Comprendere i sensori con funzioni timer: applicazioni e vantaggi

I sensori moderni e sofisticati spesso includono funzionalità di temporizzazione integrate, che consentono un coordinamento preciso delle azioni in base ai segnali di ingresso. Questi sensori offrono diverse funzionalità, tra cui ritardo all’inserzione, ritardo alla disinserzione, ritardo combinato all’inserzione/disinserzione e trigger one-shot.

È importante capire come utilizzare queste funzioni, ma dobbiamo anche rispondere a una domanda fondamentale: se i PLC e i microcontrollori sono così facili da usare, perché dovremmo volere un timer direttamente all’interno del sensore?

 

Funzioni del timer

Per cominciare, esaminiamo le definizioni delle varie funzioni di base dei timer.

 

Ritardo all’inserzione

Un sensore con funzione di “ritardo all’inserzione” non attiva immediatamente un’azione quando rileva qualcosa. Esiste invece un ritardo prima dell’avvio dell’azione. È simile alla pressione di un pulsante di pausa, seguita dall’attesa di qualche istante prima di riprendere la riproduzione. Ad esempio, se un sensore con funzione di “ritardo all’inserzione” rileva un oggetto su un nastro trasportatore, il nastro non inizierà a muoversi immediatamente. Attenderà alcuni secondi (o per il tempo impostato) prima di trasportare l’oggetto lungo la linea di produzione. Questo ritardo contribuisce a controllare la temporizzazione delle azioni nei processi automatizzati, assicurando che avvengano nel momento giusto.

L’immagine seguente illustra due diversi scenari di “ritardo all’inserzione”: un impulso di ingresso crescente (nero) che non dura quanto il tempo Ton e, di conseguenza, il segnale di uscita (blu) non si attiva mai. Gli ultimi due segnali durano abbastanza a lungo da attivare il segnale blu, che rimane attivo finché l’ingresso non passa allo stato falso.

 

Figura 1. Esempi di segnali con ritardo all’inserzione. Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

Ritardo alla disinserzione

La funzione di “ritardo alla disinserzione” di un sensore non è esattamente l’opposto del ritardo all’inserzione, come il nome potrebbe suggerire. Invece di ritardare l’avvio di un’azione, ritarda lo spegnimento di qualcosa dopo che il sensore ha smesso di rilevare. Immaginiamo, ad esempio, un sensore di movimento in una stanza. Quando smette di rilevare un movimento, invece di spegnere immediatamente le luci, introduce un ritardo prima che si spengano. In ambito produttivo, il macchinario non si arresta immediatamente se un sensore con funzione di ritardo alla disinserzione rileva che un oggetto sta lasciando un’area specifica. Continua invece a funzionare per un periodo prestabilito, consentendo una transizione graduale o il completamento di un’attività prima dell’arresto, come nel caso di una ventola di raffreddamento o di una spia di avviso “motore in funzione”.

L’immagine seguente illustra due diversi scenari di “ritardo alla disinserzione”: nel primo esempio, l’impulso di ingresso rimane basso oltre il tempo Toff e, di conseguenza, anche il segnale di uscita (blu) passa allo stato basso. Nel secondo esempio, l’ingresso torna alto prima del raggiungimento del tempo Toff, quindi l’uscita non passa mai allo stato basso. In entrambe le transizioni finali del segnale, il tempo Toff viene raggiunto e il segnale finale passa allo stato basso.

 

Figura 2. Funzionalità del timer con “ritardo alla disinserzione”. Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

Ritardo all’inserzione/disinserzione

La funzione di “ritardo all’inserzione e alla disinserzione” di un sensore combina le caratteristiche del “ritardo all’inserzione” e del “ritardo alla disinserzione” per creare un vero ritardo prima di qualsiasi evento di uscita, sia all’inserzione sia alla disinserzione.

Quando il sensore rileva inizialmente l’oggetto, si verifica un ritardo prima dell’attivazione dell’uscita, in modo simile a un “ritardo all’inserzione”. Poi, dopo che il sensore smette di rilevare l’oggetto, si verifica un ulteriore ritardo prima dell’interruzione dell’azione, proprio come con un “ritardo alla disinserzione”.

Quando un sensore con funzione di “ritardo all’inserzione e alla disinserzione” è abbinato a un nastro trasportatore, si verifica un ritardo prima dell’avvio del nastro, seguito da un secondo ritardo prima del suo arresto.

 

Figura 3. Funzione del timer con “ritardo all’inserzione e alla disinserzione”. Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

One-shot; fronte di salita e fronte di discesa

La funzione “one-shot” di un sensore è simile a una breve azione in risposta a un trigger. Ne esistono due tipi: “fronte di salita” e “fronte di discesa” (talvolta chiamati anche “fronte crescente” e “fronte decrescente”). Queste possono essere considerate funzioni logiche tanto quanto funzioni di temporizzazione.

Con un impulso sul fronte di salita, il breve impulso di uscita si verifica immediatamente quando l’ingresso viene attivato, ma una sola volta, indipendentemente dalla durata della pressione del pulsante. Il fronte di discesa produce l’azione di uscita nel momento in cui si rilascia il segnale di ingresso. Mentre si tiene premuto il pulsante (o si mantiene il segnale del sensore), non accade nulla, ma non appena lo si rilascia viene generato l’impulso.

