Katern voor scholing, her- en bijscholing
48
Een uitgave van Intech Elektro & ICT en otib februari 2011
inHoud 1
Sensoren
5
Cursussen
5
Fotowedstrijd
Sensoren Sensoren zijn niet meer weg te denken uit de automatiseringstechniek. Immers, steeds meer processen worden elektronisch geregeld en gecontroleerd. Zonder sensoren is dit onmogelijk. Een goede basiskennis van de verschillende typen sensoren, hun toepassingen, de wijze van aansluiten en instellen zijn onontbeerlijk voor iedereen die aan automatisering doet. Bewerking: Noud Heijna Bij elk automatiseringsproject worden sensoren gebruikt. Het aantal toepassingen waarin sensoren gebruikt kunnen worden is ontelbaar: signaleren, tellen, bewaken, beveiligen, lezen, meten, herkennen enzovoort. Steeds zijn het sensoren die de informatie opnemen en doorgeven aan een besturingssysteem (bijvoorbeeld een plc). Een goede basiskennis van de verschillende typen sensoren, hun toepassingen, de wijze van aansluiten en instellen zijn onontbeerlijk voor iedereen die aan automatisering doet. Sensoren kunnen ook opnemers, transmitters,
omvormers of signaalgevers worden genoemd. De onderlinge verschillen zijn echter te klein om elk verschil afzonderlijk te behandelen. Sensoren worden gebruikt om proceswaarden te meten, bijvoorbeeld druk, gewicht, temperatuur en niveau. Vervolgens wordt de gemeten waarde omgezet in een elektrisch signaal. Om dit signaal in een plc-programma te verwerken, moeten de sensoren op de ingangskaarten van een plc worden aangesloten.
Digitaal en analoog
Voor elke te meten proceswaarde zijn zowel digitale als analoge sensoren verkrijgbaar:
1. Sensoren zijn niet meer weg te denken uit de automatiseringstechniek. 48 1
IE02 Impuls 48.indd 1
07-02-11 16:03
sensoren
- Digitale sensor: deze heeft een inwendig schakelcontact, hij kan dus alleen maar een 1 of een 0 uitsturen. Het voordeel is dat een digitale sensor niet gevoelig is voor emc, het nadeel is dat hij in een plc-programma niet op afstand is te regelen. Dit komt doordat hij geen variabele waarde uitstuurt. - Analoge sensor: deze heeft inwendig een variabele weerstand (passief) of een koppeling die een signaal uitstuurt (actief). Het voordeel van deze sensor is dat processen gelijkmatiger zijn te regelen. Omdat hij een variabel signaal uitstuurt, is door dit signaal de software in de plc te wijzigen en het proces op afstand aan te passen. Het nadeel is dat hij gevoelig is voor emc. Er is nog een derde soort, namelijk de binaire sensor. Dit type is een tussenvorm van digitale en analoge sensoren. Binaire sensoren worden vaak in combinatie met Profibus toegepast.
moet worden ingesteld. Hij begint te regelen als zijn ingestelde waarde is bereikt. Een reduceerventiel is een voorbeeld van een controller. Een switch en een transmitter sturen wel een signaal uit, deze kunnen dus wel op een plc worden aangesloten. Een switch (S) is een schakelaar en kan dus alleen maar open of dicht zijn. Hij mag worden gezien als een digitale sensor. Een transmitter (T) stuurt een proceswaarde uit die door hem is omgezet in een standaard meet- en regelsignaal. Op de nieuwere transmitters is een aantal parameters in te stellen.
Digitale sensoren
Er zijn veel verschillende uitvoeringen van digitale sensoren, maar in principe werken ze allemaal hetzelfde, namelijk met een
Symbolen
Bij industriële installaties worden vaak flowschema’s toegepast. Deze maken gebruik van symbolen met bijbehorende afkortingen en nummers. Sensoren worden in een schema symbolisch weergegeven met een cirkel waar een afkorting en een nummer bij staat. Aan de afkorting is te zien om welk type sensor het gaat. De eerste letter geeft het type proceswaarde aan: F Flow (debiet) P Pressure (druk) W Weight (gewicht) T Temperature (temperatuur) L Level (niveau) De tweede en derde letter geven aan wat voor functie de sensor heeft. Dit kunnen verschillende combinaties zijn: I Indicator (indicatie, weergeven) C Controller (regelaar) S Switch (schakelaar) T Transmitter (overbrenger) Een indicator en een controller sturen geen signaal uit, ze worden daarom ook niet op een plc aangesloten. Een indicator (I) geeft alleen maar een indicatie van een proceswaarde aan. Denk bijvoorbeeld aan een signaallamp, een meter of een peilglas. Een controller (C) is een apparaat dat handmatig
2. Een transmitter stuurt een proceswaarde uit die is omgezet in een standaard meet- en regelsignaal.
FIS
415.1
PI
402.4B
WIT
409C
TIC
405.2
LS
409.2
3. Sensoren worden in een schema symbolisch weergegeven met een cirkel waarin een afkorting en nummer staat. De afkorting geeft aan om welk type het gaat.
