wersja mobilna
Online: 303 Sobota, 2016.12.10

Raporty

Sposoby na detekcję i pomiary. Czujniki zbliżeniowe i optyczne

piątek, 02 sierpnia 2013 08:15

Czujniki to elementy niezbędne do pracy większości maszyn i linii technologicznych. Choć są niepozorne - w porównaniu choćby z napędami elektrycznymi - bez nich nie byłoby możliwe wykrywanie obecności obiektów, określanie ich wielu cech, kontrola pracy urządzeń oraz przebiegu procesów. W takich zastosowaniach branża korzysta z szerokiej palety produktów obejmujących zarówno wersje zbliżeniowe - najczęściej typu indukcyjnego, jak też optyczne.

Spis treści » Przemysł i produkcja maszyn
» Cztery technologie czujników zbliżeniowych
» Wersje optyczne - o krok dalej
» Sprzedawać tanio i dużo czy drożej i nielicznym?
» Czym jest dobra oferta?
» Czołowe marki w kraju
» Co kształtuje branżę?
» Solidny fundament oferty
» Pokaż wszystko

Chociaż ich głównym użytkownikiem jest przemysł, do istotnych odbiorców należą też producenci wind i podnośników, firmy z sektora motoryzacyjnego oraz infrastrukturalnego. To ostatnie zachęca również kolejnych dostawców do działania na omawianym rynku - i to pomimo faktu, że po stronie dystrybucji wydaje się on już dawno podzielony pomiędzy czołowych producentów. Jednocześnie polscy klienci mają w większości wykształcone preferencje względem marek produktów i poszukują wyrobów nie tylko w jak najlepszych cenach, ale coraz częściej specjalizowanych i o zaawansowanej funkcjonalności.

PRZEMYSŁ I PRODUKCJA MASZYN

Rys. 1. Główne krajowe branże będące odbiorcami omawianych czujników

Nazwa omawianych produktów - czujniki przemysłowe - zdecydowanie trafnie wskazuje na ich najczęstsze zastosowania. Elementy indukcyjne, optyczne i podobne trafi ają głównie do odbiorców związanych z branżą maszynową oraz integratorów systemów i klientów końcowych wywodzących się z sektora produkcyjnego (przede wszystkim produkcja dyskretna).

Tak jest również w Polsce, co potwierdzają statystyki publikowane regularnie w raportach poświęconym czujnikom. W przypadku tej bieżącej (patrz rys. 1) wymienione branże zajęły również dwa czołowe miejsca, natomiast na trzecim znalazł się sektor spożywczy. Ten ostatni kategoryzowany jest osobno ze względu na istotność dla dostawców i wymagania dotyczące samych produktów (wysoki stopień ochrony, możliwość mycia pod ciśnieniem, itd.).

Czujniki zbliżeniowe, szczególnie indukcyjne i pojemnościowe, to także zastosowania w transporcie oraz przemyśle ciężkim, natomiast wersje optyczne - w windach, podnośnikach, drzwiach, bramach i podobnych aplikacjach. Na dalszych miejscach listy znalazły się aplikacje w automatyce budynkowej, infrastrukturalne i specjalne. Są one równie ważne, ale w tym przypadku czujników sprzedaje się najzwyczajniej mniej niż do przemysłu, stąd ich odległe miejsce w statystyce.


>>> Czujniki SMT-8M-A do siłowników z rowkiem T - stuprocentowa funkcjonalność!


Co się zmieniało na rynku w ostatnich pięciu latach, jeżeli chodzi o zastosowania czujników? Właściwie niewiele. Pierwsze miejsca zajmowane w statystykach należą niezmiennie do przemysłu i "maszynówki", czyli sektora OEM. Pewne różnice widać dalej - minimalnie zmalał udział motoryzacji, podobnie też ochrony środowiska, wzrósł zaś zastosowań infrastrukturalnych. Pomimo jednak nowości technologicznych i pojawiania się coraz bardziej zaawansowanych funkcjonalnie czujników, nie zmieniają się znacząco zastosowania tych ostatnich. Nie zmieniają, bo wszędzie tam, gdzie czujniki mogą być stosowane, już dawno są.

Przyszłość też nie powinna zaskoczyć. Branże będące w Polsce najbardziej perspektywicznymi odbiorcami tytułowych produktów są podobne do tych obecnie najpopularniejszych, co przedstawiono na rysunku 9 publikowanym na końcu raportu. Wielu z dostawców omawianych komponentów patrzy z nadzieją w szczególności na sektor spożywczy, zaś na dalszych miejscach pojawiły się też: branża security, farmaceutyczna, okrętowa oraz związana z robotami.

