Capteurs numériques dans les machines industrielles : fonctionnement, types et bonnes pratiques

Les machines et équipements industriels ne fonctionnent pas sans capteurs opérationnels. Un mauvais capteur arrête la production en n'envoyant pas de signal au contrôleur ou n'autorisant pas un mouvement. Pire encore : un capteur envoyant des signaux incorrects ou au mauvais moment. Ces « ratés » provoquent accidents et collisions coûteuses.

Les capteurs sont classés analogiques ou numériques. Cet article passe en revue l'usage des capteurs numériques, les types disponibles, et offre des conseils pour choisir le bon capteur pour des applications spécifiques.

Comment et où les capteurs sont utilisés

Les capteurs numériques communiquent présence, absence, niveau, position de mouvement à un dispositif qui effectuera une action en réponse. Exemples : détection d'un conteneur sur convoyeur, mesure de niveaux de liquide, reconnaissance d'une position atteinte par un mécanisme.

La sortie d'un capteur numérique va généralement dans le module E/S d'un API. Parfois dans un PC via matériel E/S, ou dans des implémentations moins complexes, directement sur un relais.

Une application peut être simple : allumer un voyant pour signaler à l'opérateur qu'une pièce est en position. Un exemple plus complexe : capteurs de présence de pièce dans une pince robotique indiquant au contrôleur que la pièce est saisie.

Bases électriques

La plupart des capteurs industriels utilisent du 24 Vcc (certains secteurs préfèrent 120 Vac). Cela comprend deux des trois fils du capteur. Le troisième est le fil de signal. Les capteurs sont décrits comme PNP ou NPN, sourçants ou absorbants. Que vous remplaciez des capteurs, en ajoutiez à un système, ou partiez de zéro, il est crucial de choisir le bon type.

1. Capteurs PNP et NPN

PNP et NPN font référence à la façon dont les transistors commutent le signal. En PNP, le signal passe à haut (+24 V) quand activé ; en NPN, il passe à bas. Il est important d'utiliser le bon type car il doit compléter le module d'entrée.

Pour le remplacement : les fabricants européens et nord-américains préfèrent généralement PNP, tandis que l'équipement asiatique utilise souvent NPN.

2. Sourcing et sinking (sourçage et absorption)

Ces termes relèvent aussi des transistors. En PNP, le signal monte à +24 V pour indiquer un vrai logique et entre dans le module DI de l'API. Le capteur est la source, le module DI le puits.

Avec un capteur NPN, c'est l'inverse : le capteur devient le puits et l'API la source. 0 V du capteur est le vrai logique.

3. Logique de commutation

Les capteurs peuvent être normalement ouverts (NO) ou normalement fermés (NF). Exemple : une photorésistance sur convoyeur peut sortir un signal bas sans pièce et passer haut quand le faisceau est coupé, ou l'inverse.

De plus, les capteurs peuvent être câblés en série ou parallèle. Cela permet de créer des fonctions ET et OU, réduisant le câblage vers l'API et la programmation nécessaire.

Types de capteurs numériques

• Photoélectriques : utilisent une photoréceptrice pour détecter un faisceau lumineux. La source peut être éloignée, approprié pour convoyeurs.
• Inductifs : intègrent une bobine émettant un champ électromagnétique fluctuant. Le métal traversant le champ crée une perturbation déclenchant une sortie. Pour applications de très courte portée.
• Capacitifs : même principe qu'un condensateur électrique, détectent la présence de tout matériau proche. Disponibles pour matériaux conducteurs et non-conducteurs.

Considérations pour la sélection d'un capteur numérique

Points principaux :

• Position et distance de la cible — détermine si capteur contact ou sans contact
• Type de cible — métallique/non-métallique, solide/liquide, transparent/opaque, réfléchissant/non-réfléchissant
• Espace disponible — beaucoup, mais pas tous, disponibles en corps 12 mm. D'autres demandent plus d'espace.
• Environnement de travail — lavage ? ATEX ? Niveaux élevés de poussière ou humidité ?
• Connexions — PNP ou NPN ? 24 Vcc ou 120 Vac ? NO ou NF ?
• Sensibilité, résolution, précision et répétabilité — définissent la performance requise.

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John Henry Foster a récemment acquis Sensors Incorporated et Sensors Integration. Sensors est un leader national en intégration de capteurs industriels, sécurité et vision machine avec support technique pour OEMs, intégrateurs systèmes et utilisateurs finaux. Bien que les deux entreprises continuent d'opérer indépendamment, elles partagent de fortes ressources intellectuelles et connaissances.

Images fournies par Banner Engineering et Sensors Incorporated