/0 Schneider Electric
Capítulo Detectores de ultrasonidos Indice Generalidades Págs. /2 a /7 Osisonic, detectores de ultrasonidos Págs. /8 y /9 Schneider Electric /1
Calidad, normas y certificaciones Controles de calidad Los detectores de proximidad por ultrasonidos Osisonic disponen de características especiales que garantizan su fiabilidad en los entornos industriales más difíciles. b Calificación En nuestros laboratorios se lleva a cabo un procedimiento de calificación sobre las características de los detectores ultrasonido Osisonic. b Producción v Las características eléctricas y las distancias de detección, tanto a temperatura ambiente como en los extremos de temperatura, se controlan al 100%. v Los detectores se seleccionan de forma aleatoria en producción y se supervisan mediante ensayos la totalidad de sus características. b Devolución de los clientes Los detectores ultrasonido defectuosos son objeto de análisis sistemáticos; se llevan a cabo acciones correctivas para eliminar el riesgo de que se repita el fallo. Conformidad con las normas Los detectores ultrasonido Osisonic cumplen las normas CEI 60947-5-2. Normas y características: consultar la página /9. Resistencia al entorno químico Para garantizar un funcionamiento duradero, es obligatorio que los compuestos químicos que entran en contacto con los detectores ultrasonido no puedan alterar su envolvente y, como resultado de ello, afectar a su correcto funcionamiento. Debido a sus materiales, los detectores ultrasonido Osisonic son muy resistentes: b A los agentes químicos: v Sales, aceites alifáticos y aromáticos. v Gasolinas, ácidos y bases diluidas. Según su naturaleza y su concentración, es necesario realizar ensayos previos para los siguientes agentes químicos: v Alcoholes, acetonas y fenoles. b A los productos agroalimentarios: v Aceites vegetales, grasas animales. v Zumos de frutas. v Proteínas lácteas, etc. Resistencia al entorno IP b IP 67: protección contra los efectos de la inmersión. Ensayo según CEI 60529: aparato sumergido durante 0 min en 1 m de agua. Resultado: no se produce degradación de las características de funcionamiento y aislamiento. página /9 /2 Schneider Electric
Recomendaciones Los detectores ultrasonido se han diseñado para utilizarse en aplicaciones industriales estándar de detección de presencia. Estos detectores no poseen circuito eléctrico redundante, necesario para poder utilizarlos en aplicaciones de seguridad. Para las aplicaciones de seguridad, consultar el catálogo "Soluciones de seguridad Preventa". Principio de la detección ultrasonido Presentación Los detectores ultrasonido permiten detectar sin contacto alguno cualquier objeto con independencia: b Del material (metal, plástico, madera, cartón...). b De la naturaleza (sólido, líquido, polvo...). b Del color. b Del grado de transparencia. Se utilizan en las aplicaciones industriales para detectar por ejemplo: b La posición de las piezas de la máquina. b La presencia de parabrisas cuando se monta el automóvil. b El paso de objetos en cintas transportadoras: botellas de vidrio, embalajes de cartón, pasteles b El nivel: De pintura de diferente color en botes. De granulados plásticos en tolvas de máquinas de inyección... Los detectores ultrasonido son fáciles de instalar debido a sus conectores de salida y sus accesorios de conexión y de fijación. Principio de funcionamiento 1 El principio de la detección ultrasonido se basa en la medida del tiempo transcurrido entre la emisión de una onda ultrasónica (onda de presión) y la recepción de su eco (retorno de la onda emitida). 