PIROS Infrarot Sensoren (HMD)

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1 PIROS Infrarot Sensoren (HMD)
Materialverfolgung in Stahl- und Walzwerken, Pressensteuerung und Glasindustrie

2 Wir über uns Seit 25 Jahren vertrauen Konstrukteure und Betriebstechniker weltweit auf Sensoren mit den Warenzeichen Proxitron und Piros (Proxitron Infrarot Sensor). Die individuellen Lösungsmöglichkeiten für Betriebsautomation erschließen sich nicht allein durch die Betrachtung von Lieferübersichten. Erst im Dialog mit unseren Spezialisten werden bewährte Komponenten ermittelt oder durch Modifikation angepaßt. Die Qualität der Produkte definieren wir über deren Lebensdauer hinaus: von der Beratungs- bis zur Liefersicherheit. Unsere Kompetenz erhalten wir von unseren Kunden aus allen industriellen Bereichen. Weltweit. „Kommentare“ Seit 25 Jahren... ... Nicht allein durch die Betrachtung...

3 Piros Infrarot Sensoren (Hot Metal Detectors)
Erkennung von heißem Material berührungslos über hohe Entfernung wartungsfrei robustes Edelstahlgehäuse für raue Umgebungsbedingungen stoß- und vibrationsbestängig stahl- und walzwerkserprobt Vortragsnotizen Kleinschreibung "robustes Edelstahlgehäuse" "raue" "...beständig" "stahl- und walzwerkserprobt"

4 Infrarot Sensor (HMD) Funktion
Infrarot Sensoren erkennen die von heißen Objekten ausgehende Infrarotstrahlung. Die Infrarotstrahlung des Objektes wird von einer Linse gebündelt und an eine Infrarotempfangselektronik geleitet. Wenn die Energiemenge dieser Infrarotstrahlung den internen Schaltpunkt des Sensors überschreitet, wird der Ausgang betätigt.

5 Infrarot Sensor, Erfassungsbereich
Der Erfassungsbereich wird bestimmt vom Blickwinkel des Sensors und dem Abstand zum Objekt. Der Infrarot Sensor erkennt innerhalb des Erfassungsbereiches heißes Material mit gleicher oder mehr Infrarot Strahlungsenergie wie der Schaltpunkt des Sensors. Der Ausgang aktiviert, wenn die gesamte Fläche des Erfassungsbereiches mindestens die Ansprechtemperatur des Sensors aufweist. Sensor Erfassungsbereich

6 Abstand, Blickwinkel und Durchmesser des Erfassungsbereiches
Der Durchmesser der überwachten Fläche (d) wird aus dem Blickwinkel (α) und dem Abstand (s) ermittelt: d = 2s x tan α/2 Der Blickwinkel kann auch durch das Distanzverhältnis definiert werden: s : d

7 Distanzverhältnis Abhängigkeit von Abstand s und dem Durchmesser des Erfassungsbereiches d Abstand : Durchmesser Erfassungsbereich = s:d Blickwinkel Distanzverhältnis α s : d 0,5° 114 : 1 1° 57 : 1 2° 29 : 1 7° 8 : 1 25° 2,2 : 1 67° 1 : 1,25 Beispiel: Blickwinkel des Infrarot Sensors = 7°, Abstand zum Objekt = 2 m d = 1 : 8 x 2 m Erfassungsbereichsdurchmesser = 0,25 m

8 Blickwinkel und Durchmesser des Erfassungsbereiches
Der Blickwinkel ist ein wichtiges Merkmal von Infrarot Sensoren Standard Blickwinkel von 0,5° bis 25° (bevorzugt 2° und 7°) 67° Blickwinkel mit Lichtleitkabel ohne Optik rechteckige Optik mit 2° x 25° lieferbar

9 Ansprechtemperatur Sensor
Die Ansprechtemperatur (ta) beschreibt den internen Schaltpunkt des Infrarot Sensors Die Ansprechtemperatur (ta) entspricht der geringsten Objekttemperatur (to), die der Infrarot Sensor unter folgenden Bedingungen erfassen kann: Erfassungsbereich ist völlig durch das heiße Objekt bedeckt Das Material des Objektes hat eine raue, schwarze oder oxidierte Oberfläche. Das bedeutet der Emissionsgrad ist nahe 1 Die Hintergrund-Temperatur (tr) ist kleiner als die Objekttemperatur (to) Sensor

10 Teilweise Bedeckung des Erfassungsbereiches
Oftmals ist der Erfassungsbereich größer als die Oberfläche des heißen Objektes, weil das Objekt nicht an einer festen Position des Rollganges geführt wird. Sichere Erkennung benötigt: Ansprechtemperatur (ta) des Sensors muß niedriger sein als bei einer vollständigen Bedeckung. oder Objekttemperatur (to) muß höher sein als die Ansprechtemperatur des Sensors.

