Sensores digitales en maquinaria industrial: Función, tipos y mejores prácticas

La maquinaria industrial y equipos de procesamiento no funcionarán sin sensores que funcionen. Un sensor defectuoso detendrá la producción al no enviar señal a un controlador o habilitar un movimiento u operación. Peor aún es un sensor que envía señales incorrectas o en el momento equivocado. Estos "disparos erróneos" causan accidentes y costosas colisiones.

Los sensores se clasifican como analógicos o digitales. Esta entrada revisa el uso de sensores digitales y tipos disponibles. También ofrece orientación para elegir el sensor digital adecuado para aplicaciones específicas.

Cómo y dónde se usan los sensores

Los sensores digitales comunican presencia, ausencia, nivel y posición de movimiento a algo que realizará una acción en respuesta. Ejemplos: detectar un contenedor en transportador, medir niveles de líquido y reconocer cuando un mecanismo ha alcanzado cierta posición.

La salida de un sensor digital típicamente va al módulo E/S de un PLC. En algunos casos puede alimentar un PC vía hardware E/S, o en implementaciones menos complejas, conectar directamente a un relé.

Una aplicación puede ser tan simple como encender una luz para avisar al operador que una pieza está en posición. Un ejemplo más complejo: sensores de presencia de pieza en pinza de robot que avisan al controlador que una pieza ha sido agarrada.

Conceptos eléctricos básicos

La mayoría de sensores industriales usan 24 Vcc. (Algunas industrias prefieren 120 Vca.) Esto comprende dos de los tres cables del cuerpo del sensor. El tercero es el cable de señal. Los sensores se describen como PNP o NPN y sourcing o sinking. Ya sea reemplazando sensores existentes, añadiendo a un sistema, o empezando desde cero, es importante seleccionar el tipo correcto.

1. Sensores PNP y NPN

PNP y NPN se refieren a cómo los transistores dentro del sensor conmutan la señal. En sensor PNP la señal sube a +24V al activarse; en NPN baja. Es importante usar el tipo correcto porque debe complementar el módulo de entrada.

Al reemplazar sensores, fabricantes europeos y norteamericanos generalmente prefieren PNP, mientras equipos asiáticos a menudo usan NPN.

2. Sourcing y sinking

Estos términos también se relacionan con los transistores. En sensor PNP la señal se eleva a +24V para indicar verdadero lógico y fluye al módulo DI del PLC. Así el sensor es la fuente (source) y el módulo DI el sumidero (sink).

Con sensor NPN, este se convierte en sink y el PLC en source. Así 0V del sensor es el verdadero lógico.

3. Lógica de conmutación

Los sensores pueden configurarse como normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC). Por ejemplo, una fotocélula en transportador puede emitir señal baja cuando no hay pieza y cambiar a alta cuando el haz se bloquea, o lo contrario.

Además, los sensores pueden cablearse en serie o paralelo. Esto permite crear funciones AND y OR reduciendo cables al PLC y programación necesaria.

Tipos de sensores digitales

• Fotoeléctricos: usan fotocélula para detectar haz de luz. La fuente puede estar a distancia, apropiado para aplicaciones de transportador.
• Inductivos: incorporan bobina que emite campo electromagnético fluctuante. Metal pasando por el campo crea perturbación que genera salida. Para aplicaciones de muy corto alcance.
• Capacitivos: usando el mismo principio que un capacitor eléctrico, detectan presencia de cualquier material cercano. Disponibles para materiales conductivos y no conductivos.

Consideraciones para selección de sensores digitales

Puntos principales:

• Posición y distancia del objetivo — determina si el sensor debe ser de contacto o sin contacto
• Tipo de objetivo — metálico o no metálico, sólido o líquido, transparente u opaco, reflectante o no
• Espacio disponible — muchos, pero no todos, sensores disponibles en cuerpo de 12mm. Otros necesitan más espacio.
• Entorno de trabajo — ¿lavado? ¿A prueba de explosiones? ¿Altos niveles de polvo o humedad?
• Conexiones — ¿PNP o NPN? ¿24 Vcc o 120 Vca? ¿NA o NC?
• Sensibilidad, resolución, exactitud y repetibilidad — definen el rendimiento requerido.

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El mejor sensor ofrece operación repetible, exacta y fiable de la máquina o dispositivo donde se instala. Por el contrario, una mala elección podría resultar en operación inconsistente que lleva a calidad variable, paradas frecuentes, e incluso condiciones peligrosas.

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John Henry Foster adquirió recientemente Sensors Incorporated y Sensors Integration. Sensors es líder nacional en integración de sensores industriales, seguridad y visión artificial con servicio técnico y soporte para OEMs, integradores de sistemas y usuarios finales. Aunque ambas empresas operan independientemente, comparten fuertes recursos intelectuales y conocimiento.

Imágenes cortesía de Banner Engineering y Sensors Incorporated