2 4 Los detectores ultrasonido Osisonic tienen forma cilíndrica. Se componen de: 1 Generador de alta tensión 2 Transductores presoeléctricos (emisor y receptor) Etapa de tratamiento de la señal 4 Etapa de salida Objetivo Activado por el generador de alta tensión 1, el transductor (emisor-receptor) 2 genera una onda ultrasónica pulsada (de 200 a 500 khz según el producto) que se desplaza en el aire ambiente a la velocidad del sonido. En el momento en el que la onda encuentra un objeto, una onda reflejada (eco) vuelve hacia el transductor. Un microcontrolador analiza la señal recibida y mide el intervalo de tiempo entre la señal emitida y el eco. Mediante comparación con los tiempos predefinidos o adquiridos, determina y controla el estado de las salidas 4. La etapa de salida 4 controla un doble conmutador estático (transistor PNP y NPN) correspondiente a un contacto de cierre NA (detección de objeto). Ventajas de la detección ultrasonido b Sin contacto físico con el objeto, por lo tanto, sin desgaste y posibilidad de detectar objetos frágiles, con pintura fresca. b Detección de cualquier material, independientemente del color, al mismo alcance, sin ajuste ni factor de corrección. b Función de aprendizaje mediante simple pulsación en un botón para definir el campo de detección efectivo. Aprendizaje del alcance mínimo y máximo (borrado de primer plano y segundo plano muy precisos ± 6 mm). b Muy buena resistencia a los entornos industriales (productos resistentes completamente encapsulados en una resina). b Aparatos estáticos: sin piezas en movimiento dentro del detector, por lo tanto, duración de vida independiente del número de ciclos de maniobras. página /9 Schneider Electric /
Terminología Definiciones Las condiciones siguientes se definen en la norma CEI 60947-5-2: Zona ciega Campo de detección (Sd) Ángulo total del haz Eje de referencia Placa de medida b Alcance nominal (Sn) Valor convencional para designar el alcance. No tiene en cuenta las tolerancias de fabricación ni las variaciones debidas a las condiciones externas, como la tensión y la temperatura. b Campo de detección (Sd) Campo en el que el detector es sensible a los objetos. b Alcance mínimo Límite inferior del campo de detección especificado. Alcance mínimo Alcance de trabajo (Sa) Sn Alcance máximo b Alcance máximo Límite superior del campo de detección especificado. b Alcance de trabajo (Sa) Corresponde al campo de funcionamiento del detector (activación de las salidas) y está incluido en el campo de detección. Sus límites se fijan: En fábrica para los detectores de alcance fijo. En la instalación de la aplicación para los detectores de aprendizaje. b Zona ciega Zona comprendida entre el lado sensible del detector y el alcance mínimo en el que ningún objeto puede detectarse de forma fiable. Evitar el paso de objetos en esta zona durante el funcionamiento del detector, ya que podría provocar un estado inestable de las salidas. Alcance PR = punto de desaccionamiento PE = punto de accionamiento PR PE H Ataque frontal b Recorrido diferencial El recorrido diferencial (H) o histéresis es la distancia entre el punto de acción cuando la placa de medida se acerca al detector y el punto de desactivación cuando la placa se aleja del mismo. b Reproductibilidad La reproductibilidad (R) es la precisión de reproducción entre dos medidas sucesivas del alcance efectuadas en condiciones idénticas. b Ángulo total del haz Ángulo sólido alrededor del eje de referencia de un detector de proximidad ultrasonido. b Placa de medida La norma CEI 60947-5-2 define el objetivo o placa de medida normalizada como una placa de metal cuadrada de 1 mm de espesor con acabado enrollado colocada perpendicularmente al eje de referencia. Sus dimensiones dependen del campo de detección: Campo de detección (mm) Tamaño del objetivo (mm) < 00 10 10 00 < d < 800 20 20 > 800 100 100 Ud V b Tensión residual (Ud) La tensión residual (Ud) corresponde a la caída de tensión en las bornas del detector en estado pasante (valor medido para la corriente nominal del detector). Alimentación 1 2 b Retardo a la disponibilidad Tiempo necesario para garantizar la utilización de la señal de salida de un detector en su puesta en tensión. Salida del detector t 1 2 1 Puesta en tensión 2 Estado de la señal de salida (0 o 1) Objeto que se va a detectar Salida del detector Ra Rr b Tiempo de respuesta v Retardo a la acción (Ra): tiempo que transcurre entre el instante en el que el objeto que se va a detectar entra en la zona activa y el cambio de estado de la señal de salida. Este tiempo limita la velocidad de paso del móvil en función de sus dimensiones. v Retardo al desaccionamiento (Rr): tiempo que transcurre entre el instante en el que el objeto detectado sale de la zona activa de detección y el cambio de estado de la señal de salida. página /9 /4 Schneider Electric
