniş algılama mesafesi sunar. Seramik endüstrisi, ilaç sanayi, ağaç endüstrisi, şişeleme ve paketle sektörü başlıca kullanım alanlarıdır. 22
C.2. Endüktif Yaklaşma Anahtarlar C.2.1. Neden Endüktif Anahtarlar? Mekanik anahtarlara göre ömrü çok daha uzun Daha hızlı anahtarlama frekansı (Üretim hızında artış) Mekanik anahtarlara oranla daha verimli çalışma Ortam koşullarındn etkilenmeme Algılanacak cisme dokunmaksızın çalışma Çok hassa ve doğru çalışma Plastik veya cam arkasında kalan metalinde algılanması C.2.2.Tipik Uygulamalar -- Robot -- Konveyörler -- Malzeme Sayma -- Asansör Seviye Kontrolü -- Paketleme Mekanizması -- Silindir Pozisyonu -- Kapı Açma / Kapama -- Baskı Makinaları -- Hız Algılama -- Kenar Kontrolü -- Metalik Malzeme Sayma -- Metalik Malzeme Algılama C.2.3. Endüktif Anahtar Çalışma Prensibi P+F endüktif anahtarlar ECKO (Eddy Current Killed Oscilallattor) tip anahtarlardır. Bu sensörler yandaki şekilde görüleceği üzere dört temel bölümden oluşur Osilatör, bobin üzerinden sensörün ön yüzüne yayılcak olan bir mağnetik alan üretir. Eğer bu alana metal bir cisim girerse, eddy akımları bu metal üzerinde dolaşır. 23
Osilatörü, eddy akımını metal cisim üzerinde dolaştırabilmek için enerjiye ihtiyaçı vardır. Metal cisim, sensöre yaklaştıkça bu akımın değeri artar ve osilatör üzerinde bir yük oluşturu. Yük, osilatör için çok büyük olduğunda osilatör durur. Tetikleme devresi osilasyon durduğunu algılar ve yükü kontrol eden çıkış devresini (DC Sensörde çıkış transistörü, AC sensörde çıkış tristörü) durum değiştirir. C.2.4. Sensör Kılıfları P+F sensörler, 303 paslanmaz çelik veya crastın kılıf ile üretilmişlerdir. Crastın kılıf yarı kristal haldeki politerepat malzemenin fiber ile güçlendirilmesi ile oluşturulur. Bu kombinasyon hem düzgün kalıplanabilme hemde düşük iletkenlik özelliği ile mükemmeldir. Ayrıca crastın malzemesi ısalak ya da sıcak ortamlardan ve diğer ortam koşullarından etkşlenmeme açısından en ideal malzemedir. P+F tarafından bağımsız bir test kuruluşuna bir test kuruluşuna yaptırılan araştırmada crastın malzeme 8 ton yüke dayanım sağlamış, pek çok kimyasal malzemeden etkilenmeden, sensörün güvenli çalışmasını temin etmiştir. Test esnasında kullanılan bazı kimyasallar : - Asedik Asit - Benzol Klorid - Hekzan - %10 Hidrojen Peroksid - %10 Hidroklorik Asit - %28 Sülfirik Asit - Aseton - Dizel Ancak sensörün kablosunun da bu kimyasallara etki etmemesi için, P+F uzmanlarına danışarak malzeme seçiniz. - Crastın Kılıf Crastın endüktif anahtarlar su ve krozyona karşı dayanımın gerekli olduğu yerler için idealdir. Endüktif sensörler içindeki solıdstate komponentler vakumla reçine içine gömülmüştür ve sensörün kablo çıkışı ultrasonik kaynakla gövdeye bağlanmıştır. Bu iki koruma suya karşı dayanımı sağlar ve nemlenmeyi önler. Crastın sensör 70 C sıcaklıktaki su içinde bile güvenli halde çalışır. - 303 Paslanmaz Çelik Metal silindirik endüktif anahtarlar da, Metal kılıfın algılama yüzü plastik bi kapakla kapatılarak imal edilir. Bu plastik kapak sensörün içine nem girmasini önler. Crastın