11 Bedeckungsgrad Erfassungsbereich wird nur teilweise durch das Objekt bedeckt Bedeckungsgrad ist das Verhältnis von Objektoberfläche zur anvisierten Fläche. Oder näherungsweise das Verhältnis von Objektbreite (a) zum Erfassungsbereichs-durchmessers (d) a : d x 100% = Bedeckungsgrad Beispiel: d = 2000 mm, a = 100 mm 100 mm : 2000 mm x 100% Bedeckungsgrad = 5%

12 Bedeckungsgrad und Temperaturerhöhung
Abhängig vom Bedeckungsgrad wird eine verringerte Ansprech-temperatur des Sensors oder eine erhöhte Objekttemperatur benötigt Beispiel 1: Bedeckungsgrad = 5%, Ansprechtemperatur des Sensors = 450 °C Minimal benötigte Objekttemperatur = 650 °C Beispiel 2: Bedeckungsgrad = 5%, Objekttemperatur = 800 °C Benötigte Ansprechtemperatur des Sensors = 600 °C

13 Ansprechtemperatur in der Praxis
Wahl der Ansprechtemperatur (ta): mindestens 150 K niedriger als die Objekttemperatur und mindestens 150 K oberhalb der höchsten Hintergrundtemperatur (tr) Sensor Beispiel: Kleinste Objekttemperatur (to) = 600 °C Temperatur des Rollganges ohne heißes Material (tr) = 200 °C Erfassungsbereich ist vollständig durch das heiße Objekt bedeckt Empfohlene Ansprechtemperatur (ta) = 450 °C

14 Objektmaterial / Oberfläche (Emissionsgrad)
Die Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst die Fähigkeit heißer Objekte Infrarotstrahlung auszusenden. Das Maß für die Fähigkeit Infrarotstrahlung auszusenden, ist der Emissionsgrad. Der größte Emissionsgrad ist 1. Daß heißt die gesamte Infrarotstrahlung innerhalb des Objektes kann die Objektoberfläche passieren. Infrarot Sensoren benötigen eine raue, schwarze oder oxidierte Objektoberfläche mit einem Emissionsgrad nahe 1. Der Emissionsgrad von Walzstahl ist meistens nahe 1. Objekte mit einem Emissionsgrad < 1 benötigen einen empfindlicheren Sensor mit einer geringeren Ansprechtemperatur. Eine blanke, spiegelnde Oberfläche mit einem Emissionsgrad unter 0.1 erschwert jedoch jede berührungslose Erfassung. (z. B. Aluminium)

15 Anwendungsdaten zur Typenauswahl
Objekttemperatur min/max [to] Objektgröße min/max [a] Meßabstand [s] Objektgeschwindigkeit [v] Umgebungstemperatur [tu] Rollgangsbreite [b] (der Raum indem heißes Material erfaßt werden soll) Rollgangsabmessungen [e, f] Rollgangstemperatur [tr] Objektmaterial (Emissionsgrad)

16 Sensordaten zur Typenauswahl
Ansprechtemperatur [ta] Blickwinkel [a] Erfassungsbereich [d] Max. empfohlen Umgebungstemperatur [tu] Versorgungsspannung (AC/DC) Ausgangsfunktion (n.c./n.o. PNP/NPN) Optionen Luftanschluß zur Optikreinigung einstellbare Ansprechtemperatur Funktionskontrolle Anschlußart (Kabel oder Stecker) Zubehör Tubus Gelenk-Montagefuß

17 Der Piros Infrarot Sensor
und seine Stärken LED zur Schaltzustandsanzeige Widerstands-fähiges Kabel gegen Hochtemperatur und mechanische Belastungen Gießharz Vollverguß Robustes Edelstahl Gehäuse Außengewinde für Kabelschutzschlauch Wartungsfreie und kurzschlußfeste Elektronik Robuste Optik mit Filter gegen Fremdstrahlung Flansch zur einfache Montage

