Darmowa dostawa od 1000 zł
Szybka realizacja zamówień
powered by: Smart Search
zamknij
Jak ograniczyć zakłócenia elektromagnetyczne wpływające na pracę czujników przemysłowych

Niestabilna praca czujników często nie jest winą samego urządzenia, ale zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycznych, sposobu w jaki poprowadzono przewody oraz zbudowano tor detekcji. Dobra wiadomość jest taka, że większość problemów w EMC w automatyce przemysłowej da się opanować kilkoma konsekwentnie stosowanymi zasadami dotyczącymi doboru czujnika, ekranowania przewodów oraz konfiguracji wejść w sterowniku.

Skąd biorą się zakłócenia elektromagnetyczne w systemach automatyki?

Zakłócenia elektromagnetyczne to nic innego jak niepożądane sygnały, które oddziałują na tor pomiarowy czujnika i zaburzają jego odczyt. W praktyce może to być odbierane jako zakłócenia pracy systemów automatyki, niestabilna praca czujników, fałszywe zadziałania wejść, skoki wartości analogowych albo sporadyczne, trudne do odtworzenia błędy.

Do najczęstszych źródeł zakłóceń w automatyce przemysłowej należą:

  • Falowniki, softstarty i szybkie styczniki generujące intensywne zakłócenia EMC/EMI.
  • Przewody silnikowe prowadzone równolegle z cienkimi przewodami sygnałowymi bez ekranowania.
  • Zasilacze bez odpowiednich parametrów EMC i dodatkowych filtrów, zasilające jednocześnie sterowniki, czujniki i inne urządzenia.
  • Chaotyczne uziemienie i pętle masy w szafach sterowniczych.

Wrażliwość na zakłócenia zależy też od rodzaju czujnika. Np. czujniki pojemnościowe i optyczne są bardziej podatne na zakłócenia i warunki środowiskowe niż czujniki indukcyjne.
Patrz też: Warunki pracy czujników optycznych w środowisku przemysłowym

Projekt toru detekcji z myślą o EMC

Dobór odpowiedniego czujnika

Jeśli na linii pracują falowniki, duże silniki, spawarki lub zasilacze impulsowe, należy koniecznie sprawdzić odporność czujnika na zmienne pole magnetyczne i zakłócenia galwaniczne już na etapie wyboru sensora. W praktyce dobrze warto wiedzieć, że:

  • Czujniki indukcyjne i wiele czujników procesowych (np. ciśnienia) są z natury bardziej odporne na zakłócenia i typowe warunki przemysłowe panujące na liniach produkcyjnych.
  • Z kolei czujniki o wysokiej czułości, które mogą interpretować zakłócenia jako sygnał – jak np. czujniki pojemnościowe, część czujników optycznych oraz ultradźwiękowych – powinny być wybierane i używane w sposób świadomy, z dużą dbałością o ekranowanie i sposób prowadzenia przewodów oraz odpowiednie ustawienie parametrów (czułość, histereza, filtry czasowe). Pozwoli to uniknąć ryzyka dużej liczby fałszywych wyzwoleń czujnika.
  • Warto też wybierać rozwiązania ze wzmocnioną konstrukcją, przystosowane do wymagań trudnego środowiska przemysłowego (wibracje, wysoka temperatura, pole elektromagnetyczne).

Patrz też: Czujniki refleksyjne w liniach produkcyjnych – stabilna detekcja obiektów 

Ekranowanie przewodów i prowadzenie tras

W wielu przypadkach zakłócenia pracy czujników przemysłowych zaczynają się już na etapie okablowania, bo nawet najlepszy czujnik nie będzie w stanie generować stabilnego sygnału, bez właściwego ekranowania i prowadzenia przewodów. Z tego względu w systemach przemysłowych warto pamiętać o stosowaniu kilku podstawowych zasad:

  • W miejscach, gdzie w pobliżu są falowniki, duże silniki lub inne silne źródła fal elektromagnetycznych, należy stosować ekranowane przewody sygnałowe.
  • Należy zadbać o ciągłość ekranu na całej długości przewodu. Ekranowanie przewodów nie może być fragmentaryczne, uszkodzone, ani kończyć się przed złączem.
  • Przewody sygnałowe i przewody silnikowe należy prowadzić w osobnych korytkach, a jeśli muszą się skrzyżować, to ich trasy powinny przecinać się pod kątem prostym.
  • Należy zadbać, aby ekran miał mocny, możliwie krótki styk z szyną PE (obejmy EMC, listwy z zaciskami ekranów).

