Sensor / Penderia 2

Sensor / Penderia 2

Pos ini adalah lanjutan bagi topic Sensor/Penderia dan akan menerangkan tentang jenis, fungsi dan aplikasi sensor-sensor yang kerapkali digunakan di dalam mesin automasi

Roller microswitch

Peranti ini ialah sensor mekanikal sepenuhnya. Menggunakan konsep suis di mana keadaan atau sambungan diubah oleh sentuhan secara mekanikal. Lihat gambarajah di bawah ;

*binaan sambungan tidak semestinya sama seperti yang digambarkan di atas

Anak panah merah menunjukkan perubahan mekanikal ke atas microswitch.

C=Common

NC=Normally Closed

NO=Normally Opened

Dengan perubahan kedudukan contacts begini, microswitch dapat digunakan dalam aplikasi sebagai sensor. Antara aplikasi yang paling banyak menggunakan microswitch ialah sebagai sensor keselamatan pada pintu atau penutup bahagian mesin yang bergerak.

Optical Reflective Sensor

Optical Sensor atau dikenali juga sebagai photoelectric sensor  adalah sejenis sensor yang menggunakan cahaya dengan menggabungkan pemancar cahaya biasa atau infra-merah ( LED ) dan penerima cahaya ( light receiver transistor ). Perkataan reflective pula menerangkan carakerja sensor jenis ini di mana pemancar dan penerima diletakkan bersebelahan antara satu sama lain dan menghadap sasaran. Pemancar akan memancarkan cahaya ke arah sasaran manakala penerima akan menerima cahaya yang dipantulkan oleh sasaran.Pada jarak tertentu bergantung pada sensitivity yang telah ditetapkan, penerima akan menghasilkan perubahan voltan keluaran yang digunakan sebagai isyarat untuk tindakan susulan oleh litar kawalan.

Gambarajah di atas di salin daripada laman web Panasonic berkaitan sensor jenis photoelectric.  Seperti yang digambarkan ialah sensor jenis reflective.  Kebanyakkan sensor jenis ini mempunyai 3 sambungan wayar.  Lihat gambarajah di bawah;

Kebanyakkan sensor jenis ini juga mempunyai suis untuk memilih carakerja sensor sama ada ‘light-ON’ atau ‘dark-ON’.

Light ON : Sensor mengeluarkan isyarat ( voltan ) semasa receiver menerima cahaya yang dipantulkan

                   daripada objek ataupun ketika objek hadir.

Dark ON : Sensor mengeluarkan isyarat ( voltan ) semasa receiver tidak menerima cahaya yang

                  dipantulkan daripada object atau pun ketika objek tidak hadir.

Selain daripada itu terdapat juga cara sambungan yang menentukan cara kerja sensor dengan litar kawalan. Sambungan-sambungan ini dikenali sebagai NPN dan PNP.

PNP dan NPN adalah kaedah bagaimana keluaran daripada sensor digunakan untuk memacu beban mengikut kesuaian sesebuah fungsi kawalan. Maksudnya ialah ;

PNP : Beban menerima voltan apabila sensor tidak mengeluarkan isyarat ( voltan ) keluaran

NPN : Beban menerima voltan apabila sensor mengeluarkan isyarat keluaran.

Contoh ladder diagram untuk sambungan NPN dan PNP ;

NPN

Litar berfungsi di mana apabila sensor mengesan target dan mengeluarkan isyarat voltan, Load iaitu Relay mendapat bekalan voltan dan mengubah kedudukan contact NO kepada closed dan memberi bekalan kepada buzzer untuk berbunyi.

PNP

Untuk fungsi yang sama bagi sambungan PNP, relay contact NC terpaksa digunakan kerana Relay sentiasa ‘ON’ dan hanya OFF apabila sensor mengeluarkan isyarat voltan

Optical Through Beam Sensor ( Optical Fork Sensor )

Gambar  menunjukkan sejenis optical-fork sensor. Kebiasaannya sensor jenis ini juga mempunyai 3 kabel sambungan, lihat gambarajah di bawah ;

Yang membezakannya daripada Reflective Sensor ialah rekabentuk dan carakerjanya. Dalam Fork Sensor, transmitter dan receiver diletakkan menghadapi antara satu sama lain. Bermakna,dalam keadaan biasa, cahaya daripada transmitter akan di terima terus oleh receiver.  Perubahan keadaan hanya berlaku apabila cahaya daripada pemancar di halang daripada di terima oleh penerima.