Salidas Objetivo ausente LED Estado de la salida LED Objetivo Estado de presente la salida Salida NA LED de señalización Los detectores ultrasonido Osisonic (excepto Ø 18) están equipados con dos diodos electroluminiscentes de señalización de salida. b Detector de Ø 12: v LED naranja (puesta en tensión). v LED amarillo (presencia de un objeto). b Detector de Ø 0: v LED multicolor para guiar al usuario en la instalación (posicionamiento y aprendizaje). v LED amarillo (presencia de un objeto). Contactos lógicos de salida b De cierre (NA) Corresponde a un detector cuya salida se convierte en pasante en presencia de una pantalla situada en frente. NPN PNP + Técnica de 4 hilos c salida NA, PNP y NPN Aspectos específicos: Estos detectores incluyen 2 hilos para la alimentación en corriente continua y un hilo para cada señal de salida. Tipo PNP: conmutación de una carga conectada al potencial negativo. Tipo NPN: conmutación de una carga conectada al potencial positivo. Ventajas: Protección contra la inversión de polaridad. Protección contra las sobrecargas y los cortocircuitos. Sin corriente residual, baja tensión residual. Alimentación Fuente de corriente continua Asegurarse de que los límites de tensión del detector y la tasa de ondulación admisible son compatibles con las características de la fuente. Fuente de corriente alterna (con transformador, rectificador, filtro) La tensión de alimentación debe estar comprendida entre los límites indicados para el aparato. Si la alimentación se realiza a partir de una fuente alterna monofásica, la tensión debe rectificarse y filtrarse asegurándose de que: b La tensión de cresta de alimentación es inferior al límite máximo que admite el detector. Tensión de cresta = tensión nominal 2. b La tensión mínima de alimentación es superior al límite mínimo garantizado para el producto sabiendo que: V = (I t) / C, V = ondulación máx.: 10% (V), I = corriente suministrada prevista (ma), t = tiempo de un período (10 ms en doble alternancia rectificada para una frecuencia de 50 Hz), C = capacidad (µf). Por regla general, utilizar un transformador con una tensión secundaria (Ue) más baja que la tensión continua deseada (U). Ejemplo: a 18 V para obtener c 24 V. página /9 Schneider Electric /5
Precauciones de instalación e Montaje Distancia de montaje entre detectores ultrasonido Si 2 detectores estándares se montan demasiado cerca el uno del otro, la onda emitida por uno puede afectar al otro y provocar un estado de detección errónea. Para evitar este fenómeno, es necesario dejar una distancia mínima entre los aparatos. e Montaje lado a lado e u 2 Sn Montaje cara a cara e u 10 Sn Par de apriete máximo Diámetro del detector (mm) Ø 12 Ø 18 Ø 0 Todos los modelos 0,7 Nm 1,4 Nm 1,4 Nm Capacidad de intercambio Gracias a la brida de fijación el conjunto es similar a un detector de forma rectangular. Cableado Conexión eléctrica: b Realizar la conexión del detector sin tensión. b Longitud de cable: v Sin limitación de las características de los detectores hasta 200 m o hasta una capacidad de línea <0,1 F. v En este caso de figura, también es importante tener en cuenta las caídas de tensión en línea. b Separación de los cables de control y potencia: v Los detectores están inmunizados contra las perturbaciones eléctricas del entorno industrial. v En las aplicaciones extremas en las que se pueden encontrar fuentes importantes de sobretensión (motores, máquinas de soldar, etc.), se recomienda tomar las precauciones habituales: - Eliminar los parásitos en la fuente. - Alejar los cables de potencia y los cables de los detectores. - Filtrar la alimentación. - Limitar la longitud del cable. página /9 /6 Schneider Electric
