Che cos'è un sensore di pesatura? Come collegarlo al PLC? Come usarlo con la massima precisione?

Cos'è un sensore di pesatura? Come collegarlo al PLC? Come usarlo nel modo più accurato?

Il peso è un'unità importante nella vita quotidiana, e lo è ancora di più nell'industria. Quanti chilogrammi di materie prime vengono aggiunti nel processo di produzione? Quanti chilogrammi di rifiuti vengono generati? Questi dati sono elementi essenziali a supporto del buon funzionamento dell'intera fabbrica.

Quindi, come viene misurato il peso nell'industria? Dobbiamo usare i sensori di pesatura!

Il principio di un sensore di pesatura è quello di convertire la gravità che agisce sull'oggetto misurato in un segnale di uscita quantificabile in una certa proporzione.

I sensori industriali comuni sono classificati come sistemi a 4 fili e a 6 fili:

Per un sensore a 4 fili, ci sono solo i quattro cavi neri mostrati nel diagramma sottostante. Tra questi, EXC+ e EXC- forniscono l'eccitazione dal modulo di pesatura al sensore, mentre SIG+ e SIG- sono le uscite dal sensore di pesatura. Per un sensore a 6 fili, sono presenti due fili rossi aggiuntivi, SENSE+ e SENSE-. Qual è il loro scopo? Questi due fili vengono utilizzati per la compensazione. Quando la distanza tra il sensore e il modulo di pesatura è lunga, questi fili forniscono la compensazione, rendendo così i risultati della misurazione più accurati.

Nelle applicazioni pratiche sul campo, a causa delle complesse condizioni di lavoro, la distanza tra il sensore di pesatura e il modulo di pesatura può essere considerevole. Se la tensione di alimentazione fornita dal modulo di pesatura al sensore è, ad esempio, 6V, a causa delle perdite di linea, questo segnale di eccitazione sarà inferiore a 6V quando raggiunge il sensore di pesatura. Nelle stesse condizioni di carico, il segnale di uscita del sensore è proporzionale alla tensione di alimentazione. Pertanto, il modulo di pesatura utilizza un circuito ad alta impedenza per rinviare la tensione di alimentazione effettiva sul lato del sensore al modulo stesso. Il modulo di pesatura quindi regola la sua tensione di alimentazione in uscita tramite un comparatore interno.

Il modulo di pesatura può collegarsi sia a sensori a 4 fili che a 6 fili. Se si collega un sensore a 4 fili, è necessario cortocircuitare SENSE+ a EXC+ e SENSE- a EXC- nella scatola di giunzione o sul lato del modulo di pesatura.

Per collegare i sensori di pesatura a un PLC in un ambiente di fabbrica, di solito abbiamo due metodi:

1. **Utilizzo di un sensore di pesatura + condizionatore/trasmettitore di segnale + ingresso analogico PLC**
Perché è necessario un trasmettitore secondario? Perché il sensore genera un segnale di tensione a livello di millivolt quando viene deformato dal peso dell'oggetto, che il PLC non può leggere direttamente. Pertanto, è necessario un trasmettitore secondario per la conversione. Ogni volta che è coinvolta la conversione, tutti sanno che ci sarà qualche perdita. Questa perdita non è molto grande, ma può avere un impatto significativo sulle misurazioni precise. In precedenza ho lavorato su apparecchiature che richiedevano una precisione di 10 g, dove questa perdita ha influito sostanzialmente sui risultati. La caratteristica di questo metodo è il suo basso costo e i requisiti minimi sul sistema PLC, poiché oltre il 98% dei PLC ha la funzionalità di ingresso analogico. Tuttavia, lo svantaggio è che non può essere utilizzato in situazioni che richiedono un'elevata precisione.

2. **Il metodo più accurato (e più costoso): utilizzo di un sensore di pesatura + modulo di pesatura PLC**
Questo metodo è il più preciso perché non c'è perdita quando il PLC è collegato al suo modulo dedicato. Inoltre, la velocità di questo metodo è molto elevata, il che lo rende adatto a varie applicazioni complesse.