Immaginiamo di avere un sensore con funzione one-shot impostata sul fronte di salita. Quando un oggetto attraversa il campo del sensore, viene attivata una breve azione, come l’attivazione di un cilindro pneumatico che lo spinge verso la fase successiva della produzione. Con il “fronte di discesa”, l’azione si verificherebbe non appena l’oggetto supera il sensore, ma solo dopo che è uscito dal suo campo di rilevamento. Queste funzioni one-shot sono utili per attività precise e singole nei processi automatizzati.

 

Figura 4. Funzione del timer one-shot (fronte di discesa). Immagine utilizzata per gentile concessione di Carlo Gavazzi

 

Perché non usare semplicemente un PLC?

È vero che, man mano che PLC e microcontrollori diventano più piccoli ed economici, la necessità di relè temporizzati e moduli sensore dedicati si riduce. Tuttavia, esistono alcuni motivi per cui è possibile utilizzare moduli timer per alleggerire il carico di un sistema controllato.

 

Maggiore affidabilità

Distribuire le funzioni di temporizzazione tra i sensori e il PLC può aumentare l’affidabilità dei sistemi di automazione industriale. Assegnando le attività di temporizzazione a sensori dotati di funzioni timer integrate, il sistema acquisisce ridondanza. In caso di guasto del PLC, i sensori con funzioni di temporizzazione autonome possono continuare a funzionare indipendentemente, garantendo l’esecuzione delle attività di temporizzazione critiche.

 

Riduzione della complessità della programmazione del PLC

Trasferire la logica e le funzioni di temporizzazione ai sensori può ridurre significativamente la complessità della programmazione del PLC. Distribuire le responsabilità di logica e temporizzazione tra sensori e PLC semplifica la risoluzione dei problemi, poiché è più facile isolare l’origine dei guasti. Inoltre, con meno funzioni logiche e di temporizzazione da gestire nel PLC, i programmatori possono concentrarsi su strategie di controllo di livello superiore.

 

Installazione più semplice

L’utilizzo di sensori con funzioni timer integrate offre un approccio all’installazione più semplice rispetto alla configurazione di un sistema PLC per le operazioni di temporizzazione. Con i sensori, il processo di installazione è semplice:

• Montarli nella posizione desiderata.
• Collegarli alla fonte di alimentazione e agli altri dispositivi di controllo.
• Configurare i relativi parametri tramite interfacce intuitive.

Questa semplicità riduce i tempi e la complessità dell’installazione, consentendo un’implementazione e un’integrazione più rapide nei sistemi di automazione industriale. Inoltre, la natura intuitiva delle interfacce dei sensori semplifica la regolazione dei parametri, permettendo agli operatori di ottimizzare facilmente le impostazioni di temporizzazione.

 

Applicazioni dei timer integrati nei sensori

Controllo dei nastri trasportatori

Una temporizzazione precisa è fondamentale per garantire il corretto svolgimento delle operazioni produttive lungo i nastri trasportatori. I sensori dotati di funzioni timer con ritardo all’inserzione possono essere essenziali per controllare l’avvio dei nastri trasportatori. Quando un oggetto viene rilevato da un sensore posizionato all’inizio del nastro trasportatore, viene avviato un timer con ritardo all’inserzione. Questo timer assicura un ritardo prima dell’avvio del nastro, lasciando il tempo di posizionare correttamente l’oggetto prima dell’inizio del trasporto.

 

Pallettizzazione nella logistica di magazzino

I sistemi di pallettizzazione automatica possono essere dotati di sensori con timer a ritardo all’inserzione e alla disinserzione per ottimizzare il processo di pallettizzazione. Quando il sensore rileva un prodotto, si avvia un timer con ritardo all’inserzione, lasciando il tempo di posizionare correttamente il prodotto per la pallettizzazione. Dopo la pallettizzazione del prodotto, un timer con ritardo alla disinserzione assicura che il meccanismo di pallettizzazione continui a funzionare per una durata prestabilita, completando il processo prima dell’arresto.

 

Saldatura robotizzata nella produzione automobilistica

La saldatura robotizzata è fondamentale per l’assemblaggio dei componenti dei veicoli. I sensori con funzioni timer one-shot consentono un controllo preciso della temporizzazione delle operazioni di saldatura. Quando un componente si trova nella posizione prevista per la saldatura, i sensori ne rilevano la presenza e attivano un timer one-shot per generare un singolo impulso. Questo impulso attiva il robot di saldatura, che esegue una singola operazione di saldatura prima di attendere il segnale di trigger successivo.

 

Controllo delle macchine confezionatrici

Le macchine confezionatrici avvolgono e preparano i prodotti per facilitarne la distribuzione e la vendita negli stabilimenti di lavorazione alimentare. I sensori con funzione timer one-shot possono garantire una temporizzazione precisa delle operazioni di confezionamento. Quando i sensori rilevano un prodotto, viene attivato un timer one-shot (fronte di discesa). Questo timer genera un impulso dopo che il prodotto ha superato il sensore, attivando la macchina confezionatrice affinché eroghi il materiale di confezionamento per il prodotto successivo.

 

In queste applicazioni di automazione industriale, i sensori con funzioni timer migliorano precisione, efficienza e affidabilità, contribuendo a ottimizzare le operazioni e la qualità dei prodotti.