4. Schema capacitieve niveaumeter.
schakelcontact. De meest voorkomende digitale sensoren zijn: - digitale fotosensoren (schakelen op licht); - digitale temperatuursensoren (schakelen met een Bi-metaal); - reedcontacten (magnetische schakelcontacten); - drukknoppen; - eindschakelaars; - druksensoren. Een naderingsschakelaar kan ook worden gezien als een digitale sensor, maar heeft een paar interessante eigenschappen. Een daarvan is dat hij contactvrij werkt. Als een voorwerp dicht genoeg langs de schakelaar komt, schakelt hij. Het schakelen op zich is ook contactvrij, namelijk door condensatoren, spoelen, licht of geluid. Er is onderscheid te maken tussen capacitieve en inductieve naderingsschakelaars: - Inductief: deze kan alleen metaal detecteren en heeft een bereik van 5 – 20 mm. - Capacitief: deze kan alles detecteren, zoals plastic, glas, hout, papier, water, metaal, olie enzovoort, en heeft een bereik van 5 – 20 mm. Het is niet altijd te zien om welk type naderingsschakelaar het gaat. Om dit zeker te weten, moet deze worden aangesloten en kan er een stukje plastic voor worden gehouden. Als hij schakelt, is de schakelaar capacitief. Als er op grotere afstanden (20 mm – 20 m) moet worden geschakeld, kan een optische of utrasone sensor uitkomst bieden.
Digitale optische sensoren
Digitale optische sensoren schakelen door lichtonderbrekingen van de lichtstraal. Omdat deze sensoren op licht werken, bestaan ze uit twee delen: de lichtzender en de lichtontvanger. Ook de optische sensoren zijn in verschillende uitvoeringen te verkrijgen, namelijk: - Direct werkende optische sensor: de zender en ontvanger zijn van elkaar gescheiden. Als de lichtstraal wordt onderbroken schakelt de sensor. - Indirect reflecterende optische sensor: de zender en ontvanger kunnen in een enkel omhulsel zitten. Er wordt een lichtstraal via een spiegel op de ontvanger weerkaatst. Op het moment dat de lichtstraal wordt onderbroken, schakelt de sensor. - Direct reflecterende optische sensor: de
48 2
IE02 Impuls 48.indd 2
07-02-11 16:03
sensoren
digitale ingang/uitgangskaart voeding vanaf powersupply van plc
digitale ingangen startknop digitale uitgangen klemmenstrook naderingsschakelaar
0 1 2 3 4 5 6 7
2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1 2 3 4 5 6 7
10 12 2L+ 13 14 15 16 17 18 19 20 2M
aansluitingen
1L+
1M
klepje
5. Schematische weergave van een digitale in- en uitgang.
zender en ontvanger kunnen in een enkel omhulsel zitten. Deze sensor is alleen toe te passen bij reflecterende voorwerpen. Op het moment dat de lichtstraal wordt gereflecteerd, schakelt de sensor. Mocht het zo zijn dat optische sensoren niet aan de proceseisen voldoen, dan kan een ultrasone sensor worden gebruikt. Deze kan bijvoorbeeld voor een niveaumeting worden gebruikt. De ultrasone sensor zendt een hoogfrequente geluidsimpuls uit. Zodra de impuls tegen een object of oppervlakte stoot, wordt hij teruggekaatst. Wanneer de echo terug bij de sensor komt, zit er een tijdsverschil tussen het moment van zenden en ontvangen. Door deze tijd is een afstand te bepalen. Ongeacht hun kleur worden bijna alle materialen die geluid weerkaatsen gedetecteerd. Zelfs dunne folie of glasheldere materialen zijn voor ultrasone sensoren geen probleem. De sensor is betrouwbaar als het te meten materiaal horizontaal is ten opzichte van de sensor (geen golven in vloeistof) en als de ruimte tussen de sensor en het object schoon is.
voeding van de powersupply. Deze kaart kan zijn voeding ook van een externe spanningsbron krijgen (dit wordt meestal toegepast bij grotere installaties). In de praktijk zit er vaak een klemmenstrook tussen de sensoren en de plc, zodat doorverbindingen van de +24 V niet op de plc, maar op de klemmenstrook kunnen worden gemaakt.
