Kuidas valida tööstusautomaatikasüsteemi jaoks õiged andurid

Tööstusautomaatikasüsteemide projekteerimisel ja arendamisel on õige anduri valik kriitiline samm, mis mõjutab nii süsteemi töökindlust kui ka tootmisprotsessi efektiivsust. Andurid on automaatikalahendustes olulised komponendid, kuna nad võimaldavad süsteemil koguda teavet keskkonna, protsesside ja seadmete kohta ning edastada selle edasi töötlemiseks ja kontrollimiseks. Andurite valikul tuleb arvestada mitmeid tegureid, sealhulgas süsteemi konkreetseid vajadusi, anduri tööpõhimõtteid ja keskkonnatingimusi. Selles artiklis käsitleme peamisi aspekte, mida tuleb arvesse võtta, et teha õige otsus tööstusautomaatikasüsteemi jaoks sobiva anduri valimisel.

Andurite roll tööstusautomaatikas

Andurite põhiülesanne on andmete kogumine erinevatest tööstusprotsessidest ja süsteemidest. Nad töötavad automaatikasüsteemides sageli esmase infoallikana, edastades vajalikud mõõtmised ja signaalid juhtsüsteemidele. Näiteks võivad andurid jälgida temperatuuri, rõhku, niiskust, liikumist, lähedust ja paljusid muid parameetreid, mille põhjal toimub süsteemi automaatne juhtimine või kontroll. Ilma usaldusväärsete ja täpsete anduriteta ei saaks automaatikasüsteemid toimida efektiivselt ega õigesti reageerida muutuvatele tingimustele.

Õige andur suudab pakkuda usaldusväärseid ja pidevaid mõõtmisi, mis on kriitiline tootmise optimaalseks toimimiseks. Kui andur ei ole piisavalt täpne või usaldusväärne, võivad süsteemi kontrollivõimalused olla piiratud, mis omakorda viib ebatäpsete tulemuste ja potentsiaalsete probleemideni. Seetõttu tuleb juba esimeses etapis läbi viia põhjalik vajaduste analüüs, et mõista, milliseid andureid konkreetne automaatikasüsteem nõuab. See aitab vältida kulukaid vigu ja tagada pikaajalise töökindluse.

Andurite roll ulatub palju kaugemale üksnes mõõtmistest. Nad on ühenduses juhtimissüsteemidega, mis teevad saadud info põhjal kiireid otsuseid. See tähendab, et andurite signaalid peavad olema mitte ainult täpsed, vaid ka usaldusväärsed ja stabiilsed. Igasugune häire või valeinfo võib põhjustada seadmete talitlushäireid, katkestusi tootmisprotsessis või isegi ohtlikke olukordi. Seetõttu peavad andurid olema kavandatud nii, et nad suudaksid täpselt ja pidevalt mõõta parameetreid isegi keerulistes ja raskesti ligipääsetavates keskkondades.

Kuna tööstusautomaatikas kasutatakse sageli erinevat tüüpi andureid, tuleb kindlasti arvestada nende koostalitlusvõimega. See tähendab, et andurid peavad suutma edukalt suhelda teiste süsteemi osadega, sealhulgas juhtkontrollerite ja tarkvarasüsteemidega. Kui süsteem koosneb mitmest erinevast automaatikalahendusest, tuleb tagada, et kõik andurid oleksid omavahel ühildatavad ja töötaksid sujuvalt koos ülejäänud süsteemiga.

Milliseid parameetreid on oluline mõõta?

Tööstusautomaatikasüsteemide valikul on oluline esimese sammuna selgeks teha, milliseid parameetreid on tarvis mõõta ja jälgida. Iga anduritüüp on spetsialiseerunud teatud parameetrite mõõtmisele, mistõttu on äärmiselt oluline mõista konkreetse süsteemi vajadusi ja eesmärke. Kõige levinumad mõõdetavad parameetrid tööstuses on temperatuur, rõhk, niiskus, kiirus, kaugus ja positsioon. Lisaks kasutatakse tööstusautomaatikas ka spetsiaalseid andureid, mis suudavad jälgida näiteks keemilisi omadusi, vedelike taset või gaaside sisaldust õhus.