**Il suo svantaggio è l'elevato requisito che pone sul sistema PLC.** In primo luogo, il PLC deve utilizzare un modulo di pesatura, che è generalmente piuttosto costoso. Inoltre, un nuovo sistema di pesatura richiede la calibrazione prima dell'uso. Se un sensore di pesatura è danneggiato e sostituito, è necessaria anche la ricalibrazione. Il processo di calibrazione per varie serie di moduli di pesatura Siemens non è semplice e richiede un certo livello di esperienza e competenza tecnica, di cui parleremo più avanti. Pertanto, questa tecnologia non è adatta ai principianti.

**Come unità per misurazioni precise, il suo metodo di utilizzo deve essere seguito attentamente; altrimenti, potrebbe portare a misurazioni imprecise o addirittura a danni.**

**I. È fondamentale prestare la massima attenzione durante l'installazione per evitare di danneggiare il sensore.**

L'elastomero di un sensore di pesatura è principalmente realizzato in materiale di alluminio legato. Pertanto, qualsiasi impatto da vibrazioni o cadute accidentali può causare errori significativi nell'uscita dei dati. Ad esempio, un sensore con una capacità di 10 kg potrebbe essere danneggiato in modo permanente se sottoposto a una forza di circa 15 kg. Quindi, è essenziale maneggiare il sensore di pesatura con la massima cura durante l'installazione.

**II. L'installazione deve seguire rigorosamente i suoi requisiti di progettazione.**

A seconda del processo dell'apparecchiatura, può essere installato orizzontalmente o verticalmente. Tuttavia, la parte portante del sensore deve adattarsi perfettamente all'oggetto misurato. È importante che la parte portante e l'oggetto misurato non entrino in contatto con altri punti di carico, poiché ciò porterà a misurazioni imprecise.

**III. A volte, vengono utilizzati tre o anche più sensori per misurare lo stesso oggetto. Le superfici di contatto tra questi sensori e l'assieme di pesatura devono essere a livello.** In caso contrario, una distribuzione non uniforme della forza influirà sui risultati della misurazione. Mentre un leggero disallineamento del livello può essere compensato utilizzando resistenze nella scatola di giunzione, questa capacità di regolazione è limitata e non è ideale per la calibrazione. Pertanto, sforzarsi di mantenere un'installazione a livello ogni volta che è possibile.

**Altre precauzioni:**

**I. Scatola di giunzione:** Quando si utilizzano più sensori di pesatura, una scatola di giunzione è uno strumento necessario. Consolida i dati di più sensori, riducendo il carico di lavoro sul modulo di pesatura.

Tuttavia, è anche un componente soggetto a problemi durante l'uso.

Innanzitutto, prestare attenzione all'impermeabilità alla polvere, all'impermeabilità e alla prevenzione dell'elettricità statica. In secondo luogo, durante l'uso, fare attenzione alla funzione di ciascun terminale ed evitare cablaggi errati.

**II. Collegamento e schermatura dei cavi**

Il segnale del sensore viene infine trasmesso tramite cavi. Data l'elevata precisione di questo segnale, anche piccole interferenze possono causare instabilità dei dati.

Pertanto, i collegamenti devono essere eseguiti rigorosamente secondo lo schema fornito durante l'installazione.

**III. Considerazioni sulla programmazione: il filtraggio è accettabile?**

Negli ambienti industriali reali, esistono numerose interferenze. Mentre molti sono abituati a utilizzare metodi di programmazione per il filtraggio, questo può essere applicato anche alle applicazioni di pesatura. Tuttavia, è fondamentale notare che il filtraggio introduce un ritardo del segnale. Se lo scopo è semplicemente l'osservazione e la misurazione, questo potrebbe non porre un problema. Ma se i dati vengono utilizzati per calcoli o per controllare i processi, il filtraggio può portare a risultati di pesatura imprecisi. Questo è un punto importante da tenere a mente.