kılıfta olduğu gibi, komponentler yine vakumla reçine içine gömülür. - Led ( LIGHT EMITTING DIODE) Crastın sensörlerin pek çoğunda Led bulunmamasının nedeni, bu tip sensörler 70 C ye kadar suya daldırılmış halde iken bile çalışmaya müsade ederler. Ultrasonik kaynak bize bu imkanı verir. Oysa Led monte edildiğinde bu ortam şartlarında çalışması beklenemez. Sensörlerin çoğunda metali gördüğünde yanan bir sarı led mevcuttur. Bazı modellerde ise besleme gerilimini gösteren bir yeşil led de bulunur 24
C.2.5. Endüktif Anahtar Seçimi Seçim İçin Temel 6 Adım Vardır. Bunlar : SENSÖRÜN TİPİ ALGILAMA MESAFESİ SENSÖRÜN MONTAJI ELEKTRİKSEL ÇIKIŞ ANAHTARLAMA FREKANSI ÖZEL KOŞULLAR ADIM 1. Sensörün Tipi Herhangi bir uygulama için endüktif anahtar seçerken öncelikle sensörün tipi belirlenir. P+F tarafından aşağıdaki 5 (beş) temel tip anahtar sunulmaktadır. Silindirik Yüzey Montaj Varikont (Eski Limit Anahtar Tipi) U-Kesit Yüzük Tip Silindirik Algılama alanı sensörün ön yüzündedir. Sesör algılama mesafesi içine yatay veya dikey yönden gelen cisimleri algılar Yüzey Montaj Seçilen modele bağlı olarak üst yada yan yüzden algılama yapar. Varikont Bu sensörün algılama yönü 5 (beş) ayrı yönde ayarlanabilir. Boyutları ve montaj delikleri eski mekanik anahtarların aynıdır. Algılama ön yüzden veya 4 (dört) yan yüzeyden herhangi birinden yapılabilir. U-Kesit Algılama Alanı aynı aks üzerinde iki bobin arasında yoğunlaşmıştır. Bu iki bobin arasındaki bölgeye bir metal girdiğinde algılama yapar. Yüzük Tip Algılama alanı, yüzük içerisindedir. Sensör buj bölgenin içine giren metal cismi algılar. ADIM 2. Algılama Mesafesi Endüktif anahtarların algılama mesafesi, içindeki bobinin boyutu ile orantılıdır. Tabiki bu daha fazla algılama mesafesi için, daha büyük boyutlu anahtar demektir. Algılama mesafesi, hedefin (metal cisim) büyüklüğü, materyali ve ortam sıcaklığına bağlı olarak değişir. Hedefin Büyüklüğü : İdeal hedef endüktif anahtarın çapına eşit yada algılama mesafesinin 3 (üç) katı büyüklüğünde olmalıdır. Bu iki kriterden büyük olanı, hedefin büyüklüğü olarak seçilir. Hedef kalınlığı minumum 1 (bir) mm ' dir. 25
ÖRNEK: Sensör Çapı : 18 mm Sensör Çapı : 18 mm Algılama Mesafesi : 5 mm Algılama Mesafesi : 8 mm 3 x Alg. Mes. = 15 mm < Sensör Çapı 3 x Alg. Mes. = 24 mm > Sensör Çapı Hedef 18 x 18 x 1 mm Olmalıdır. Hedef 24 x 24 x 1 mm Olamalıdır. Daha küçük hedeflerin algılanması istenirse, algılama mesafesi azalır. Hedefin materyalide sensörün algılama mesafesini çok önemli ölçüde etkiler. Kataloglarda verilen nominal değerler yumuşak çelik için verilmiştir. Başka bir metal söz konusu ise algılama mesafesi aşağıdaki düşürme faktörü ile çarpılır. Yumuşak Çelik : 1.0 Alüminyum Folyo : 1.0 Paslanmaz Çelik : 0.85 Alüminyum : 0.40 Bakır : 0.3 Pirinç : 0.3 Ortam Isısı : Algılama mesafesi birkez ayarlandıktan sonra, sensörün doğru çalışması ortam ısısına bağlı olarak değişir. P+F sensörlerin verilen ısı değerlerine bağlı olarak, max. %10 sapma ile çalışması garanti edilmiştir. Histerizisı : Hedefin sensöre yaklaşırken algılama