CZTERY TECHNOLOGIE CZUJNIKÓW ZBLIŻENIOWYCH

Rys. 2. Na czym zarabia się w branży?

Omawiane czujniki oferowane są w wielu wykonaniach, jeżeli chodzi o ich budowę, wymiary, funkcjonalność i, przede wszystkim, zasadę działania. W przypadku elementów zbliżeniowych do podstawowych stosowanych w maszynach, które używane są do wykrywania obecności obiektów metalowych oraz części w ruchu, należą czujniki indukcyjne.

Charakteryzują się one kilku-, kilkudziesięciomilimetrową strefą roboczą, co zależy głównie od wykorzystywanej w czujniku cewki, oraz relatywnie dużą odpornością środowiskową. Wprawdzie nie mogą wykrywać elementów innych niż metalowe, ale w części zastosowań jest to ich zaletą, gdyż pracując w środowisku o dużym zapyleniu, w brudzie czy po prostu smarach, nadal działają poprawnie. Omawiane czujniki mogą być też produkowane w wersjach o wzmocnionej obudowie (z czołem ceramicznym lub metalowym) - ich przeznaczeniem są aplikacje m.in. w spawalnictwie i pojazdach specjalnych.

Popularnymi czujnikami zbliżeniowymi są też te działające na zasadzie pojemnościowej. Mogą one wykrywać elementy niemetalowe (szkło, tworzywa sztuczne, drewno, itd.), granulaty oraz ciecze, do tego cechują się zazwyczaj dużą odpornością na zaburzenia ESD. Z tych powodów wykorzystywane są nie tylko do detekcji obiektów, ale też obecności i kontroli poziomu substancji płynnych oraz sypkich.

Mniej rozpowszechnione, choć też wykorzystywane w przemyśle produkcyjnym, są wersje ultradźwiękowe. Pozwalają one na pracę na duże dystanse, zapewniając na wyjściu sygnał analogowy proporcjonalny do odległości, przez co doskonale nadają się do określania poziomu w zbiornikach. Czwartą z technologii czujników wykorzystywanych w automatyce jest magnetyczna.

TABELA 1. Czujniki zbliżeniowe i optyczne - oferta dostawców

W tym przypadku, oprócz czujnika pełniącego funkcję aktywną, konieczne jest zastosowanie elementu pasywnego w postaci magnesu. Tego typu wersje charakteryzują się dużą odpornością na wibracje, zabrudzenia i pracować mogą w wysokich temperaturach. Ich typowymi zastosowaniami są kontrola dostępu oraz wykrywanie pozycji tłoka w siłownikach (w tym przypadku oferowane są m.in. odpowiednio wyprofilowane czujniki do siłowników z rowkiem T).

Ofertę dostawców w zakresie omawianych produktów przedstawiono w tabeli 1. O ile wersje indukcyjne dostarczane są właściwie przez każdą z firm i w wielu znajdziemy też te pojemnościowe, o tyle elementy magnetyczne, a tym bardziej ultradźwiękowe, należą już do domeny mniejszej liczby dostawców. Jeżeli chodzi o rozszerzanie asortymentu, to ci ostatni chętniej wprowadzają do sprzedaży elementy optyczne, które cechują się znacznie szerszym zakresem aplikacyjnym, a do tego są produktami najzwyczajniej droższymi.

Małgorzata Fowler

Dyrektor handlowy
SELS

  • Jaka jest sytuacja w branży czujników?

Trudna sytuacja gospodarcza w Europie spowodowała zaostrzenie się konkurencji pomiędzy dostawcami czujników zbliżeniowych i poszukiwania nowych rynków zbytu. Firmy dystrybucyjne, dotychczas działające na określonym terenie, zaczynają eksportować czujniki, sprzedając je często po cenach dumpingowych. Dodatkowo docierają do nas tanie elementy z Azji, których jakość często pozostawia wiele do życzenia. Niestety w kryzysie potwierdza się powiedzenie, że cena czyni cuda. Najczęściej klienci przekonują się o jakości zakupionych towarów po pewnym czasie i wówczas wracają do sprawdzonych dostawców.

Z drugiej strony obserwujemy większe zainteresowanie przemysłu nowymi rozwiązaniami. Czujniki bardziej zaawansowane technologicznie, pomimo ich relatywnie wysokiej ceny, sprzedają się coraz lepiej. Stosowane dotychczas uniwersalne czujniki wielofunkcyjne odchodzą do historii - teraz jest czas na czujniki specjalistyczne, opracowane pod konkretne zapotrzebowania danego rynku.

  • Które obszary rynku są rosnące, a gdzie obserwować można stagnację?