Untuk sensor jenis ini, kebiasaannya ia dipasangkan dengan sensor flag yang di ikat bersama bahagian mekanikal yang bergerak atau sebaliknya. Kebiasaannya juga sensor jenis ini digunakan sebagai  sebahagian daripada fungsi untuk position control.

Baiklah saya akan mengambil contoh bahagian mekanikal yang digerakkan oleh sebuah motor yang dikenali sebagai servo motor.  Servo motor ialah sejenis motor yang berada di dalam keadaan ‘closed loop’ dengan litar pengawal. Bermakna, litar pengawal boleh member arahan kepada servo motor untuk bergerak pada jarak tertentu seperti yang diprogramkan dan pada masa yang sama maklumat pergerakkan motor seperti jarak,arah  dan kelajuan dihantar kembali kepada litar penerima melalui sebuah sensor binaan khas yang dikenali sebagai ‘Encoder’. Saya akan terangkan tentang encoder dan servo secara lebih lanjut nanti,mungkin di akhir topic.

Sekarang kita kena kaitkan kembali dengan Optical Fork Sensor, di mana fungsinya sensor ini di dalam system position control yang dimaksudkan. Baiklah, fungsi Optical Fork sensor di dalam system ini dikenali sebagai ‘mechanical home position sensor’.

Begini, untuk sebuah servo motor bergerak mengikut apa yang telah diprogramkan, litar kawalan perlu mengetahui tentang posisi asal/mula. Apabila satu mesin automasi kawalan motor disediakan untuk berfungsi, semua bahagian mekanikal bermotor akan dikembalikan kepada kedudukan mula/asal iaitu ‘mekanikal home position’. Proses ini dikenali sebagai ‘initialisation’. Posisi inilah yang ditandai dengan optical fork sensor. Lihat gambar di bawah ;

Contoh : Sensor pada printer ( X-Axis /horizontal movement)

Dari pandangan ini, apabila motor pulley berputar mengikut jam, Optical Fork sensor yang di pasang bersama Printer’s Head akan bergerak ke kanan. Sebaik sahaja Sensor Flag memasuki celahan antara transmitter dan receiver serta menghalang cahaya daripada transmitter sampai ke receiver, motor akan berhenti dan disitulah tempatnya yang dinamakan mekanikal home position. Pergerakkan seterusnya printers head ialah mengikut data yang di terima di kira daripada kedudukan ini. 

Mengenali  masalah  : Optical Fork Sensor berkemungkinan mempunyai 2 masalah iaitu ;

1.       Tiada cahaya dipancarkan daripada transmitter puncanya boleh jadi disebabkan kerana

-          Diod pemancar tidak menerima bekalan kuasa atau

-          Diod pemancar rosak

Simptom yang boleh di lihat ialah semasa proses initialization di mana motor langsung tidak bergerak kerana litar pengawal menganggapkan yang Optical Fork Sensor sudahpun tertutup atau sudahpun berada di posisi sensor flag. Apabila mula hendak melaksanakan tugas, error akan berlaku kerana ketika motor hendak mula bergerak ke posisi yang telah diprogramkan, litar kawalan mengesan yang Optical Fork Sensor masih tertutup.

2.       Transistor penerima mengalami kerosakan/shorted dan menyebabkan sensor ( jenis sambungan NPN ) sentiasa mengeluarkan isyarat walaupun sensor sudah di blocked oleh sensor flag.

Simptom yang boleh di lihat ialah semasa proses initialization, sensor atau untuk kes ini printer head akan bergerak terus hingga sampai ke limit mekanikalnya ( melanggar sisi badan printer ) sehinggakan halangan mekanikal tadi menyebabkan motor mengalami over current dan litar pengawal memberhentikan proses dan memberikan error message ( ‘fail to initialize’, ‘motor over current’ dan seumpamanya ).

Baiklah, daripada contoh masalah yang diterangkan, dapat tak anda bayangkan masalah yang mungkin timbul jika berlaku kerosakan pada sensor optik jenis reflective ?

Contoh  lain bagi sensor Through Beam ialah sensor yang dikenali sebagai ‘Light Curtain’. Sensor ini digunakan bagi tujuan keselamatan untuk mengesan kemasukan bahagian-bahagian anggota badan operator mesin ke dalam mesin yang merbahaya yang melibatkan proses stamping, cutting,turning dan seumpamanya.