yaptığı nokta ile uzaklaşırken algılamanın sona erdiği nokta arasındaki mesafedir. Genellikle nominal algılama mesafesinin yüzdesi olarak belirtilir. ADIM 3. Sensör Montaji Temelde silindirik endüktif anahtarlar aynı çap için 2 ayrı tip algılama mesafesi vardır Örneğin M12, 2 mm yada 4 mm algılama yapabilir. Bu iki tipe düz kafalı ya da çıkık kafalı denir. Aşağıdaki tabloda bu tipler ve algılama mesafeleri verimiştir. Algılama Mesafesi (mm) Sensör Çapı (mm) Düz Çıkık Uzatılmış 6.,5 1,5 2-8 1,5 2-12 2 4 6 18 5 8 12 30 10 15 22 Düz ve Çıkık Kafa Sensörlerin Montajı : Daha önce bahsedildiği gibi endüktif anahtarların ön yüzünde bir manyetik alan oluşturu. Ancak bu alan aynı zamanda sensörün gömme montajına izin vermeyebilir. Çünkü monte edileceği metali algılar ve düzenli çalışmaz. Aşağıda düz ve çıkık kafalı sensörlerin güvenilir çalışma için gerekli montaj mesafelerini ve endüktif sensörlerin birbiri ardına monte edilecek ise aralarındaki en uygun mesafeleri görebilirsiniz. ADIM 4. Elektriksel Çıkışlar P+F her sensörün A.C. ve D.C. tipini üretmektedir. Sensörün elektriksel çıkışının bağlanacağı temel yükler: Programlanabilir Lojik Kontrol Cihazları Selenoidler 26
Röleler Kontrol Cihazları (Sayıcı v.b.) Günümüzde endüstriyel alanda kullanılan temel elektrisel çıkışlarda ise ; - 2 Telli Namur Namur, Avrupa 'daki Ölçme ve Kontrol Standartları Komitesi ' nin adıdır. 2 Telli D.C. sensör imalatçıları, Namur 'un getirdiği standart olan DIN 19234 'e uygun olarak üretim yapabilir. Aslında standartın adı olan Namur, daha sonra sensörün ismi olarak alınmıştır. P+F namur sensörleri NFPA stndartları ile de uyumludur. U.L. ve F.M. onayları mevcutdur. Özellikle patlama tehlikesi olan bölgeler için tasarlanmışlardır. Aynı zamanda da çok az komponent içerdikleri için namur sensörler (-N tip), endüktif anahtarlar içerisinde en yüksek anahtarlama frekansına sahiptirler. - Endüktif Namur Sensör Endüktif namur, çalışma prensiplerinde belirtilen kısımlardan sadece bobin ve osilatör içerir. Tetikleme ve çıkış devresi ayrı bir anfi içerisindedir. Sensör ile anfi arasındaki sinyal soldaki şekildeki gibidir. Namur,direnci 1KOhm ile 8KOhm arasında değişen bir direnç gibi davranır. Sensör metali görmez iken (sensör - 14Ohm), osilasyon 3 ma civarında bir akım çeker. Sensör metali gördüğünde (Sensör - 8KOhm) osilasyon durur ve akım 1mA altına düşer. Namur Sensör - Yük Bağlantısı Namur Sensör -OPAMP Bağlantısı - DC Elektriksel Çıkışlar -N TİP NAMUR 2 Telli / 5-25 VDC N tipi sensörler ancak ayrı bir anfi yada önceki konularda değinilen arabirim devreleri ile çalışabilir. Patlama tehlikesi olan alanlar için ya da hızlı anahtarlama frekansının gerektiği yerlerde kullanılır. N tiplerin çalışma sıcaklığı -14 C / 100 C. -SN ve S1N TİP 2 Telli / 5-25 VDC SN tipi, N tip Namur'un aynısıdır. Tek farkı P+F 'un yüksek güvenlik anfileri ile birlikte kullanım için tasarlanmıştır. Sensör yada anfide bir arıza olduğu anda çıkış otomatik olarak off olur. SN tipinde ısıya dayanım daha yüksektir. -40 C / 100 C. SN1 tipi ise yalnızca manyetik