Precauciones de instalación (cont.) Detector 1 Detector 2 Detector R C Asociación en serie No se recomienda emplear esta asociación b No se puede garantizar el correcto funcionamiento, que se debe comprobar con un ensayo previo. Tener en cuenta los siguientes puntos: v El detector 1 lleva la corriente de la carga, más las corrientes de consumo en vacío de los demás detectores en serie. Para determinados aparatos, la asociación sólo puede realizarse añadiendo una resistencia de limitación de corriente. v Todos los detectores presentan en estado pasante una caída de tensión. La carga deberá por lo tanto elegirse en consecuencia. v Al cerrarse el detector 1, el detector 2 sólo funciona transcurrido un tiempo T, correspondiente al tiempo de retardo en la disponibilidad y así sucesivamente. v Se recomienda utilizar diodos anti-retorno cuando se emplee una carga inductiva. Detectores y aparatos en serie con un contacto mecánico exterior b Tener en cuenta los siguientes puntos: v Cuando el contacto mecánico está abierto, el detector no está alimentado. v Al cerrarse el contacto, el detector sólo funciona transcurrido un tiempo T, correspondiente al tiempo de retardo en la disponibilidad. Asociación en paralelo b Sin restricciones particulares. Se recomienda montar diodos antirretorno cuando se emplee una carga inductiva (relé). Carga de carácter capacitivo (C > 0,1 µf) b En la puesta en tensión, es necesario limitar mediante una resistencia la llamada de corriente debida a la carga del condensador C. v También se puede tener en cuenta la caída de tensión en el detector. En tal caso, se resta de la tensión de alimentación para calcular R. U (alimentación) R = I máx. (detector). 1 2 4 Objetivo Reflector Reflector Carga compuesta por una lámpara de incandescencia b Si la carga está constituida por una lámpara de incandescencia, la resistencia en frío puede ser del orden de la décima parte de su resistencia en caliente, de ahí que se obtenga una corriente muy importante en la conmutación. Prever una resistencia de precalentamiento del filamento en paralelo en el detector. U R = 2, U = tensión de alimentación y P = potencia de la lámpara. P 10 Detección b Factores de influencia. Los detectores ultrasonido están especialmente adaptados a la detección de objetos duros y con una superficie plana perpendicular al eje de detección. No obstante, el funcionamiento del detector ultrasonido puede verse afectado por: v Las corrientes de aire que pueden acelerar o desviar la onda acústica emitida por el producto (expulsión de piezas por chorro de aire). v Los gradientes de temperatura importantes en el campo de detección: un fuerte calor generado por un objeto puede crear zonas de temperatura diferentes que modifican el tiempo de propagación de la onda e impiden una detección fiable. v Los aislantes de sonido: materiales que absorben el sonido (algodón, tejidos, caucho...). v El ángulo entre el lado del objeto que se va a detectar y el eje de referencia del detector: cuando el ángulo difiere de 90, la onda ya no se refleja en el eje del detector y el alcance de trabajo disminuye. Este efecto se acentúa más cuanto más grande es la distancia entre el objeto y el detector. Superados los ± 10, la detección es imposible. v La forma del objeto que se va a detectar: al igual que en el caso anterior, un objeto muy anguloso podrá ser difícil de detectar 1. b Detección por corte de haz (modo réflex). En los casos de detección de aislantes de sonido, de objetos angulosos o de presencia de un ángulo entre el lado del objeto que se va a detectar y el eje de referencia del detector, se recomienda elegir el detector de aprendizaje que permite detectar por corte de haz utilizando un reflector. Este reflector puede ser cualquier parte plana, dura y fija de la máquina 2. El detector de aprendizaje puede también utilizarse en espacios reducidos utilizando un reenvío de ángulo. Al igual que para el reflector, el reenvío de ángulo puede ser una parte plana de la máquina. También se puede utilizar la detección por corte de haz (modo réflex) con el reenvío de ángulo 4. Atención: en la configuración en modo réflex, la función de las salidas PNP y NPN equivale a un contacto NC, normalmente cerrado, que se abre al detectarse el objeto. página /9 Schneider Electric /7