18 Piros Infrarot Sensor Kompakt mit integrierter Auswerteelektronik
OKA Kompaktsensor 57 mm Ø Edelstahlgehäuse für Umgebungstemperaturen von -20 bis +75 °C mehrere Ansprechtemperaturen Integrierte Optik mit unterschiedlichen Blickwinkeln verschiedene Betriebsspannungs- und Ausgangsvarianten Luftanschluß zur Reinigung der Optik optional

19 Piros Infrarot Sensor Kompakt mit integrierter Auswerteelektronik
OKL Kompaktsensor M30 Gehäuse Messing vernickelt für Umgebungstemperaturen von -20 bis +75 °C mehrere Ansprechtemperaturen Integrierte Optik mit unterschiedlichen Blickwinkeln verschiedene Betriebsspannungs- und Ausgangsvarianten Luftanschluß zur Reinigung der Optik optional

20 Piros mit Kühlmantel Piros Infrarot Sensor für Luft- oder Wasserkühlung Schutz des Sensors gegen Umgebungstemperaturen höher +75 °C auch mit Luftanschluß zum Freiblasen der Optik Bereich mit Umgebungstemperatur höher +75 °C Kühlwasser-ablauf Kühlwasser- zulauf Betriebsdaten: Ein Kühlmittelfluss von 1 l/min mit einer Temperatur von 50 °C erlaubt eine Umgebungstemperatur von 200 °C Wasserverbrauch 1 l/min Maximaler Betriebsdruck 5 bar

21 Piros Infrarot Sensor Kompakt mit integrierter Auswerteelektronik
OKB Kompaktsensor mit integriertem Kühlmantel 78 mm Ø Edelstahlgehäuse mit Kühlung für Umgebungstemperaturen größer +75 °C mehrere Ansprechtemperaturen Integrierte Optik mit unterschiedlichen Blickwinkeln verschiedene Betriebsspannungs- und Ausgangsvarianten Luftanschluß zum Freiblasen der Optik optional

22 Piros mit Lichtleitkabel
Für Anwendungen mit extremen Umgebungstemperaturen Die Optik überträgt die Infrarotstrahlung durch ein Lichtleitkabel zu der Auswerteelektronik in einem kälteren Bereich Optik und Lichtleitkabel bis u +290 °C Auswerteelektronik Lichtleitkabel Bereich mit Umgebungstemperaturen bis zu +290 °C Optik Kälterer Bereich

23 Piros Infrarot Sensor mit Lichtleitkabel
OSA Auswerteelektronik mit Lichtleitkabelanschluss 57 mm Ø Edelstahlgehäuse für Umgebungstemperaturen von -20 bis +75 °C verschiedene Betriebsspannungs- und Ausgangsvarianten

24 Piros Infrared Sensor mit Lichleitkabel
OSB Auswerteelektronik mit Lichtleitkabelanschluss 78 mm Ø Edelstahlgehäuse für Umgebungstemperaturen größer +75 °C mehrere Ansprechtemperaturen Kühlwasseranschluss verschiedene Betriebsspannungs- und Ausgangsvarianten

25 Piros Lichtleitkabel Piros Sensoren mit separater Auswerteelektronik benötigen ein Lichtleitkabel und eine Optik. Robuste Lichtleitkabel mit Edelstahlmantel sind in unterschiedlichen Längen erhältlich. Lichtleitkabel mit Blickwinkel 67° Umgebungstemperatur bis +290 °C Bei Infrarot Sensoren ist die Ansprechtemperatur von der Länge des Lichleitkabels abhängig. Die Empfindlichkeit des Sensors läßt je nach Länge des Kabels nach. Beispiel: Ansprechtemperatur bei einem Sensor mit 2 m Lichtleitkabel = 400 °C Ansprechtemperatur bei 4 m Lichtleitkabel = 450 °C

26 Piros Optiken für Lichtleitkabel
Für die unterschiedlichen Einsatzbereiche stehen Optiken mit passenden Blickwinkeln und Bauformen zur Verfügung. OAA Edelstahlgehäuse Ø 57 mm OAC Edelstahlgehäuse Ø 20 mm OACF Edelstahlgehäuse Ø 20 mm mit Montageflansch OAF Edelstahlgehäuse Ø 20 mm mit Montageflansch und Luftanschluß