olmayan metalleri algılamak içindir. Özellikle alüminyum v.b... gibi. -Z TİP 2 Telli / 10-60 VDC Z tipi iki telli olup, D.C. Beslemelidir. Yük anahtarlara seri bağlanır. Polarite önemli değildir. Sukunet (kaçak akımı) yük üzerinden geçer. Sensör aktif olduğunda ise belirli bir voltaj düşer. Bu nedenle yük ve sensör seçimine dikkat edilmelidir. -E TİP 3 Telli / 10-30 VDC veya 10-60 VDC E(E0) NPN Normalde Açık E2 PNP Normalde Açık E tip çıkışlar en popüler tip olup, özellikle PLC ye bağlantı içindir. Bu tip anahtarlar aşırı yük, kısa devre ve ters polarite korumalıdır. Yük bağlantısı konusunda da kaçak akım ve voltaj düşümü problemi yoktur. Bazı modeller normalde kapalı olarak üretilmektedir. E veya E0 tipleri NPN çıkışlı, E2 tipleri ise PNP çıkış verir. 27
-A TİP 4 Telli / 10-30 VDC veya 10-60 VDC A NPN Normalde Açık A2 PNP Normalde Açık A tipi 4 (dört) telli ve D.C. beslemelidir. Avantajı ise hem normalde açık hemde normalde kapalı çıkışının olmasıdır. Bir önceki E ve E2 tipinin tüm özelliklerine saiptir. - AC Elektrisel Çıkışlar - W TİP 2 Telli / 20-250 VDC WS Normalde Açık WÖ Normalde Kapalı W tipi çıkışilar 2 telli ve tristör çıkışlıdır. Metal kılıflı modellerde üçünçü bir tel ile topraklama yapılmıştır. Bu tpilerde yük yine seri olarak bağlandığı için kaçak akım ve voltaj düşümüne dikkat edilmesi gerekir. WK tip çıkışlar kısa devre ve aşırı akım korumalıdır. -W3 TİP 3 Telli / 20-250 VAC W3 tip sensörler, üç telli ve Ac beslemelidir. Yük üzerinde kaçak akımı çok küçüktür. Bu nedenle yük ile bağlantıda hiç problem çıkarmaz. -W4 TİP 4 Telli / 20-250 VAC W4 tip çıkışlarda hem normalde açık hem de kapalı çıkışlar aynı anda kullanılabilir. Kaçak akımı ve voltaj düşümü dikkate alınmayacak kadar düşüktür. - AC / DC Elektrisel Çıkışlar -U TİP 4 Telli / AC/DC 20-250 VAC - 20-30 VDC U tip çıkışlarda iki telli olup, daha önce belirtilen kaçak akım ve voltaj düşümü konusuna yine dikkat edilmelidir. Bu tip AC yada DC çalışma avantajı sunar. ADIM 5. Anahtarlama Frekansı Anahtarlama frekansı, Hertz (Hz) olarak ölçülür ve sensörün bir saniyede kaç kez on of olabileceğinin ölçüsüdür. Özellikle hızlı algılama gereke uygulamalarda dikkate alınması gerekir. Hedefler arası mesafe en az iki hedef genişliğinde olmalı ve hedef en az sensörlerin çapına eşit olmalıdır. ADIM 6. Özel Koşullar 2 Telli DC ve Ac sensörler kullanılırken üzerinde düşen gerilime ve boşta çekilen akıma dikkat edilmelidir. Bu değerler yandaki diyagramlarda gösterilmiştir. 28 - Patlama Tehlikesi Olan Bölgeler (EX Bölgeler) P+F namur sensörler patlama tehlikesi olan bölgelerde P+F 'un FM ve CSA onaylı anfileri ile birlikte güvenli olarak kullanılabilir. Böylece EX--Proof sensörler veya kabinetler olmaksızın gerekli koruma sağlanmış olurki, bu da çok büyük bir maliyet avantajı getirir. Gerekli koruma mekanik veya fiziki izolasyon yerine elektronik olarak sağlanır. Örneğin Namur sensörler ile bağlana WE77/Ex1 anfisi ile hem namur sensörün beslenmesi sağlanır, hem de röle çıkışı alınabilir. Ayrıca da Ex sistem gereksinimlerine cevap verir.