Temperatuuriandurid on ühed enim kasutatud andurid, sest enamik tootmisprotsesse sõltub täpsest ja püsivast temperatuurist. Valides temperatuuriandurit, tuleb arvestada, kas andur peab töötama äärmuslikes kuumustingimustes või on nõudmised madalamad. Lisaks tuleb tähelepanu pöörata sellele, kas andur suudab mõõta temperatuuri kiiresti muutuvas keskkonnas või on stabiilne pikaajalise töö jooksul.

Rõhuandurid on tööstuslikes süsteemides samuti olulised, eriti kui on tegemist vedelike või gaaside juhtimisega. Oluline on valida rõhuandur, mis suudab mõõta täpselt erineva survega keskkondades ja vastata kiirsti surve muutustele. On süsteeme, kus rõhku tuleb mõõta nii madalal kui ka kõrgel tasemel, ning vastavalt sellele tuleb valida andur, mis sobib antud rakenduse jaoks.

Kui süsteemi puhul on oluline jälgida niiskuse taset, tuleks valida niiskusandurid, mis suudavad mõõta suhtelise niiskuse muutusi kiiresti ja täpselt. Niiskuse mõõtmine on kriitiline näiteks toiduainete töötlemisel, keemiatööstuses või kohtades, kus liiga kõrge või liiga madal niiskustase võib kahjustada seadmeid või tooteid.

Lisaks eeltoodule võivad automaatikasüsteemid vajada kiiruse ja positsiooni mõõtmist. Näiteks masinaehituses ja transpordis on oluline mõõta liikumise kiirust ja asukohta, mistõttu on kiirusandurid ja positsiooniandurid seal tihedalt kasutusel. Need andurid peavad suutma jälgida pidevaid muutusi ja reageerima täpselt ning viivitusteta.

Keskkonnatingimused ja nende mõju anduritele

Teine väga oluline tegur anduri valikul on selle töökindlus konkreetsetes keskkonnatingimustes. Tööstusautomaatikasüsteemid võivad töötada mitmesugustes keskkondades, alates tavalisest tootmishallist kuni äärmuslike tingimusteni, näiteks kõrge niiskus, vibratsioon, kemikaalid või kuumuskindlus. Seetõttu tuleb valida andur, mis on mõeldud töötamiseks vastavates tingimustes ja suudab taluda keskkonnategurite mõju.

Näiteks kui andur paigaldatakse väliskeskkonda või tingimustesse, kus on palju tolmu ja niiskust, tuleb valida andur, millel on piisav kaitseaste (IP-kaitseklass). Kõrgema kaitseastmega andurid on võimelised töötama raskemates oludes ning taluvad paremini niiskust ja tolmu. Madala kaitseastmega andurid võivad sellistes oludes kiiremini laguneda või anda ebatäpseid mõõtmistulemusi.

Vibratsioon on teine oluline tegur, mida tuleb arvestada eriti seadmetes, kus toimub pidev liikumine või kus keskkond on ebastabiilne. Vibratsiooni vastu vastupidavad andurid peavad olema konstrueeritud nii, et nad taluksid pidevat mehaanilist survet ja säilitaksid täpsuse ka pideva liikumise korral. Sama kehtib ka temperatuurikõikumiste kohta – mõned andurid ei pruugi töötada usaldusväärselt, kui temperatuur pidevalt kõigub, ja seetõttu tuleb valida spetsiaalsed temperatuurikindlad andurid.