Saya rasa, saya akan menyambung topik sensor ini di pos yang lain supaya pos ini tidak menjadi terlalu panjang. Jadi sila tunggu pos seterusnya untuk penerangan tentang sensor proximity, displacement dan mungkin juga tentang thermocouple.

Jika ada penambahan,pembetulan atau apa2 soalan sila letak di ruang komen. Saya terbuka untuk apa2 feedback demi tujuan perkongsian ilmu ini.

Pengenalan kepada fungsi Sensor ( Penderia )

Sensor / Penderia

Terdapat beratus-ratus jenis sensor yang digunakan dalam pelbagai lapangan dan operasi. Antara jenama-jenama sensor yang pernah saya jumpa ialah seperti OMRON, ALLEN BRADLEY, FESTO, FAIRCHILD, SUNX,SMC, SIEMENS,FARNEL, KEYENCE, ROCKWELL, TELEMECHANIQUE, YAMATAKE-HONEYWELL dan banyak lagi.

Walau bagaimanapun, nota ini di buat hanya berdasarkan kepada pengalaman saya selama berbelas tahun di industri yang banyak menggunakan sistem automasi dalam operasi sehariannya. Selain daripada itu, saya akan gunakan dwi-bahasa untuk nota ini dengan bahasa inggeris saya kekalkan untuk istilah-istilah tertentu, contohnya ‘sensor’ (bahasa melayunya : penderia). Ok, here we go….

Sensor adalah sejenis peranti yang bertindak-balas terhadap perubahan dan memberikan satu keluaran yang boleh digunakan untuk mendapatkan maklumat/bacaan tentang sesuatu perubahan itu. Selain daripada itu, keluaran daripada sensor juga ada yang berbentuk isyarat (elektrik) yang boleh digunakan sebagai maklumat masukan kepada pengawal/pemproses ataupun digunakan terus untuk sesuatu tindakan oleh litar penerima.

Contoh 1 : Mendapatkan bacaan/data : Termometer Merkuri

Juga adalah sejenis sensor di mana merkuri bertindak-balas kepada perubahan suhu. Pengembangan dan penguncupan merkuri di dalam tiub memberikan bacaan suhu yang dapat di lihat secara visual.

Contoh 2 : Masukkan(input) kepada litar pengawal ringkas - Float Sensor

Saya ingin mengambil satu contoh litar pengawal ringkas yang menerima maklumat daripada ‘Float sensor’ dan terus mengeluarkan amaran tentang paras air yang terlalu tinggi. Di dalam kes ini, float sensor diletakkan di bahagian drain out pipe sebuah mesin yang menggunakan air sebagai penyejuk di dalam prosesnya. Untuk mengesan jika drain out pipe tersumbat,sebuah float sensor telah diletakkan didalamnya. Apabila drain out pipe tersumbat, air tidak dapat mengalir keluar dengan cekap dan paras air didalamnya akan naik. Disinilah fungsi float sensor iaitu mengesan kenaikan paras air yang tidak sepatutnya berlaku.

Gambar float sensor dua wayar di atas adalah jenis yang biasa digunakan. Berfungsi sama seperti magnetic switch, bahagian pelampung ( berwarna putih ) akan timbul mengikut paras air. Pelampung akan mempunyai magnet kecil di mana medan magnet itu akan menyebabkan litar tertutup apabila pelampung berada pada kedudukan atas.

Saya katakan litar pengawal ringkas di sini ialah kerana apabila float sensor mengesan paras air melebihi tahap sepatutnya, sebuah buzzer amaran akan terus dibunyikan,tanpa tindakan susulan yang lain oleh mesin. Lihat ladder diagram di bawah di mana sebuah relay digunakan sebagai isolator kerana buzzer yang digunakan dikuasakan dengan arus ulang alik.

Selain daripada itu, fungsi yang lebih lanjut boleh juga dilaksanakan seperti contohnya memberhentikan operasi mesin secara automatic di mana relay boleh digunakan untuk memutuskan bekalan atau menghidupkan fungsi brek bagi memberhentikan bahagian mesin yang bergerak.

