โครงสร้างทางเทคนิคและการใช้งาน Input Unit

Sensor ในงานอุตสาหกรรม

Sensor เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้งานอุตสาหกรรมในระบบการควบคุมแบบอัตโนมัติซึ่งสามารถ แบ่งแยกตามลักษณะการใช้งานและคุณสมบัติที่ได้ คือ...

1.             Limit Switch (สวิทซ์จำกัดระยะ)

การทำงานจะอาศัยแรงกดจากภายนอกมากระทำ เช่น วางของทับที่ปุ่มกด หรือ ลูกเบี้ยวมาชนที่ปุ่มกด

2.             Photo Electric Sensors เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับตรวจจับการมี หรือ ไม่มีวัตถุที่เราต้องการตรวจจับ โดยอาศัยหลักการวัดปริมาณของความเข้มของแสงที่กระทบกับวัตถุและ สะท้อนกลับมายัง Photo Electric Sensors

3.             Proximity Sensors เป็นอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ที่ใช้สำหรับตรวจจับการมีหรือไม่มีของวัตถุโดย อาศัยหลักการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า แบ่งได้เป็น 2 แบบคือ

a. ชนิดสนามแม่เหล็ก (Inductive)

b. ชนิดสนามไฟฟ้า (Capacitive)

ซึ่งพอที่จะสรุปจุดเด่น จุดด้อยในการนำ Sensor แบบต่างๆ มาใช้งานได้ตามตารางข้างล่างนี้

ข้อเปรียบเทียบระหว่างลิมิตสวิตซ์กับเซ็นเซอร์ชนิดต่างๆ จุดเด่นในการใช้งาน		จุดด้อยในการใช้งาน
ลิมิตสวิตซ์ (Limit Switches)	- ติดตั้งสะดวก , ง่าย - เป็นอุปกรณ์ที่มีสวิทซ์แยก(Isolated) - ไม่ต้องมีไฟเลี้ยงวงจรในการทำงาน - การทำงานเชื่อถือได้ - มีความสามารถในการรับกระแสได้ สูงในการทำงาน - มีความแม่นยำและเที่ยงตรง - ราคาต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับชนิด อื่นๆ		- มีอายุการใช้งานจำกัด - มีความเร็วการทำงานจำกัด (ประมาณ 1.5 เมตร/วินาที) - หน้าคอนแทคเสื่อมและทำงานได้ ไม่เต็มประสิทธิภาพเมื่อถึงระยะเวลา ที่กำหนด - ดัชนีการป้องกัน (IP) ถูกจำกัด - ความน่าเชื่อถือต่ำเมื่อทำงานที่มี ระดับสัญญาณต่ำ
เซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ (Inductive Proximity Sensors)	- อายุการใช้งานไม่ได้ขึ้นอยู่กับ จำนวนครั้งของการทำงาน - มีลำตัวที่แข็งแรงสามารถใช้งานใน โรงงานได้ดี - มีดัชนีการป้องกัน (IP)สูง - สามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์ อิเลคทรอนิกส์ได้ดี - ไม่มีส่วนประกอบใดๆ ที่ต้องสัมผัส กับวัตถุที่ตรวจจับ - สามารถตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ย่าน ความเร็วสูงได้		- ระยะการตรวจจับจำกัด (ประมาณ 60 mm) - ตรวจจับได้เฉพาะวัตถุที่เป็นโลหะ เท่านั้น - การคำนวณจุดการทำงาน(Switching Point) ได้ยาก หากเป้าตรวจจับไม่ได้มาตรฐาน (เล็กกว่า)และชนิดของโลหะที่ไม่ใช่ เหล็ก
เซ็นเซอร์แบบเก็บประจุ (Capacitive Proximity Sensors)	- สามารถตรวจจับวัตถุได้ทุกชนิด - สามารถตรวจจับผ่านแผ่นกั้น (Partition) ได้		- มีความไวสูงต่อการเปลี่ยนแปลง รอบข้าง เช่น อุณหภูมิและความชื้น - ระยะการตรวจจับที่จำกัด
เซ็นเซอร์แบบใช้แสง (Photo Electric Sensors)	- สามารถตรวจจับในระยะไกลได้ - สามารถตรวจจับวัตถุได้ทุกชนิด - สามารถตรวจจับวัตถุได้ทุกขนาด รวมถึงวัตถุที่มีลักษณะแหลมคม - มีเอาต์พุตทั้งแบบรีเลย์หรือโซลิต สเตท - มีชนิดที่ออกแบบสำหรับตรวจจับ แถบสี (Colour Mark)		- ประสิทธิภาพการทำงานลดลงเมื่อมี ฝุ่นหรือสิ่งสกปรกจับที่ด้านหน้าชุด ส่งหรือชุดรับแสง - การทำงานอาจผิดพลาดได้หากมี การใช้งานบริเวณรอบข้างที่มีแสง สว่างจ้าเกินไป