C.3. Kapasitif Yaklaşım Anahtarı C.3.1. Kapasitif Yaklaşım Anahtarlarının Çalışma İlkesi Kapasitif yaklaşım anahtarı, bir kapasitörün elektrik alanına yaklaşan cismin neden olduğu kapasite değişikliğini algılayan siviç tir. Şekil 8 sağda bir plaka kondansatör elektrik alanı görülmektedir. Elektrik alanının en yoğun olduğu kısım sadece hedefin giremeyeceği bölgedir. Yoksa, birbirine bakan iki plakadan oluşan yapı gerekli olacaktır. Fakat bu plakaların çalışma ilkesinden yararlanabilmek için plaka kapasitör, şekil 8 solda veya şekil 9' da görüldüğü gibi geliştirilmiş ve sensörün bir tarafında toplanmıştır. Bu durumda, elektromanyetik alan içine yaklaşan bir cismin yarattığı 0.1 pf dolaylarındaki çok küçük kapasite değişimleri uygun olan bir yöntemle değerlendirilmeli ve bir sayısal anahtarlama sinyaline dönüştürülmelidir. Bu kapasitif, bir osilatör devresinin parçası olarak geliştirilmiştir ve kapasitörün değeri öyle bir şekilde seçilmiştir ki bir cisim olmadığı için etkilenmeden salınıma geçemeyecek büyüklüktedir. Fakat bir cisim elektromanyetik alan içine girerse, kapasite hafifçe artar ve osilasyon koşulu gerçekleşir. Osilatör yüksek genlikle salınmaya başlar. İndüktif yaklaşım anahtarlarında olduğu gibi düşük ve yüksek salınım genliği arasındaki fark veya bozulan salınım devre tarafından değerlendirilir ve sayısal çıkışa dönüştürülür. Normal çevre koşullarında ve açık alanda, etkin yüzey üzerinde nem yoğuşması veya toz birikmesi önlenemez. Bu nedenle kapasitif yaklaşım anahtarlarında birleştirilmiş iki elektroda ek olarak ( Bkz. şekil 8 ve 9 ) yoğuşmanın veya kirlenmenin oluşturacağı kapasite değişimlerini kompanze etmek için devreye bir de kompanzasyon elektrotu konulmuştur. 29
C.3.2. Kapasitif sensörün elektromanyetik alanı 1- Kompanzasyon elektrotu 2- Etkin elektrot 3- Muhafaza 4- Elektromanyetik alan 5- Topraklama elektrotu Şekil Kapasite değişikliğinin büyüklüğü aşağıdaki etkenlere bağlıdır: etkin yüzey önündeki cismin uzaklığı ve konumu cismin boyutları ve şekil cismin di elektrik katsayısı Bu nedenle, kapasitif yaklaşım anahtarı, plastik, cam, seramik veya su, yağ- gibi sıvı kötü. İletken veya iletken olmayan malzemeleri algılayabilir. Ayrıca, şüphesiz ki topraklanmış veya topraklanmamış tüm iletken malzemeleri algılar. Bir potansiyometre yardımı ile yapılan ince hassasiyet ayarı belirli malzemeleri algılayabilmesini sağlar (Bkz. şekil A). C.3.3.Kapasitif yaklaşım anahtarının kesiti ( KI tip) Şekil A C.3.4. Kapasitif Yaklaşım Anahtarların Özellikleri Yukarıda anlatılan Çalışma ilkesinden kapasitif yaklaşım anahtarının şu önemli özellikleri çıkarılabilir: Di elektrik katsayısına bağlı olarak kapasitif yaklaşım anahtarı iletken olmayan veya iyi iletken olmayan tüm malzemeleri algılayabilir. İndüktif yaklaşım anahtarlarında olduğu gibi çalışma ilkesi hedefin hareket etmesinden etkilenmez. Belirleyici olan uzaklıktır, hedef cismin yüzeyi önemli değildir. Kapasitif yaklaşım anahtarı plakalar arası sadece birkaç volt gerilimle çalışabildiğinden ve yalnızca birkaç mikro watt enerji harcadığından siviç yakınlarında hiçbir statik elektriklenme yapmaz ve RF gürültüsüne neden olmaz. Pratik olarak hedefe hiç bir etki yapmadan çalışır. 30
