Misure di livello con sensori di prossimità Sonar SIMATIC PXS

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1 Misure di livello con sensori di prossimità Sonar SIMATIC PXS Nel misurare il livello di riempimento di un contenitore è spesso necessario determinare l altezza che assume il materiale sfuso o il liquido presente nel contenitore stesso. Per questo compito sono particolarmente indicati i sensori di prossimità ad ultrasuoni. Principio di funzionamento I sensori di prossimità Sonar lavorano senza contatto e possono rilevare tutti gli oggetti che riflettono gli ultrasuoni. Gli apparecchi inviano impulsi di ultrasuoni a intervalli ciclici. Se questi vengono riflessi da un oggetto, l eco risultante viene ricevuta e convertita in un segnale elettrico. Il rilevamento dell eco dipende dalla sua intensità e quindi dalla distanza dell oggetto dal sensore di prossimità Sonar. I sensori di prossimità a ultrasuoni Sonar lavorano sulla base del tempo necessario per ottenere l eco, viene cioè analizzata la distanza temporale tra l istante di invio e la ricezione dell eco. L esecuzione del sensore fa in modo che gli ultrasuoni siano irradiati in un cosiddetto cono ultrasonico. Gli oggetti riflettenti sono rilevati solo all interno di questo cono ultrasonico. Definizione del campo di misura e sua impostazione Lo spazio compreso tra sensore e oggetto è suddiviso in due settori. Nella zona cieca, situata tra la superficie del sensore e il campo di rilevamento, non è possibile rilevare alcun oggetto a causa della distanza troppo breve. E pertanto assolutamente necessario mantenere la zona cieca libera. Gli oggetti localizzati all interno del campo di misura vengono rilevati e il sensore ne calcola la distanza. Sensori di prossimità con uscita analogica La distanza misurata dal sensore viene emessa direttamente come segnale analogico proporzionale. A seconda del modello, questo segnale potrà essere del tipo in tensione (0 10 V DC), in corrente (0/4 20 ma) oppure in frequenza ( Hz). Il livello calcolato può essere quindi visualizzato direttamente su un pannello oppure elaborato in un PLC dotato di schede d ingresso analogiche o di conteggio. Il campo di misura corrispondente al segnale analogico in uscita può essere modificato utilizzando il dispositivo di programmazione (n. di ordinazione 3RX4000). Con questo dispositivo è possibile definire la misura corrispondente al segnale analogico minimo e quella relativa al fondo scala. Inoltre è possibile stabilire se la curva del segnale è di tipo crescente o decrescente. s

2 La risoluzione del valore analogico è di 12 bit (4096 divisioni) eccetto il sensore PXS100 K0 che ha una risoluzione di 8 bit (256 divisioni). L accuratezza della misura è di ±1.5% per i dispositivi della serie M30 e della forma compatta K65, mentre per la serie M18 è di ±2.5%. I sensori sono dotati di compensazione interna della temperatura ambiente tranne la serie M18S che ha una deriva termica dello 0,17% per grado Kelvin. Esempio di programmazione uscita analogica con Sensori di prossimità Sonar con uscite di commutazione Gli oggetti localizzati all interno del campo di commutazione vengono rilevati tramite il cambio di stato dell uscita digitale. In base al modello, l uscita commuterà ad esempio a +24V nel modello con contatto normalmente aperto (NO), oppure a 0V nel modello con contatto normalmente chiuso (NC). Oggetti posti ad una distanza inferiore o superiore del campo di misura non generano una commutazione dell uscita. Questa funzione si chiama soppressione dello sfondo e del primo piano. In base al modello il campo di commutazione può essere regolato tramite potenziometri presenti sul sensore, tramite il dispositivo oppure tramite apprendimento teach-in. 1

