Schneider Electric

3/0
Schneider Electric
Capítulo 3 Detectores de ultrasonidos
Indice
Generalidades
Págs. 3/2 a 3/7
Osisonic®, detectores de ultrasonidos
Págs. 3/8 y 3/9
3
Schneider Electric
3/1
Generalidades
Detectores de ultrasonidos
Calidad, normas y certificaciones
Controles de calidad
0
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.
3
Conformidad con las normas
Los detectores ultrasonido Osisonic cumplen las normas CEI 60947-5-2.
Normas y características: consultar la página 3/9.
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
v
v
v
A los productos agroalimentarios:
Aceites vegetales, grasas animales.
Zumos de frutas.
Proteínas lácteas, etc.
Resistencia al entorno IP
b IP 67: protección contra los efectos de la inmersión.
Ensayo según CEI 60529: aparato sumergido durante 30 min en 1 m de agua.
Resultado: no se produce degradación de las características de funcionamiento y aislamiento.
Características:
página 3/9
3/2
Referencias:
página 3/8
Dimensiones:
página 3/8
Schneider Electric
Detectores de ultrasonidos
Generalidades
0
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
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).
1
Los detectores ultrasonido Osisonic tienen forma cilíndrica. Se componen de:
1 Generador de alta tensión
2 Transductores presoeléctricos (emisor y receptor)
3 Etapa de tratamiento de la señal
4 Etapa de salida
4
3
2
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 3 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.
Características:
página 3/9
Schneider Electric
Referencias:
página 3/8
Dimensiones:
página 3/8
3/3
3
Generalidades
Detectores de ultrasonidos
Terminología
Definiciones
0
Las condiciones siguientes se definen en la norma CEI 60947-5-2:
Zona
ciega
Campo de detección (Sd)
Placa de
medida
Ángulo total
del haz
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.
Eje de referencia
b Alcance mínimo
Límite inferior del campo de detección especificado.
Alcance mínimo
Alcance de trabajo (Sa)
Sn
b Alcance máximo
Límite superior del campo de detección especificado.
Alcance máximo
3
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.
PR PE
Ataque frontal
Alcance
H
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.
PR = punto de desaccionamiento
PE = punto de accionamiento
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)
< 300
V
1
Alimentación
2
2
Objeto que
se va
a detectar
Ra
Rr
Salida
del detector
Características:
página 3/9
3/4
2020
> 800
100100
b Retardo a la disponibilidad
Tiempo necesario para garantizar la utilización de la señal de salida de un detector en su
puesta en tensión.
1 Puesta en tensión
2 Estado de la señal de salida (0 o 1)
t
1
1010
300 < d < 800
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).
Ud
Salida
del detector
Tamaño del objetivo (mm)
Referencias:
página 3/8
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.
Dimensiones:
página 3/8
Schneider Electric
Generalidades
Detectores de ultrasonidos
Salidas
LED de señalización
Salida NA
LED
Objetivo
ausente
0
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).
Estado de
la salida
b Detector de Ø 30:
v LED multicolor para guiar al usuario en la instalación (posicionamiento y aprendizaje).
v LED amarillo (presencia de un objeto).
LED
Objetivo Estado de
presente la salida
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.
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.
+
NPN
PNP
–
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 = (It) / 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.
Características:
página 3/9
Schneider Electric
Referencias:
página 3/8
Dimensiones:
página 3/8
3/5
3
Generalidades
Detectores de ultrasonidos
Precauciones de instalación
Montaje
0
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
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 30
3
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.
Características:
página 3/9
3/6
Referencias:
página 3/8
Dimensiones:
página 3/8
Schneider Electric
Generalidades
Detectores de ultrasonidos
Precauciones de instalación (cont.)
Asociación en serie
0
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
Detector 1
Detector 2
Detector 3
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) .
–R
–C
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.
U2
10, U = tensión de alimentación y P = potencia de la lámpara.
R=
P
Detección
1
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.
2
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.
Reflector
3
Objetivo
4
Reflector
Características:
página 3/9
Schneider Electric
Referencias:
página 3/8
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 3.
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.