Stale rośnie grupa klientów, dla których jakość jest najważniejsza. Odbiorcy decydują się na budowę stanowisk w oparciu o czujniki wizyjne np. do kontroli jakości. Mamy realizacje, które potwierdzają, że dobry czujnik wizyjny może wychwycić nawet wady, których nie zauważa ludzkie oko. Fakt ten przemawia do wielu osób odpowiedzialnych za jakość. Wydaje się, że ten rynek będzie się stale rozwijał.

Z naszych obserwacji wynika, że spowolnienie gospodarki dotknęło niektóre gałęzie gospodarki bardziej niż inne. Wielu klientów działających na przykład na rynku budowlanym lub motoryzacyjnym odnotowało znaczny spadek sprzedaży, co spowodowało ograniczenia zakupów i inwestycji. Ostatnie miesiące wykazują pewną zmianę tej niekorzystnej tendencji i wszyscy mamy nadzieję, że gospodarka znowu nabierze tempa.

WERSJE OPTYCZNE - O KROK DALEJ

Rys. 3. Czy czujniki sprzedają się samodzielnie, czy jako większe kompletacje?

Wykorzystanie detekcji zmian światła zamiast pola elektromagnetycznego tworzy zupełnie nowe możliwości, jeżeli chodzi o rodzaje wykrywanych obiektów oraz robocze strefy działania czujników. Oczywiście nie oznacza to, że wersje optyczne zastępują elementy wcześniej omawiane, natomiast niewątpliwie obszar ich zastosowań regularnie rośnie. Pozwalają one na wykrywanie oraz zliczanie produktów, określanie ich pozycji i wymiarów, detekcję elementów maszyn, kontrolę opakowań i wykonywanie wielu innych zadań w przemyśle produkcyjnym. Stosuje się je też w aplikacjach windowych, w pojazdach oraz układach do pomiarów poziomu.

Czujniki optyczne (fotoelektryczne) wykrywać mogą obiekty znajdujące się w dużych odległościach, aczkolwiek w automatyce te ostatnie wynoszą typowo od kilku centymetrów do pojedynczych metrów. Omawiane podzespoły wykorzystują modulowane światło w zakresie widzialnym lub podczerwonym, które jest ogniskowane przez układ soczewek.

W najnowszych wersjach te ostatnie pozwalają na osiąganie zbieżności wiązki bliskich światłu laserowemu. O ile w przypadku wszystkich czujników światło pada docelowo na element detekcyjny, o tyle same elementy mogą w jednej obudowie integrować nadajnik i odbiornik (wersje odbiciowe), mogą mieć te funkcje rozdzielone (czujniki typu bariera) lub wymagać stosowania elementu odbijającego światło (wersje refleksyjne). Różnice występują też pod względem funkcji (np. łatwa konfiguracja typu "teach-in") oraz możliwości pomiarowych.

Grupa produktów optycznych obejmuje fotoprzekaźniki w obudowach cylindrycznych i prostopadłościennych, czujniki światłowodowe (z odpowiednimi wzmacniaczami) oraz precyzyjne wersje laserowe. Część producentów ma w ofercie również podzespoły pozwalające na pracę z obiektami przezroczystymi - tego typu czujniki wykrywać mogą folie, pojemniki PET czy butelki, a ich najczęstsze zastosowania związane są z przemysłem spożywczym, FMCG oraz opakowaniowym.

Do zaawansowanych funkcjonalnie czujników optycznych należą też wersje wizyjne. Służą one do detekcji obiektów o określonym kolorze, mierzyć mogą ich jasność oraz zmiany kontrastu. Pozwala to przykładowo określać zawartość blistra z tabletkami, obecności nakrętek butelek czy nadruków na opakowaniach. Obszarem ich zastosowań jest też pozycjonowanie podczas produkcji i sprawdzanie oryginalności wyrobów. Producenci, tacy jak przykładowo Sick, oferują też dalmierze, które pozwalają na pomiar odległości nawet do kilkuset metrów przy zachowaniu dokładności rzędu milimetrów.

TABELA 2. Czujniki indukcyjne - przykładowe produkty

Niezależnie od rodzaju produktów, omawiane czujniki mogą występować w wersjach z wyjściami analogowymi, cyfrowymi oraz interfejsami do sieci komunikacyjnych (np. IO-Link, AS-i i innych). Do ich ważnych wykonań specjalnych należą te o wysokim stopniu ochrony i mogące pracować w strefach zagrożonych wybuchem. Jeżeli zaś chodzi o wymienione wcześniej wersje laserowe, to stosowane są one powszechnie w aplikacjach bezpieczeństwa. Ostatni z tematów zostanie szerzej omówiony w raporcie publikowanym w październikowym wydaniu APA.