Keemiliste ainete olemasolu võib samuti mõjutada andurite töökindlust. Kui andurid puutuvad kokku korrodeerivate ainete või muude agressiivsete kemikaalidega, on oluline valida materjalid, mis taluvad sellist keskkonda. Roostevaba teras või spetsiaalsed polümeerid on tavaliselt head valikud, et andurid säilitaksid oma töövõime ka keemiliselt aktiivses keskkonnas.

Lisaks tuleb arvestada elektromagnetilise häirega (EMI), mis võib mõjutada andurite signaalide edastust ja täpsust. Tööstuskeskkonnas on palju elektromagnetilisi häireid, mis võivad häirida tundlikke elektrilisi seadmeid. Seega tuleks valida andurid, millel on sisseehitatud kaitse EMI vastu või paigaldada andurid selliselt, et nad oleksid häirete eest kaitstud.

Täpsus ja reaktsioonikiirus

Tööstusautomaatikasüsteemi jaoks on anduri täpsus üks olulisemaid tegureid, kuna isegi väike kõrvalekalle mõõtmistes võib viia tõsiste probleemideni. Näiteks kui temperatuuriandur ei suuda täpselt mõõta muutusi, võib see põhjustada valeandmeid ja lõpuks kahjustada tootmisprotsessi või tooteid. Sama kehtib ka rõhuandurite, kiiruseandurite ja muude seadmete kohta – täpsus peab olema tagatud igas olukorras.

Andurite täpsus sõltub suuresti nende konstruktsioonist ja tööpõhimõttest. Mõned andurid suudavad pakkuda väga täpseid mõõtmisi, kuid võivad olla kallimad ja keerukamad paigaldada. Samas on olemas ka andurid, mille täpsus on piisav lihtsamateks rakendusteks ja mille hind on vastavalt soodsam. Seetõttu on oluline hinnata, kui täpsed peavad mõõtmised olema ja milline on süsteemi üldine täpsusnõue.

Teine oluline omadus on anduri reaktsioonikiirus ehk aeg, mis kulub anduril, et registreerida muutus keskkonnas ja edastada see juhtsüsteemile. Kiire reaktsioonikiirus on oluline näiteks liikumise jälgimisel või kiiresti muutuvates tingimustes töötavates süsteemides. Kui andur reageerib aeglaselt, võib see põhjustada viivitusi ja seega ka ebatäpset juhtimist. Reaktsioonikiiruse osas tuleb samuti teha kompromiss, kuna kiiremad andurid võivad olla kallimad ja nõuda rohkem ressursse süsteemi paigaldamisel ja hooldamisel.

Andurite täpsus ja reaktsioonikiirus on tihedalt seotud ka kalibreerimisega. Tööstuskeskkondades, kus nõutakse suure täpsusega mõõtmisi, tuleb andureid regulaarselt kalibreerida, et nad püsiksid täpsed ja vastaksid süsteemi nõuetele. Kalibreerimata andurid võivad anda valesid tulemusi, mis omakorda toob kaasa protsessi ebatäpsused ja võimalikud tõrked.

Andurite tööpõhimõtted ja tehnoloogiad

Tööstusautomaatikas kasutatakse väga erinevaid andurite tehnoloogiaid, sõltuvalt mõõdetavast parameetrist ja süsteemi vajadustest. Näiteks võivad andurid töötada optilisel, elektromagnetilisel, mehaanilisel või termilisel põhimõttel. Erinevatel anduritel on oma eelised ja puudused, ning õige tehnoloogia valik sõltub konkreetsest rakendusest ja keskkonnatingimustest.

Optilised andurid on populaarsed, kuna nad suudavad pakkuda täpseid mõõtmisi ilma füüsilise kontaktita. Need andurid kasutavad valguskiireid objektide kauguse, liikumise või olemasolu määramiseks. Näiteks kasutatakse optilisi andureid laialdaselt tootmisliinidel, kus on vaja kiiresti tuvastada objektide kohalolekut või mõõta täpseid vahemaid.