Uzaklıkla kapasite değişimi arasındaki ilişki, İndüktif yaklaşım anahtarları için görünür direnç değişimini gösteren şekil 6 daki gibi, açıkça doğrusal değildir. Bu nedenle kapasitif sensörde ideal olarak bir sayısal anahtar için uygundur. Sensörün ucu ile hedef plaka arasındaki mesafenin (S) bir fonksiyonu olarak sensör kapasitesi değişiminin (C) tipik eğrisi C.3.5.Montaj İndüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarının çalışma ilkesi manyetik veya elektromanyetik alanın sensör ön tarafında biçimlenmesi olayına bağlıdır. Her zaman için bu alanın sadece hedef cisimden etkilenmesi ve siviçe yakın diğer cisimleri algılamaması önlenemez. Yaklaşım anahtarının doğru çalışması için sensör kafa tarafının etrafında algılanabilir malzeme olmamasının garanti edilmesi gerekir. Yani indüktif yaklaşım anahtarlarında bu alanda iletken malzeme olmamalı ve kapasitif yaklaşım anahtarlarında bağıl dielektrik katsayısı yüksek hiçbir malzeme olmamalıdır. C.3.5.1. Silindirik tiplerin montajı EURO-Norm' una göre indüktif yaklaşım anahtarının metal içine gömülebilir veya gömülemez (flush veya nonflush) montajında aşağıdaki noktalara dikkat edilmesi gerekir. - gömülebilir montaj (f) Yaklaşım anahtarının etkin yüzeyi metal içine gömülebi1ir -gömülemez montaj (nf) d=yaklaşım anahtarının çapı s n =nominal algılama mesafesi Yaklaşım anahtarının etkin yüzeyi etrafında en az çizimde gösterildiği kadar boş alan bırakılmalıdır. 31
En çok yaygın olan silindirik tip indüktif yaklaşım anahtarına ilişkin montajı gösteren şekil 24, sensörün kenarlarında bırakılması gereken boş alanı verir. Yukarıdaki açıklığın sağlanamayacağı her yerde gömülebilir (flush) tip siviçler kullanılmalıdır. Bu tiplerde yaklaşım anahtarının etkin yüzeyi metal içine gömülü monte edilebilir. Daha önce şekil 31' de gösterildiği gibi bu tiplerin elektromanyetik alanları öyle bir şekilde ekranlanmışlardır ki sadece gözardı edilebilir bir miktarı etkin yüzeyin kenarlarına taşar. Bu nedenle, bu tipler yanal yaklaşımlara duyarlı değildir. Avantaj olan bu ekranlamanın aynı zamanda bir de dezavantajı vardır: aynı boyuttaki gömülemez tiple karşılaştırıldığında gömülebilir yaklaşım anahtarları daha kısa algılama mesafelerine sahiptir. Siviçin tipine bağlı olarak algılama mesafesindeki bu azalma nominal algılama mesafesinin % 50' sine kadar çıkabilir. Eğer birkaç tane ayni tip yaklaşım anahtarı birbirine yakın olarak montaj edilecekse sensörler arasında bırakılması gereken minimum açıklık vardır. Burada da şekil B' de Gösterilen açıklıklar bir kural olarak alınmalıdır. Şüphe durumunda üreticinin kataloglarına başvurulabilir. C.3.5.2. Silindirik tiplerin montajı - 2 Aynı tip yaklaşım anahtarları karşılıklı veya yan yana bağ1anacaksa bırakılması gereken en az mesafelere uyulmalıdır. indüktif indüktif (gömülemez) indüktif (gömülebi1ir) D=yaklaşım anahtarının çapı s=nominal algılama mesafesi kapasitif Şekil B 32
33