SPRZEDAWAĆ TANIO I DUŻO CZY DROŻEJ I NIELICZNYM?

Rys. 4. Czy czujniki to podzespoły, na bazie których budować można ofertę firmy?

Omawiane czujniki to pod względem funkcjonalnym i technologicznym zarówno wyroby najprostsze, których budowa niewiele zmieniała się przez lata, jak też produkty zaawansowane. Tymi ostatnimi są przykładowo wersje określane mianem inteligentnych, a więc mające zazwyczaj wyjścia cyfrowe oraz wbudowane układy przetwarzania danych.

Inną grupą elementów są te specjalizowane, a więc niekoniecznie cechujące się rozbudowaną funkcjonalnością, ale np. nietypową budową (bardzo krótkie czujniki indukcyjne o dużej roboczej strefie działania) lub możliwością pracy w warunkach skrajnie niekorzystnych (np. w pojazdach roboczych, gdzie narażone są na uszkodzenia mechaniczne, pracę w wilgoci i wpływ soli). Czy w tej sytuacji, będąc dystrybutorem, lepiej jest postawić na duże wolumeny, działając z niewielkimi marżami, czy skupić się na produktach specjalizowanych, współpracując szerzej z wybranymi klientami?

Jak się wydaje, obydwie metody mają sens, a sam rynek rozwija się dwutorowo. Jednocześnie klienci, co potwierdzają przedstawiciele obsługujących ich firm, z jednej strony szukają produktów najtańszych, z drugiej zaś są w stanie zapłacić więcej w przypadkach, gdy wymagania względem czujników są wysokie lub te ostatnie mają być nietypowe. Dla dostawców oznacza to zaś, że albo zgodzą się na konkurowanie na polu cenowym, albo skupią się na produktach z górnej półki - tych o wysokiej jakości lub wyróżniających cechach.

Zgodnie z danymi i komentarzami, które uzyskaliśmy podczas tworzenia raportu, w branży cały czas najwięcej sprzedaje się czujników standardowych, czyli z wyjściami analogowymi lub dwustanowymi i bez wbudowanej logiki. Dostawcy odnotowują jednak istotny wzrost popytu na wersje inteligentne (patrz rys. 2).

W biznesie dystrybucji czujników zarabia się też na komponentach z nimi związanych - w tym przypadku do tej kategorii zaliczają się też podzespoły i urządzenia wykorzystywane w systemach wspólnie z czujnikami. Mogą to być przykładowo moduły kondycjonowania sygnałów, wyświetlacze, proste sterowniki i podobne. Niewielka część rynku związana jest z usługami.

Daniel Gonet

Inżynier ds. aplikacji
ifm electronic

  • Jakich produktów poszukują odbiorcy czujników? Czym się kierują?

Klienci zaopatrujący się w czujniki zbliżeniowe coraz częściej poszukują rozwiązań specjalnych, chociażby dla przemysłu spożywczego czy rozwiązań mobilnych. Wynika to z faktu, że bardzo często zwykłe czujniki nie wytrzymują próby czasu w konfrontacji ze specyficznymi warunkami pracy, takimi jak np. mycie pod ciśnieniem czy silne drgania.

Klienci podejmują decyzję o zakupie czujnika, mając na uwadze nie tylko cenę zakupu, lecz również czas jego prawidłowego działania, koszt serwisowania bądź wymiany w niedalekiej przyszłości. Wbrew pozorom czujniki zbliżeniowe to nie tylko strefa (zasięg) działania, napięcie zasilania i rozmiar obudowy. Często dwa z pozoru identycznie wyglądające czujniki kryją w sobie różne cechy sprawiające, że pasują one do konkretnych aplikacji.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

2016-12-09   | Endress+Hauser Polska Sp. z o.o.
Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

Endress+Hauser informuje o wprowadzeniu do oferty nowego typu czujnika przewodności o oznaczeniu Memosens CLS82D, zaprojektowanego do aplikacji o wysokich standardach higienicznych, m.in. biotechnologii, farmacji i produkcji żywności. Jest to czujnik 4-elektrodowy charakteryzujący się zakresem pomiarowym od 1 µS/cm do 500 mS/cm i zakresem dopuszczalnych temperatur pracy od -5 do +120°C.
czytaj więcej

Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

2016-12-09   | RS Components Sp. z o.o.
Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

RS Components został wyłącznym dostawcą bramy IoT firmy Siemens - Simatic IOT2020. Została ona zaprojektowana do ciągłej pracy w środowisku przemysłowym i może być używana do pobierania, przetwarzania, analizowania oraz przesyłania danych do urządzeń i sieci praktycznie każdego typu.
czytaj więcej

Nowy numer APA