Impiego di sensori magnetici per il controllo posizione di cilindri

L’esperienza al servizio dell’utilizzatore 118 I
Impiego di sensori magnetici per
il controllo posizione di cilindri idraulici
I sensori funzionanti senza contatto
mec­
­
canico, impiegati per il controllo
posizione di cilindri idraulici si sono nel
frattempo ottimamente affermati negli
­
impianti di produzione, specialmente in
quelli automatici, nonché nelle o
­ perazioni
di montaggio e nelle lavorazioni meccaniche. Essi infatti consentono di tenere
sotto controllo il ciclo operativo mediante
rilevamento della posizione dei pistoni di
cilindri.
Questi cilindri, frutto di uno speciale sviluppo,
offrono il particolare vantaggio che il mezzo di
lavoro ed il suo controllo formano un’unità.
Tra il pistone ed il sensore non esiste alcun col­
legamento meccanico, per cui non occorrono
elementi mobili supplementari. E’così assicu­
rata una elevata resistenza a fattori esterni, in
particolare contro l’insudiciamento.
Principio del controllo magnetico di
­posizione
Il controllo di posizione mediante un sensore
magnetico si basa sul rilevamento dell’intensità
e della direzione di un campo magnetico creato
da un magnete sul pistone del cilindro durante
il passaggio del pistone in corrispondenza del
sensore fissato sul corpo del ­cilindro.
Nella forma più semplice, questo campo ma­
gnetico viene captato mediante un c
­ontatto
Reed. Così, a seconda della direzione del
campo magnetico e della sua intensità, si
­
­verifica l’apertura o la chiusura dei contatti. Pur­
troppo i contatti Reed hanno l’inconveniente
che a seconda della direzione del movimento
del magnete rispetto al contatto Reed si pos­
sono verificare più commutazioni dello stesso.
Cilindri del genere vengono impiegati per
­esempio negli stampi di fonderia: non appena
essi hanno eseguito la retrazione o l’estensione
viene inviato tempestivamente il segnale per
l’estrazione del pezzo o la chiusura dello
­stampo (figura in alto).
Gli stessi cilindri possono essere ­
impiegati
però anche in lavorazioni plastiche, senza
­a­sportazione di truciolo con il rilevamento di
posizioni intermedie dei cilindri. In un ­impianto
del genere sono stati montati tre sensori di
­posizione (figura in basso).
Nei cilindri idraulici ROEMHELD, il controllo di
posizione avviene esclusivamente con sensori
a semiconduttore aventi un circuito di protezi­
one contro l’inversione di polarità, i cortocircuiti
e sovratensioni. I sensori magnetici vengono
collegati elettricamente come i finecorsa di
prossimità ad induzione. L’ondulazione residua
della tensione d’alimentazione non dovrebbe
superare il 10 %.
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I dati di cui sopra non sono impegnativi
Forma dei cilindri con sensori magnetici
per il controllo posizione
Per gli impieghi industriali, specialmente per gli
stampi di fonderia, lavorazioni plastiche, attre­
zature e macchine speciali vengono impiegati
cilindri a basetta con corpo in alluminio di alta
resistenza dotati di sensori magnetici. Questi
ultimi vengono inseriti e bloccati in una cava a
coda di rondine. Questa cava a coda di ron­
dine può essere presente, secondo il corpo e la
­versione, su uno o su entrambi i lati.
Controllo posizione nei cilindri
pneumatici
I cilindri pneumatici a basetta previsti nel
­pro-gramma possono essere del tipo lineare
oppure del tipo rotante. Anche questi cilindri
presentano le cave per sensori magnetici.
Collegamento dei sensori magnetici
I sensori magnetici sono dotati di spina con
il grado di protezione IP 67. Normalmente da
ogni sensore parte un cavo collegato ad un
­ripartitore con morsettiera.
Normalmente ogni cilindro è dotato di due
­
­sensori, per cui da esso partono 2 cavi. Ora il
programma ­ROEMHELD prevede per semp­
lificare il cablaggio, un cosiddetto ripartitore a
Y (vedere tabella G 2.140) con il quale si può
ricondurre due sensori magnetici ad un solo
cavo. Ciò offre il vantaggio che un cilindro del
quale vengono controllate due posizioni, ha
soltanto un cavo. Per questo cavo è disponibile
anche una spina a 90° con LED; oltre al LED
per l’alimentazione di corrente, ogni sensore
possiede un LED per indicarne lo stato.