Dimensiones:
página 3/8
3/7
3
Referencias
y dimensiones
Detectores de ultrasonidos
Osisonic®,
0
Funcional y Universal
Cuerpo de plástico roscado, M121, M181, M301,5
Alimentación en corriente continua, salida estática
Referencias de los detectores
Detectores
XX5 12A1KAM8
Función
Salida
Referencia
Ø 12
Alcance (Sn)
m
0,05
NA
PNP/NPN
XX5 12A1KAM8
Peso
kg
0,011
Ø 18
0,15
NA
PNP/NPN
XX5 18A1KAM12
0,033
Ø 30
1
NA
PNP/NPN
XX6 30A1KAM12
0,091
Dimensiones
XX5 12A1KAM8
XX5 18A1KAM2
M18x1
XX5 18A1KAM12
M12x1
3
38
51
50
65
XX6 30A1KAM12
M30x1,5
XX6 30A1KAM12
45
20
85
Referencias de los accesorios
Accesorios de conexión
Conectores
Utilización
para detector
M8
Ø 12
M12
Ø 18, Ø 30
Prolongadores Utilización
para detector
M8
Ø 12
Tipo
Conexión
por toma
vampiro axial
Conexión
sobre bornas
a soldar
Anillo
metálico
Anillo
plástico
Tipo
Recto
Acodado
M12
Ø 18, Ø 30
Recto
XZ CP1041Lp
Acodado
Accesorios de fijación
Designación
Utilización
para detector
Bridas de
Ø 12
fijación
Ø 18
XSZ B11p
Generalidades:
págs. 3/2 a 3/7
3/8
Referencia
Recto
Acodado
XZ CC8FDM40V
XZ CC8FCM40V
Peso
kg
0,010
0,010
Recto
Acodado
XZ CC8FDM40S
XZ CC8FCM40S
0,010
0,010
Recto
Acodado
Recto
Acodado
Longitud
m
2
5
10
2
5
10
2
5
10
2
5
10
XZ CC12FDM40B
XZ CC12FCM40B
XZ CC12FDP40B
XZ CC12FCP40B
Referencia
0,020
0,020
0,020
0,020
Peso
kg
0,080
0,180
0,360
0,080
0,180
0,360
0,090
0,190
0,370
0,090
0,190
0,370
XZ CP0941L2
XZ CP0941L5
XZ CP0941L10
XZ CP1041L2
XC CP1041L5
XC CP1041L10
XC CP1141L2
XC CP1141L5
XC CP1141L10
XC CP1241L2
XC CP1241L5
XC CP1241L10
Referencia
XSZ B112
XSZ B118
Peso
kg
0,006
0,010
Características:
página 3/9
Schneider Electric
Detectores de ultrasonidos
Características,
conexiones,
instalación
y curvas
Osisonic®,
0
Funcional y Universal
Cuerpo de plástico roscado, M121, M181, M301,5
Alimentación en corriente continua, salida estática
Tipo de detectores
XX5 12A1KAM8
XX5 18A1KAM12
XX6 30A1KAM12
e
CEI 60947-5-2
M8 - 4 patillas
6,4…51
0,05
6,4…51 Fijo
< 0,7
0…6,4
M12 - 4 patillas
19…152
0,15
25…152 Fijo
< 0,35
0…19
51…991
1
Ajuste mediante aprendizaje
< 2,5
0…51
Características
Homologaciones
Conformidad con las normas
Modo de conexión
Mediante conector
Campo de detección
Alcance nominal (Sn)
Alcance de trabajo
Histéresis
Zona ciega (ningún objeto debe pasar por esta zona durante el
funcionamiento del producto)
Frecuencia de emisión
Reproductibilidad
Ángulo total del haz (ver zona de detección)
Tamaño mínimo del objeto que se va a detectar
Grado de protección
Temperatura de almacenamiento
Temperatura de funcionamiento
Materiales
mm
m
mm
mm
mm
kHz
mm
500
200
± 0,7
± 0,9
14˚
20˚
Cilindro de Ø 2,5 mm o barra Cilindro de Ø 1,6 mm
Cilindro de Ø 1,6 mm hasta
plana de 1 mm de ancho
un alcance de 635 mm
IP 67
- 40…+ 80
- 20…+ 65
0…+ 60
De plástico PEI ULTEM® marca registrada de General Electric CO
De cerámica
Membrana de silicona
Amplitud ± 1 mm (f = 10…55 Hz)
30 g, duración 11 ms, en los 3 ejes
Según CEI 60529
˚C
˚C
Caja
Lado sensible
Resistencia a las vibraciones
Según CEI 60068-2-6
Resistencia a los choques mecánicos Según CEI 60068-2-27
Resistencia a las perturbaciones electromagnéticas
Descargas electrostáticas
Según CEI 61000-4-2
Campos electromagnéticos radiados Según CEI 61000-4-3
Transitorios rápidos
Según CEI 61000-4-4
Señalización
Estado de la salida
Presencia de tensión
Ayuda a la instalación
Tensión asignada de alimentación
Límites de tensión (ondulación incluida)
Corriente consumida, sin carga
Corriente conmutada
Tensión residual
Frecuencia máxima de conmutación
Retardos
A la disponibilidad
Al accionamiento
Al desaccionamiento
kV
Vm
kV
8, nivel 4
10, nivel 3
1, nivel 3
LED amarillo posterior
–
LED amarillo posterior
LED naranja posterior
–
–
–
–
LED multicolor posterior
c 12…24 V con protección contra la inversión de polaridad
c 10…28 V
20
60
80
< 100 (PNP y NPN) con protección contra las sobrecargas y los cortocircuitos
< 1 (PNP y NPN)
125
80
10
20
350
720
2
3
25
2
3
25
V
V
mA
mA
V
Hz
ms
ms
ms
Conexiones
Mediante conector M8
Mediante conector M12
1 (+)
1 (+)
2
4
1
2 Salida NPN
2 Salida PNP
4 3 (-)
1
2
3 3 (-)
4 Salida NPN
4 Salida NPN
3
Tipo 4 hilos c, salidas NA, PNP y NPN
(-) BU (Azul)
1/BN
(+) BN (Marrón)
WH (Blanco)
NPN
4/BK
PNP
BK (Negro)
2/WH
3/BU
Precauciones de instalación
Ø 12
Ø 18
Ø 30
Distancias que se deben respetar en el montaje (cm)
Lado a lado
Cara a cara
e
e u 10
e u 50
e
e u 30
e u 150
e u 200
e u 1.000
Curvas de detección
XX5 12A1KAM8
XX5 18A1KAM12
Zona ciega
mm
200
10
20
100
-10
-20
-100
-20
Generalidades:
págs. 3/2 a 3/7
Schneider Electric
Referencias:
página 3/8
XX6 30A1KAM12
mm
40
mm
20
-40
0
10
20
30
40 50 60
mm
-200
0
50
100
150 200
mm
0
20
40
60
80
100
cm
Dimensiones:
página 3/8
3/9
3