Patrz też: Jak działają czujniki wizyjne?

Zasilanie, filtry i szafa sterownicza

Kolejne miejsce, gdzie rodzą się zakłócenia, to zasilanie i szafa sterownicza. Jeśli czujniki, sterowniki PLC i napędy podłączane są bez odpowiedniej separacji i filtracji, problemy z niestabilną pracą czujników są właściwie kwestią czasu. Dlatego należy:

  • Montować zasilacze na szynach DIN o dobrych parametrach EMC, z odpowiednimi zabezpieczeniami i stabilnym napięciem, dedykowanych obwodom sterowania i czujnikom.
  • Stosować zewnętrzne filtry EMC w obwodach zasilania falowników, szczególnie przy mniejszych mocach (w przypadku których producenci zalecają stosowanie dodatkowych filtrów).
  • Zadbać o odpowiednie uziemienie płyty montażowej i obudowy oraz rozdzielenie części mocy i sygnałowej w szafie.

Dzięki temu zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez napędy i zasilacze nie będą zakłócać działania całej instalacji i poprawnej pracy czujników.

Parametryzacja czujników i wejść. Nieprawidłowe działanie nie zawsze wynika z uszkodzenia mechanicznego

Z punktu widzenia projektowania systemów i zwiększania skuteczności detekcji, ważne jest właściwe ustawienie czułości, histerezy i filtrów czasowych czujników, ponieważ zbyt wysoka czułość sensora lub zbyt szybka reakcja wejścia sterownika może powodować, w skrajnych przypadkach, potraktowanie praktycznie każdego impulsu zakłócającego jak zdarzenia wyzwalającego. Dlatego warto przemyśleć:

  • Obniżenie czułości czujnika (jeśli jest taka możliwość) i niewielkie zwiększenie histerezy, które potrafią wyraźnie zmniejszyć liczbę fałszywych uaktywnień czujnika w przypadku wystąpienia zakłóceń.
  • Włączenie filtrów czasowych na wejściach PLC (debouncing, minimalny czas trwania stanu), ponieważ pozwala to zmniejszyć wpływ krótkich impulsów EMI na logikę sterowania.
  • Uśrednienie sygnałów analogowych i ustawienie odpowiednich progów alarmowych pozwalających na minimalizację skutków chwilowych szumów na liniach pomiarowych.

To często proste działania, które potrafią radykalnie poprawić stabilność sygnałów cyfrowych, a są znacznie tańsze, niż wymiana całej rodziny czujników na inne.

Patrz też: Czujniki ultradźwiękowe: kiedy wybrać je zamiast indukcyjnych, optycznych czy pojemnościowych?

Najczęściej zadawane pytania

Co może zakłócać działanie czujników ruchu?

Działanie czujników ruchu (optycznych, ultradźwiękowych, pojemnościowych) mogą zakłócać zarówno czynniki elektromagnetyczne, jak i środowiskowe. Do tych pierwszych należą przede wszystkim zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez falowniki, silniki, zasilacze oraz źle ekranowane przewody, które powodują powstawanie fałszywych impulsów na wejściach sterownika lub samego czujnika.

Z kolei, od strony procesu, czujniki ruchu potrafią reagować na wibracje, odbicia światła od błyszczących powierzchni, zmiany temperatury, a w przypadku czujników pojemnościowych – na zmiany wilgotności oraz obecność innych obiektów w polu detekcji. Dlatego przy diagnozowaniu i eliminowaniu problemów zawsze warto sprawdzić jednocześnie: okablowanie, ekranowanie, sposób montażu czujnika oraz jego parametry.

Jakie są standardowe sygnały w automatyce?