Alimentazione di corrente
Nel caso dei cilindri pneumatici rotanti di forma Una alimentazione di corrente di tipo sem-pli­
circolare, i sensori magnetici vengono fissati al ce, con grande ondulazione residua, comporta
il grave danneggiamento dei sensori magnetici
corpo mediante fascette.
e dei finecorsa di prossimità. Si può rimedia­
Avvertenze per l’impiego
re con un regolatore di tensione che trasforma
La regolazione del punto di rilevamento una tensione continua ondulata in una tensione
­avviene spostando il sensore magnetico nella continua ideale.
cava a coda di rondine. La regolazione, grazie
Ripercussioni del calore
alla perfezione della guida e la semplicità del
­bloccaggio è molto facile da eseguire e da con­ L’intensità del campo magnetico dipende ­dalla
trollare nell’attrezzatura ovvero nello stampo temperatura. Al crescere della temperatura,
per formatura ad iniezione. Diodi luminescenti l’intensità del campo magnetico si riduce ad una
nella spina segnalano l’alimentazione di cor­ misura modesta. L’olio idraulico, che ­lambisce
rente e lo stato del sensore. Negli elementi di anche i magneti, non deve superare i 100 °C.
bloccaggio di forma circolare, i sensori d
­ evono Gli oli idraulici contengono spesso ­additivi che
­iventano più
essere spostati lungo il corpo del cilindro e al crescere della temperatura d
aggressivi e possono poi anche danneggiare
­bloccati con una fascetta.
il materiale dei magneti. ­Purtroppo al momen­
to non siamo in grado di dire in via generale di
quali additivi si tratti.
I sensori magnetici contengono componenti
elettronici sulla base di semiconduttori, il che
comporta una notevole dipendenza dalla tem­
peratura. I sensori magnetici sono impostati
in modo da assicurare condizioni di esercizio
­ottimali nel campo di temperature fino a 100 °C.
Si deve tenere presente che la corrente
­massima di carico si riduce al crescere della
temperatura. A 100 °C la corrente massima
ammonta a 100 mA. Correnti più alte fanno
disinserire il sensore magnetico. Però anche i
componenti meccanici sono sensibili alla tem­
peratura. La spina ed i cavi sono di regola in
plastica con limitata resistenza al calore. Le
spine da noi impiegate sono previste per una
temperatura massima di 90 °C.
2
AdP 118 / 2 -07 I
Regolazione
La regolazione dei punti di controllo mediante
spostamento dei sensori magnetici non dov­
rebbe essere inutilmente troppo stretta, onde
assicurare un sufficiente ricoprimento, tanto
più che un sensore regolato a temperatura
­ambiente eventualmente non scatta più ad una
temperatura di 100 °C. E’sempre raccoman­
dabile «entrare» nel campo di attivazione del
­sensore per almeno 1 mm.
Campo magnetico
Perturbazioni del campo magnetico del
­magnete incorporato nel cilindro vengono causate da materiali ferrosi, come ad esempio
quello di viti di fissaggio, raccordi o di tubi. Nella
messa a punto del magnete e del sensore ma­
gnetico è stato tenuto conto che per i ­fissaggi
vengono eventualmente impiegate viti in ac­
ciaio. Spesse piastre in acciaio in immedi­ata
prossimità del cilindro causano deviazioni del
campo magnetico. Questa deflessione d
­ ovuta
a piastre in acciaio, viti di fissaggio o tubi in
­acciaio è costante. Quindi i sensori m
­ agnetici
devono essere regolati s­oltanto dopo che le
parti circostanti in acciaio sono state portate
nella loro posizione definitiva. Parti mobili in
­acciaio spostano i punti d’attivazione dei sen­
sori, per cui si racco-manda una distanza di
almeno 25 mm dal sensore magnetico. ­Contro
i trucioli si deve prevedere un riparo.Come è
noto, i fili che portano corrente sono circondati
da campi magnetici. Si generano così campi
alternati, specialmente se passa una corrente
alternata, che inducono una tensione. Anche in
questo caso è da prevedere una ripercussione
sui sensori magnetici. Per tale ragione il sen­
sore è sistemato in basso, mentre la parte alta
serve da schermo. I campi esterni influiscono
così soltanto minimamente.I cavi che portano
una corrente molto forte non dovrebbero pas­
sare in prossimità del ­sensore magnetico; in
questo caso occorre una distanza di 50 mm.
Riepilogo
I sensori magnetici hanno dato in pratica
­risultati eccellenti. Rispetto ai finecorsa di pros­
simità ad induzione hanno il vantaggio che il
rilevamento senza contatto meccanico può
­
­avvenire ­attraverso metalli non ferromagnetici.
Le perturbazioni di cui si è fatto cenno sopra
sono relativamente minime. L’affidabilità dei
sensori magnetici è molto alta. Nelle lavorazi­
oni con asportazione di truciolo è vantaggioso
il fatto che i trucioli non influiscono in ­misura
­rilevante sul controllo di posizione. La ­capacità
di carico meccanico dei sensori ­
magnetici
è all’incirca eguale a quella dei finecorsa ad
induzione. Anche l’elaborazione dei segnali
­
nei comandi, per esempio nei comandi pro­
grammabili, è esattamente la stessa, si tratti di
finecorsa ad induzione o capacitivi oppure di
sensori magnetici.
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