โครงสร้างทางเทคนิคและการใช้งาน Input Unit

1.PROXIMITY  SWITCH

พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ (Proximity Sensor) หรือ พร็อกซิมิตี้สวิตซ์ (Proximity Switch) คือ เซนเซอร์ชนิดหนึ่งที่สามารถทำงานโดยไม่ต้องสัมผัสกับชิ้นงานหรือวัตถุภายนอก โดยลักษณะของการทำงานอาจจะส่งหรือรับพลังงานรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งดังต่อไปนี้ คือ สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า แสง เสียง และ สัญญาณลม ส่วนการนำเซนเซอร์ประเภทนี้ไปใช้งานนั้น ส่วนใหญ่จะใช้กับงานตรวจจับ ตำแหน่ง ระดับ ขนาด และรูปร่าง ซึ่งโดยปกติแล้วจำนำมาใช้แทนลิมิตสวิตซ์ (Limit Switch) เนื่องด้วยสาเหตุของอายุการใช้งานและความเร็วในการตรวจจับวัตถุเป้าหมาย ทำได้ดีกว่าอุปกรณ์ประเภทสวิตซ์ซึ่งอาศัยหน้าสัมผัสทางกล

ประเภทของพร็อกซิมิตี้เซนเซอร์

1.เซนเซอร์แบบเหนี่ยวนำ (Inductive Sensor) เป็นเซนเซอร์ที่ทำงานโดยอาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำของขดลวด ซึ่งการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะมีผลต่อชิ้นงานหรือวัตถุที่เป็นโลหะเท่านั้น หรือเรียกกันทางภาษาเทคนิคว่า ” อินดั๊กตีฟเซนเซอร์ ”

ข้อเด่นของเซนเซอร์ชนิดนี้ คือ ทนทานและสามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง (wide temperature ranges) สามารถทำงานในสภาวะที่มีการรบกวนทางแสง (Optical) และเสียง (Acoustic) ซึ่งเทียบเท่ากับชนิดเก็บประจุ

2.เซนเซอร์ชนิดเก็บประจุ (Capacitive Sensor) เซนเซอร์ประเภทนี้มีโครงสร้างทั้งภายนอกและภายในคล้ายกับแบบเหนี่ยวนำ การเปลี่ยนแปลงของความจุ ซึ่งเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ของวัตถุชนิดหนึ่งเข้ามาใกล้สนามไฟฟ้าของคาปา ซิเตอร์ เซนเซอร์ชนิดนี้สามารถตรวจจับอุปกรณ์ที่ไม่ได้เป็นโลหะได้ และเป็นโลหะได้

หลักการทำงานของเซนเซอร์แบบเหนี่ยวนำ

บริเวณส่วนหัวของเซนเซอร์จะมีสนามแม่เหล็กซึ่งมีความถี่สูง โดยได้รับสัญญาณมาจากวงจรกำเนิดความถี่ ในกรณีที่มีวัตถุหรือชิ้นงานที่เป็นโลหะเข้ามาอยู่ในบริเวณที่สนามแม่เหล็ก สามารถส่งไปถึง จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ จากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นทำให้เกิดการหน่วงออสซิลเลท (oscillate) ลดลงไป หรือบางทีอาจถึงจุดที่หยุดการออสซิลเลท และเมื่อนำเอาวัตถุนั้นออกจากบริเวณตรวจจับ วงจรกำเนิดคลื่นความถี่ก็เริ่มต้นการออสซิลเลทใหม่อีกครั้งหนึ่ง สภาวะดังกล่าวในข้างต้นจะถูกแยกแยะได้ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ภายใน หลังจากนั้นก็จะส่งผลไปยังเอาต์พุตว่าให้ทำงานหรือไม่ทำงาน โดยทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของเอาต์พุตว่าเป็นแบบใด เพื่อเป็นการลดจินตนาการในการทำความเข้าใจการทำงานของเซนเซอร์ชนิดนี้จึงขอ แสดงด้วยรูปต่อไปนี้

Sensing Distance (SN) : ระยะที่ตัวเซนเซอร์สามารถตรวจวัตถุได้ซึ่งจะขึ้นอยู่กับชนิด ขนาดของวัตถุและเส้นผ่านศูนย์กลางของ Sensor ซึ่งโดยปกติแล้ว ถ้าเส้นผ่านศุนย์การของตัว Sensor ใหญ่ก็ยิ่งทำให้ระยะการตรวจจับได้ไกล

Target Material Factor : เป็นค่า Factor โดยประมาณของวัตถุแต่ละชนิด ใช้สำคูณกับค่า Sensing Distance เพื่อให้ได้ค่าระยะการตรวจจับที่แน่นอนยิ่งขึ้น เมื่อใช้ Inductive Sensor ในการตรวจจับวัตถุชนิดนั้นๆ

Hysteresis : เป็นช่วงหรือย่านที่ตัว Sensor จะให้สถานะของ Output เป็น On หรือ Off ซึ่งโดยปกติแล้วในการออกแบบเครื่องจักรต่างๆ ต้องคำนึงถึงค่านี้ด้วยเพื่อให้มั่นใจได้ว่าตัว Sensor ของเราที่ติดตั้งไปแล้วนั้นจะสามารถทำงานได้อย่างถูกต้องและแน่นอนตลอดเวลา

Mountable : เป็นรูปแบบในการติดตั้งตัว Sensor ซึ่งโดยปกติแล้วตัว Sensor ทั้ง Inductive และ Capacitive จะมีรูปแบบในการติดตั้่งอยู่ 2 ชนิด คือ แบบ Flush Mount และ Non Flush Mount โดยมีลักษณะในการติดตั้งที่แตกต่างกันตามรูป ถ้ามีการติดตั้งที่ผิดวิธีก็อาจจะทำให้การทำงานของตัว Sensor ผิดพลาดได้

รูปร่างหน้าตาของตัว Proximity Sensor