3 Applicazione 1: misura di livello continua Modo operativo: tastatore a riflessione con uscita analogica. Il livello di riempimento del liquido viene trasmesso come segnale analogico, ad es ma. L inizio e la fine del campo di misura possono essere impostati con e quindi adattati alle dimensioni del serbatoio. La curva caratteristica può essere modificata da crescente a decrescente con in modo da avere un segnale analogico direttamente proporzionale al livello. Si consiglia la programmazione di un valore medio (solo con!). PXS100: Serie compatta V Potenziometro (solo Smax) PXS200: Serie compatta M18S Frequenza Fisso PXS300: Serie compatta M18 PXS300: Serie compatta K V, 0/ ma, frequenza V, 0/ ma, frequenza, fissa, fissa PXS300: Serie compatta M30 K2 Frequenza Fisso PXS400: Serie compatta M30 K V, 0/ ma, fissa 2

4 Applicazione 2: segnalazione livello massimo Modo operativo: tastatore a riflessione con soppressione dello sfondo e uscita a commutazione. La fine del campo di commutazione viene impostata al massimo livello di riempimento (soppressione dello sfondo). Se il liquido raggiunge la fine del campo di commutazione, l uscita commuta segnalando il livello massimo raggiunto (allarme Livello massimo ). La fine del campo di commutazione, a seconda del modello, può essere impostata tramite potenziometro presente sul sensore, con il oppure via apprendimento per teach-in. Si consiglia la programmazione di un valore medio (solo con!). PXS100: Serie compatta 0 1 NC o 1 NO Potenziometro PXS200: Serie compatta M30 K1 1 NC o 1 NO Potenziometro PXS200: Serie compatta M18S PXS200: Serie compatta K08 1 NO, tastatore a riflessione 1 NC o 1 NO, tastatore a riflessione Teach-in Teach-in PXS300: Serie compatta M30 K2 1 NC o 1 NO Potenziometro o PXS300: Serie compatta M18 1 NC o 1 NO Potenziometro o PXS300: Serie compatta M30 K3 1 NC o 1 NO Potenziometro o 3

5 Applicazione 3: segnalazione livello minimo Modo operativo: barriera a riflessione con soppressione del primo piano e uscita a commutazione. L inizio e la fine del campo di commutazione si impostano sul livello di riempimento minimo. Quando il livello del liquido raggiunge il campo di misura (+ isteresi di commutazione), il sensore commuta l uscita per segnalare il Livello Minimo raggiunto. L inizio e la fine del campo di misura devono avere una distanza minima a causa dell isteresi e della precisione di misura (±1.5% o ±2.5%). PXS200: Serie compatta M30 K1 1 NC o 1 NO Potenziometro PXS200: Serie compatta M18S PXS200: Serie compatta K08 1 NO, barriera a riflessione 1 NC o 1 NO, barriera a riflessione Teach-in Teach-in PXS300: Serie compatta M30 K2 1 NC o 1 NO Potenziometro o PXS300: Serie compatta M18 1 NC o 1 NO Potenziometro o PXS300: Serie compatta M30 K3 1 NC o 1 NO Potenziometro o 4

6 Applicazione 4: segnalazione di livello massimo con preallarme Modo operativo: tastatore a riflessione con soppressione dello sfondo e 2 uscite di commutazione. L inizio e la fine del campo di commutazione S si impostano sul campo di preallarme desiderato. Il campo di commutazione Sx per la segnalazione di livello massimo verrà impostato tra la zona cieca e l inizio del campo S. Se il livello del liquido aumenta fino ad entrare nel campo S, il sensore commuterà l uscita corrispondente di preallarme. Se il livello del liquido aumenta fino ad entrare nel campo Sx, il sensore commuta l uscita corrispondente di segnalazione livello massimo Si consiglia la programmazione di un valore medio (solo con!). PXS100: Serie compatta 3SG16 2 NO Cavallotto PXS300: Serie compatta M30 K2 2 NO o 2 NC Potenziometri o 5