Contoh 3: Masukkan (input) kepada litar pengawal kompleks (PLC, micro-controller dll) : Displacement sensor

Istilah displacement sensor sebenarnya merujuk kepada fungsi sesebuah sensor itu dan bukan jenis sensor. Jenis sensor yang digunakan untuk fungsi ini boleh jadi jenis seperti optical-fork sensor ( optical-through beam sensor), optical-reflective sensor, metal detector, proximity sensor, pressure sensor dan sebagainya mengikut kesesuaian fungsi pada sesebuah mesin. Sebelum kita pergi kepada penerangan yg lebih lanjut untuk setiap jenis sensor yang telah disebut,kita lihat dulu bagaimana fungsi sensor yang dinamakan displacement sensor menjadi masukkan kepada litar pengawal untuk fungsi yang lebih kompleks.

Displacement sensor berfungsi mengesan perubahan mekanikal sesuatu bahagian sama ada bahagian itu hadir atau tidak pada tempat yang telah ditentukan.

Contoh A : Modul Pemilih ( selector module )

Sebuah mesin menghasilkan produk sama saiz tetapi berlainan material iaitu plastic dan logam. Produk yang dihasilkan digerakkan diatas sebuah conveyor untuk diasingkan mengikut jenis material oleh Modul Pemilih. Di modul pemilih, sebuah sensor jenis metal detector digunakan untuk mengenalpasti produk yang diperbuat daripada logam. Apabila sensor mengesan produk yang diperbuat daripada logam, serta merta produk itu akan di tolak ke dalam suatu bekas khas. Jika sensor tidak mengesan kehadiran logam, produk tersebut terus berlalu dan masuk ke dalam bekas lain.

Gambarajah di bawah menunjukkan sambungan litar untuk kawalan seperti yang dihuraikan di atas ;

Turutan fungsinya adalah seperti berikut ;

1.Sensor mengesan produk logam dan menghantar isyarat ke litar pengawal melalui Input Interface.

2.CPU memproses maklumat isyarat yang di terima dan membandingkan dengan arahan software/program yang di simpan di dalam memori.

3. Tindakan seperti yang telah dprogramkan ialah untuk menolak produk logam tersebut maka CPU pun mengeluarkan arahan untuk isyarat keluaran ( output ) dikeluarkan melalui Output Interface untuk menghidupkan solenoid valve yang akan memandu silinder pneumatic menolak produk logam.

Contoh B : Kawalan Posisi ( Position Control )

Position Control ialah satu proses di mana sebuah mesin dapat mengetahui tentang kedudukan bahagian-bahagian mesin itu sendiri dan membuat pergerakkan pada kadar yang ditentukan oleh program.  Fungsi inilah yang membawa kepada teknologi robotic.  Lebih dekat kepada robotic ialah suatu system yang dikenali sebagai ‘Servo’ dimana kawalan posisi melibatkan system computer dan pemproses maklumat, sensory feedback dan output command. Saya akan menyentuh tentang position control jenis ini nanti.

Baiklah, menggunakan kembali fungsi modul pemilih, untuk sebuah mesin seperti di atas bekerja dengan lebih cekap tanpa kesilapan yang boleh merosakkan mesin, beberapa syarat perlu dipenuhi semasa proses menolak produk logam oleh silinder pneumatic ;

Pertama : semasa silinder hendak menolak produk logam, conveyer mestilah berhenti.

Kedua : conveyer hanya akan bergerak jika pusher silinder pneumatic berada pada posisi backward.

Untuk kedua-dua syarat di atas sahaja, sebuah lagi sensor perlu di tambah iaitu sensor yang boleh mengesan kedudukan pusher silinder pneumatic. Selain daripada itu, program mestilah juga mempunyai arahan untuk menjalankan dan memberhentikan motor conveyer.  Lihat tambahan pada litar seperti di bawah.

Setakat ini diharapkan pembaca sudah boleh memahami fungsi sensor dan litar kawalan serta bagaimana aplikasinya yang sangat penting dan sangat meluas di dalam bidang automasi. Boleh dikatakan yang sensor adalah peranti utama yang  mesti ada pada sesuatu mesin selepas ‘suis’.

Lanjutan daripada topic ini di post yang lain, saya akan menerangkan jenis-jenis sensor yang kerap kali digunakan pada mesin-mesin automasi , fungsinya dan aplikasinya satu persatu mengikut senarai di bawah ;

1.       Roller microswitch

2.       Optical reflective sensor

3.       Optical fork sensor / Optical through beam sensor

4.       Metal detector

5.       Capasitive sensor

6.       Thermocouple