Analoge sensoren
Ook met analoge sensoren zijn verschillende proceswaarden te meten. Voor systemen waar een gelijkmatige regeling nodig is, worden analoge sensoren toegepast. De meest voorkomende waarden zijn: druk, niveau,
temperatuur, flow (debiet) en gewicht. Om een analoog signaal naar een plc te sturen, zal een proceswaarde naar een elektrisch signaal moeten worden omgezet. De plc moet weten wat voor soort signaal hij kan verwachten. Afhankelijk van de plc en/of kaart is dit hardware- of softwarematig in te stellen. Bijvoorbeeld bij de Siemens Simatic manager: - kies in de Simatic Manager voor de optie hardware; - dubbelklik op de optie analoge ingangen; - kies de optie input. Afhankelijk van de gebruikte sensor moet het juiste type input worden gekozen: E (V), I (A) of R (Ω). Druksensoren (piëzo-element) Het Griekse woord voor druk is piëzo. En piëzo-element zet een druk om in een elektrisch signaal. Het toepassingsgebied van dit elementen bedraagt 0 – 1.000 bar. In systemen, zoals spuitgietmachines of grote persen (hoge druk), kunnen druksensoren worden toegepast. Ook een bloeddrukmeter (lage druk) is een druksensor. Om een druk gelijkmatig te regelen worden analoge druksensoren gebruikt. Druksensoren kunnen ook voor niveaumetingen worden toegepast. Een niveauverandering van een vloeistof geeft namelijk een evenredige drukverandering. Niveaumeters Voor het meten van een tankniveau worden niveaumeters gebruikt. Er kan onderscheid worden gemaakt in verschillende typen:
sensor
zendsignaal
echo
Aansluiten
Op het klepje van de kaart staat een tekening op welke contacten de in- en uitgangen moeten worden aangesloten. Op de bovenkant van deze kaart zitten de ingangen en op de onderkant de uitgangen. In de tekening krijgt de digitale kaart zijn
object
6. Schematische werking van een ultrasone sensor.
7. Een analoge positiesensor voor actuatoren in de procesindustrie. 48 3
IE02 Impuls 48.indd 3
07-02-11 16:03
sensoren
8. Moderne sensoren kunnen hun signaal ook draadloos doorgeven.
9. Er zijn tal van goede sensoren om de temperatuur te meten.
- Capacitieve niveaumeter: deze meet het aantal Farads (F) tussen de tank en de elektrode van de meter. Het verschil in Farads staat voor het niveauverschil. - Utrasone niveaumeter: deze meet het niveau met teruggekaatst geluid. - Niveaumeting door druk: aan de hand van het gewicht van het materiaal in de tank wordt het niveau bepaald. Thermometers Temperatuur (T) is de meest gemeten natuurkundige proceswaarde. Er zijn goede sensoren om de temperatuur te meten, een veelgebruikte is de pt-100. Deze bestaat uit platina omdat dat een groot meetgebied heeft, namelijk van -260 – 850 °C. Een eigenschap van de pt-100 is dat hij een weerstand van 100 W bij een temperatuur van 0 °C heeft en dat de weerstand lineair open afloopt met de temperatuur. In bijna alle gevallen wordt een pt-100 met drie draden in plaats van twee aangesloten. Dit komt doordat de weerstandsverandering moet worden omgezet naar een elektrisch signaal. Een thermokoppel meet een temperatuurverschil op een andere manier. Hij wekt een spanning op als de temperatuur verandert. Hoe hoger de temperatuur, des te hoger de spanning. In de sensor zit een gedeelte gebouwd dat de relatief kleine thermokoppelstroom omzet naar een stroom van 4 – 20 mA. Zodoende kan het thermokoppel op een ingangskaart van de plc worden aangesloten.
Flowmeters Stroming, volume en massaflowmetingen van vloeistoffen en gassen worden in de praktijk veel toegepast. Een flowmeter meet het aantal l/min. dat door een buis stroomt. Er zijn vier verschillende manieren om analoge sensoren aan te sluiten. Er zijn acht kanalen (ch0 tot en met ch7) die elk vijf aansluitingen hebben. Afhankelijk van de sensor worden de verschillende aansluitingen gebruikt. Als de proceswaarde binnenkomt in: - V: de eerste en vijfde aansluiting. - A: de tweede en vijfde aansluiting. - mV: de vierde en vijfde aansluiting. - Regelbare weerstand: de derde, vierde en vijfde aansluiting.
Instellen
De keuze van het juiste nulpunt (zero) en het juiste meetbereik (span) is belangrijk. Als een temperatuursensor bijvoorbeeld is ingesteld op 100 – 500 °C = 4 – 20 mA, regelt de regelaar niet op 90 °C. Het aantal instellingen is beperkt. De grenzen waartussen kan worden ingesteld staan meestal op de transmitter en in de documentatie. Kies het nulpunt en de meetbreedte zo dat de ingestelde waarde in het midden van de meetbreedte ligt. Het is belangrijk dat signalen die de sensor meet ook daadwerkelijk bij de plc aankomen. Eigenlijk mag er geen storing op het sensorsignaal zitten, maar er zit altijd wel iets van een ruis op. Dit moet echter tot het minimum worden beperkt.