W automatyce przemysłowej standardowe sygnały to przede wszystkim sygnały dyskretne (wejścia/wyjścia dwustanowe) oraz sygnały analogowe o standardowych poziomach. Do najczęściej stosowanych należą wyjścia typu PNP/NPN 24 V DC dla czujników przemysłowych i przycisków, a także sygnały analogowe 4–20 mA oraz 0–10 V stosowane w przypadku pomiaru ciśnienia, poziomu, temperatury lub położenia.

Coraz częściej stosuje się również komunikację cyfrową (np. IO-Link, Modbus, Profinet), która pozwala przesłać jednym przewodem większą ilość danych i skuteczniej kontrolować stan czujników.

Niezależnie jednak od standardu, każdy z tych sygnałów może być podatny na zakłócenia, jeśli nie zadba się o odpowiednie ekranowanie przewodów, filtrowanie sygnałów oraz poprawne uziemienie.

Jak zmniejszyć czułość czujki ruchu?

Zmniejszenie czułości czujnika ruchu to jeden z prostszych sposobów na zapobieganie fałszywym zadziałaniom wywołanym przez zakłócenia elektromagnetyczne lub bodźce z otoczenia. W wielu czujnikach można to zrobić bezpośrednio w samym urządzeniu, przez zmianę nastaw (potencjometr, przycisk, tryb pracy) albo zmianę parametrów ustawianych w sterowniku.

W praktyce najlepszym rozwiązaniem jest połączenie trzech działań:

  • Nieznaczne obniżenie czułości i zwiększenie histerezy lub progu zadziałania czujnika, tak by reagował tylko na ruch, który jest istotny z punktu widzenia procesu.
  • Dodanie filtru czasowego na wejściu PLC, aby krótkie impulsy nie wywoływały reakcji.
  • Upewnienie się, że przewody są poprawnie ekranowane i nie biegną tuż obok przewodów silnikowych lub zasilających falowniki.

Takie podejście pozwala ograniczyć zarówno wpływ zakłóceń elektromagnetycznych, jak i przypadkowych bodźców, bez rezygnowania z czułości niezbędnej do poprawnego wykrywania ruchu.

Dodaj komentarz

Pola oznaczone (*) są wymagane Twoje dane będziemy przetwarzać zgodnie z naszą Polityką prywatności.

Podobne wpisy

  • Dlaczego stycznik się przegrzewa? 6 przyczyn, które warto sprawdzić przed jego wymianą

    Zapach rozgrzanego tworzywa w szafie sterowniczej, przebarwiony zacisk lub wyraźnie cieplejsze miejsce oznaczają z reguły dla automatyka jedno: czas wymienić stycznik. Nie zawsze jest to jednak właściwy wniosek, a nowy stycznik może szybko ulec przegrzaniu, jeśli źródłem problemu jest np. przeciążony napęd, luźne połączenie lub niestabilne napięcie sterowania.
  • Maszyna po zaniku zasilania. Które elementy automatyki decydują o bezpiecznym powrocie do pracy?

    Zasilanie wróciło, na panelu HMI znów pojawił się obraz, falownik zasygnalizował gotowość, a w szafie sterowniczej zapaliły się kontrolki. Tylko czy maszyna może rozpocząć pracę? Niekoniecznie. Podczas przerwy w zasilaniu siłownik mógł zatrzymać się w połowie ruchu, detal zmienić położenie, a operator wejść do obszaru roboczego. Dlatego powrót napięcia powinien przywracać możliwość sterowania, a nie automatycznie uruchamiać cykl pracy.
  • Ochrona stanowiska pracy: kurtyna bezpieczeństwa czy skaner laserowy?

    Kurtyna bezpieczeństwa i skaner laserowy wykrywają przerwanie wiązek albo obecność obiektu w skonfigurowanym polu ochronnym. Po wykryciu naruszenia przekazują sygnał do bezpiecznego układu sterowania maszyny. Nie oznacza to jednak, że można stosować je zamiennie. Wybór nie powinien zaczynać się od porównania urządzeń, ale od przyjrzenia się stanowisku pracy.