Referencias y dimensiones Detectores de ultrasonidos 0 Osisonic, Funcional y Universal Cuerpo de plástico roscado, M12 1, M18 1, M0 1,5 Alimentación en corriente continua, salida estática Referencias de los detectores Detectores Alcance (Sn) Función Salida Referencia Peso m kg Ø 12 0,05 NA PNP/NPN XX5 12A1KAM8 0,011 XX5 12A1KAM8 Ø 18 0,15 NA PNP/NPN XX5 18A1KAM12 0,0 Ø 0 1 NA PNP/NPN XX6 0A1KAM12 0,091 Dimensiones XX5 12A1KAM8 XX5 18A1KAM2 XX5 18A1KAM12 M12x1 M18x1 50 8 XX6 0A1KAM12 M0x1,5 65 51 XX6 0A1KAM12 45 20 85 XZ CP1041Lp XSZ B11p Referencias de los accesorios Accesorios de conexión Conectores Utilización para detector Tipo Referencia Peso kg M8 Ø 12 Conexión Recto XZ CC8FDM40V 0,010 por toma vampiro axial Acodado XZ CC8FCM40V 0,010 Conexión Recto XZ CC8FDM40S 0,010 sobre bornas a soldar Acodado XZ CC8FCM40S 0,010 M12 Ø 18, Ø 0 Anillo Recto XZ CC12FDM40B 0,020 metálico Acodado XZ CC12FCM40B 0,020 Anillo Recto XZ CC12FDP40B 0,020 plástico Acodado XZ CC12FCP40B 0,020 Prolongadores Utilización para detector Tipo Longitud m Referencia Peso kg M8 Ø 12 Recto 2 XZ CP0941L2 0,080 5 XZ CP0941L5 0,180 10 XZ CP0941L10 0,60 Acodado 2 XZ CP1041L2 0,080 5 XC CP1041L5 0,180 10 XC CP1041L10 0,60 M12 Ø 18, Ø 0 Recto 2 XC CP1141L2 0,090 5 XC CP1141L5 0,190 10 XC CP1141L10 0,70 Acodado 2 XC CP1241L2 0,090 5 XC CP1241L5 0,190 10 XC CP1241L10 0,70 Accesorios de fijación Designación Utilización para detector Referencia Peso kg Bridas de fijación Ø 12 XSZ B112 0,006 Ø 18 XSZ B118 0,010 Generalidades: págs. /2 a /7 página /9 /8 Schneider Electric
Características, conexiones, instalación y curvas Detectores de ultrasonidos 0 Osisonic, Funcional y Universal Cuerpo de plástico roscado, M12 1, M18 1, M0 1,5 Alimentación en corriente continua, salida estática Tipo de detectores XX5 12A1KAM8 XX5 18A1KAM12 XX6 0A1KAM12 Características Homologaciones e Conformidad con las normas CEI 60947-5-2 Modo de conexión Mediante conector M8-4 patillas M12-4 patillas Campo de detección mm 6,4 51 19 152 51 991 Alcance nominal (Sn) m 0,05 0,15 1 Alcance de trabajo mm 6,4 51 Fijo 25 152 Fijo Ajuste mediante aprendizaje Histéresis mm < 0,7 < 0,5 < 2,5 Zona ciega (ningún objeto debe pasar por esta zona durante el mm 0 6,4 0 19 0 51 funcionamiento del producto) Frecuencia de emisión khz 500 200 Reproductibilidad mm ± 0,7 ± 0,9 Ángulo total del haz (ver zona de detección) 14 20 Tamaño mínimo del objeto que se va a detectar Cilindro de Ø 2,5 mm o barra plana de 1 mm de ancho Cilindro de Ø 1,6 mm Cilindro de Ø 1,6 mm hasta un alcance de 65 mm Grado de protección Según CEI 60529 IP 67 Temperatura de almacenamiento C - 40 + 80 Temperatura de funcionamiento C - 20 + 65 0 + 60 Materiales Caja De plástico PEI ULTEM marca registrada de General Electric CO Lado sensible De cerámica Membrana de silicona Resistencia a las vibraciones Según CEI 60068-2-6 Amplitud ± 1 mm (f = 10 55 Hz) Resistencia a los choques mecánicos Según CEI 60068-2-27 0 g, duración 11 ms, en los ejes Resistencia a las perturbaciones electromagnéticas Descargas electrostáticas Según CEI 61000-4-2 kv 8, nivel 4 Campos electromagnéticos radiados Según CEI 61000-4- Vm 10, nivel Transitorios rápidos Según CEI 61000-4-4 kv 1, nivel Señalización Estado de la salida LED amarillo posterior LED amarillo posterior Presencia de tensión LED naranja posterior Ayuda a la instalación LED multicolor posterior Tensión asignada de alimentación V c 12 24 V con protección contra la inversión de polaridad Límites de tensión (ondulación incluida) V c 10 28 V Corriente consumida, sin carga ma 20 60 80 Corriente conmutada ma < 100 (PNP y NPN) con protección contra las sobrecargas y los cortocircuitos Tensión residual V < 1 (PNP y NPN) Frecuencia máxima de conmutación Hz 125 80 10 Retardos A la disponibilidad ms 20 50 720 Al accionamiento ms 2 25 Al desaccionamiento ms 2 25 Conexiones Mediante conector M8 Mediante conector M12 Tipo 4 hilos c, salidas NA, PNP y NPN 2 4 1 (+) 1 1 (+) (-) BU (Azul) 2 Salida PNP 2 Salida NPN 1/BN (+) BN (Marrón) 1 (-) 2 4 (-) NPN 4/BK WH (Blanco) 4 Salida NPN 4 Salida NPN PNP 2/WH BK (Negro) /BU Precauciones de instalación Distancias que se deben respetar en el montaje (cm) Lado a lado Cara a cara Ø 12 e e u 10 e u 50 Ø 18 e u 0 e e u 150 Ø 0 e u 200 e u 1.000 Curvas de detección XX5 12A1KAM8 XX5 18A1KAM12 XX6 0A1KAM12 mm 20 10 mm 40 20 mm 200 100 Zona ciega -10-20 -100-20 0 10 20 0 40 50 60 mm -40 0 50 100 150 200 mm -200 0 20 40 60 80 100 cm Generalidades: págs. /2 a /7 Schneider Electric /9