7 Applicazione 5: segnalazione di serbatoio pieno e vuoto Modo operativo: tastatore a riflessione con 2 uscite di commutazione. L uscita di segnalazione vuoto viene identificata con Smin. Impostare la soglia di commutazione Smin con il liquido al livello minimo. Il campo per la segnalazione di vuoto Smin sarà quindi compreso tra la soglia impostata fino alla fine del campo di misura del sensore. Se il livello del liquido scende di sotto alla soglia impostata l uscita Smin commuterà segnalando lo stato di serbatoio vuoto. L uscita di segnalazione pieno viene identificata con Smax. Impostare la soglia di commutazione Smax con il liquido al livello massimo. Il campo per la segnalazione di pieno Smax sarà definito tra questa soglia e l inizio del campo di misura del sensore. Se il livello del liquido sale oltre la soglia impostata l uscita Smax commuterà per segnalare la condizione di livello massimo. Si consiglia la programmazione di un valore medio (solo con!). PXS300: Serie compatta K65 2 NO Teach-In o 6

8 Applicazione 6: comando pompa di riempimento/svuotamento Modo operativo: tastatore a riflessione con uscita a commutazione. Modalità operativa: Tastatore a riflessione con un uscita digitale e programmazione Svuotamento automatico Per questa applicazione è necessario un sensore di prossimità Sonar con uscita di commutazione 1NO. Il livello di riempimento cresce fino ad incontrare la soglia di massimo livello del Sonar. In questo caso l uscita rimane disattiva fino a quando il livello massimo non viene superato. A questo punto l uscita digitale del Sonar commuta per pilotare la pompa di svuotamento fino a che il livello del liquido non scenderà sotto al livello minimo. Il livello minimo viene normalmente impostato in modo da evitare lo svuotamento completo per proteggere la pompa dal funzionamento senza liquido (protezione Dry Running). L uscita digitale del Sonar rimane attiva durante lo svuotamento. Riempimento automatico Per questa applicazione è necessario un sensore Sonar con uscita di commutazione normalmente chiusa (1NC). L uscita, normalmente disattiva, commuta per pilotare la pompa di riempimento non appena il livello del liquido scende sotto alla soglia di livello minimo. Durante la fase di riempimento l uscita digitale resta attiva fino a che non viene raggiunto il livello massimo. È caldamente consigliata l impostazione con di un valore medio. Si consiglia come standard il calcolo del valore medio su 100 letture. PXS300: Serie compatta M30 K2 o K3 1 NO o 1 NC Potenziometro o PXS300: Serie compatta M18 1 NO o 1 NC Potenziometro e 7

9 Programmazione con I sensori di prossimità del tipo M30 (abilitati per ) e M18 con un uscita a commutazione sono idonei per il comando di pompe p. es. in applicazioni di riempimento o svuotamento automatico di serbatoi. Il comando della pompa può essere attivato con nel menu Impostazioni > Modalità di funzionamento > Level Control La soglia di livello minimo e massimo possono essere impostate in differenti modi a seconda del tipo di sensore sonar. Per i tipi M30 il Livello minimo e Livello massimo possono essere impostati tramite i potenziometri Pmin e Pmax a bordo del sensore oppure via software. Per i tipi M18 è possibile impostare l inizio e la fine del campo di commutazione via. L impostazione tramite potenziometro è possibile solo per la fine del campo di commutazione. In questo caso è quindi indispensabile l utilizzo del software. Ulteriori informazioni sui sensori di prossimità Le informazioni fornite nel presente documento contengono descrizioni e caratteristiche che possono essere soggette a modifiche a causa di aggiornamenti di prodotto. Le presenti informazioni sono quindi da considerarsi a titolo indicativo. Informazioni esaurienti ed aggiornate sui prodotti in oggetto sono reperibili nella documentazione ufficiale di prodotto (cataloghi, manuali d uso e certificati) reperibili presso Condizioni di fornitura e dati tecnici possono subire variazioni senza preavviso. 1