Stoorbronnen
Motoren staan bekend als stoorbronnen. Wanneer een signaalvoerende kabel te dicht langs een motor loopt, verstoort dit het signaal. Door deze verstoring komt er een verkeerd signaal bij de plc binnen, waardoor er vervolgens een verkeerd signaal uit de plc komt. Voornamelijk de sensorsignalen van 0 – 10 V zijn erg gevoelig voor emc. Dit komt omdat elektromagnetische velden, inductiespanningen in de sensorkabel op kunnen wekken. Om inductiespanningen tegen te gaan wordt gebruikgemaakt van speciaal afgeschermde kabels. Deze hebben een gevlochten metalen mantel die de meeste elektromagnetische velden tegenhoudt. Het is natuurlijk beter om stoorzenders uit de weg te gaan. Tegenwoordig wordt er dan ook van glasvezelkabels gebruikgemaakt om het emc-probleem te omzeilen.
In het algemeen hebben sensoren twee instellingen, te weten: - Nulpunt (zero), dit is de meetwaarde bij een 4 mA-uitgangssignaal. - Meetbreedte (span), dit is de meetbreedte als het uitgangssignaal van 4 – 20 mA varieert.
10. In vrijwel elk industrieel proces spelen sensoren een belangrijke rol.
48 4
IE02 Impuls 48.indd 4
07-02-11 16:04
cursussen
fotowedstrijd
Cursussen Technische Beveiliging (tbv)
Voor wie? Monteur, onderhoudsmonteur, servicemonteur. Waar? www.roc.nl. tbv-opfris
Voor wie? Iedereen met het diploma Technicus Beveiligingsinstallaties. Waar? www.mijnkenteq.nl.
Monteur beveiligingsinstallaties (mbv)
Voor wie? Monteur, monteur alarminstallaties, monteur inbraaksignaleringssystemen. Waar? www.cursusloket.nl, www.mijnkenteq.nl, www.vandusseldorp-training.nl, www.soba.nl.
Examentraining mbv (praktijk)
Voor wie? Monteur beveiliginginstallaties. Waar? www.mijnkenteq.nl, www.cursusloket.nl.
Examentraining mbv (theorie)
Voor wie? Monteur beveiliginginstallaties. Waar? www.mijnkenteq.nl, www.cursusloket.nl.
Security en Internet protocol
Voor wie? Personeel technische inbraakbeveiligingssector. Waar? www.mijnkenteq.nl.
Toegangsbeheer en controle
Voor wie? Adviseur beveiligingsinstallaties. Waar? www.vandusseldorp-training.nl.
isdn en adsl voor de beveiligingstechniek
Voor wie? Monteur cctv, monteur beveiligingssystemen. Waar? www.vandusseldorp-training.nl. ict-beheer
(netwerkbeheerder)
Voor wie? Medewerker ict-beheer, schoolverlater vmbo. Waar? www.roc.nl.
Brandmeldingsinstallaties algemeen
Voor wie? Monteur. Waar? www.obex.nl.
Het meest actuele overzicht van opleidingen en aanbieders staat ook op www.etalage.otib.nl.
Fotowedstrijd ‘Zo moet het niet’ Onder het motto ‘Zo moet het niet’ zoekt de redactie van Intech Elektro en ict naar duidelijke voorbeelden van slecht of foutief uitgevoerde installaties. Inzenders van wie de foto’s worden geplaatst winnen een Isso-handboek ter waarde van 245 euro. De foto’s (van goede kwaliteit), vergezeld van een korte beschrijving en naam en adres van de inzender, kunnen – o.v.v. ‘Zo moet het niet’ – worden gemaild naar
[email protected], of per post naar Intech Elektro en ict, t.a.v. redactie, postbus 188, 2700 AD Zoetermeer.
Prijswinnaar van deze maand
Deze maand gaat het Isso-handboek naar Peter Voogt van Hoogenboom Elektra in Brielle. Hij werd door een klant gevraagd de installatie te herstellen en op te schonen. Het ging hier om een hotel in een oud pand. Boven de systeemplafonds werden al doende tal van gevaarlijke situaties ontdekt. Het Issohandboek is inmiddels onderweg. Namens de redactie: van harte gefeliciteerd.
Kijk voor meer foto’s van slecht uitgevoerde installaties op www.intechei.nl, Zo moet het niet.
48 5
IE02 Impuls 48.indd 5
07-02-11 16:04