27 Umgebungsbedingungen (Staub oder Dampf)
Der Strahlengang vom heißem Objekt zum Infrarot Sensor muß frei sein. Betriebsbedingte Staub- und Wasserdampfbildung ist meistens vernachlässigbar. Hohe Strahlungsintensivität kann jedoch zu Reflexionen im Wasserdampf und damit zu Fehlschaltungen führen. Diese Störeinflüsse können durch den Einsatz eines Tubus verhindert werden. Staub und Dampf kann die Linse des Infrarot Sensors verschmutzen. Diesem kann durch einen Luftanschluß zum Freiblasen der Optik vorgebeugt werden. Piros Infrarot Sensor mit Tubus OL19 Piros Optik mit Luftanschluß

28 Piros mit Luftanschluß
Alle Piros Infrarot Sensoren sind mit Luftanschluß zum Freiblasen der Optik erhältlich Schutz der Linse vor Staub-, Wasser- oder Dampfverschmutzung Linsenkühlung gegen hohe Wärmestrahlung Sensor Preßluft-zufuhr Bereich mit Staub oder Dampf Betriebsdaten: empfohlene Strömungs-geschwindigkeit 3 m/s Luftverbrauch 14 l/min

29 Schutz gegen Wärmestrahlung
Bei einigen Anwendungen kann eine kurzzeitige sehr hohe Wärmestrahlung vom heißem Objekt den Sensor beschädigen Die Plazierung eines Hitzestrahlungsschildes vor dem Sensor kann diesem Problem vorbeugen. Öffnung mit einem Durchmesser, der dem Sensor das volle Blickfeld läßt. Sensor Stahlplatte heißes Objekt

30 Typenschlüssel von Piros Infrarot Sensoren
Sensor Ausführung Gehäuse Blickwinkel Ansprechtemperatur O . Option Kurzschlußfest Ausgangsfunktion Betriebsspannung Beispiel: Sensor Typ OKA GL Infrarot Kompaktsensor, 2° Blickwinkel, 430 °C Ansprechtemperatur, V AC/DC, Schließer-Ausgang, Kurzschlußfest, Luftanschluß

31 Typenschlüssel Sensor-Ausführung
20 4 . 5 G L K Kompaktgerät S Auswerteelektronik für Lichtleitkabel (LLK) A Optiken für Lichtleitkabel (LLK)

32 Typenschlüssel Gehäuse
O K 20 4 . 5 G L A Edelstahlgehäuse Ø 57 mm B Edelstahlgehäuse mit Kühlmantel Ø 76 mm C Edelstahlgehäuse Ø 25 mm F Edelstahlgehäuse Ø 25 mm mit Luftanschluß L M 30 Messinggehäuse, vernickelt

33 Typenschlüssel Blickwinkel
O K A 4 . 5 G L 05 Blickwinkel 0,5° 10 Blickwinkel 1° 20 Blickwinkel 2° 50 Blickwinkel 5° 70 Blickwinkel 7° 25 Blickwinkel 25° 26 Blickwinkel 2° x 25° 67 Blickwinkel 67° (Auswerteelektronik mit Lichtleitkabel)

34 Typenschlüssel Ansprechtemperatur
O K A 20 . 5 G L 1 80°C oder höher 2 290°C oder höher 3 350°C / 380°C mit LLK 2m 4 430°C / 450°C mit LLK 2m 6 650°C / 680°C mit LLK 2m 8 800°C / 800°C mit LLK 2m 13 einstellbar 120°C - 350°C 36 einstellbar 350°C - 650°C / 380°C - 680°C mit LLK 2m 47 einstellbar 400°C - 700°C 69 einstellbar 600°C - 900°C / 650°C - 950°C mit LLK 2m TA automatische Einstellung 350°C - 800°C

35 Typenschlüssel Betriebsspannung
O K A 20 4 . 5 G L V AC/DC 1 24 V DC V DC V AC

36 Typenschlüssel Ausgang-Funktion
20 4 . G L 0 NPN - Öffner 1 NPN - Schließer 2 PNP - Öffner oder AC 3-Leiter Öffner 3 PNP - Schließer oder AC 3-Leiter Schließer 4 2-Leiter AC/DC Öffner 5 2-Leiter AC/DC Schließer 8 PNP - Schließer und Öffner R Relais anstatt Halbleiter-Ausgang

37 Typenschlüssel Kurzschlußfest
O K A 20 4 . 5 L G Kurzschlußfest ohne G der Sensor-Ausgang ist nicht Kurzschlußfest

38 Typenschlüssel Option
K A 20 4 . 5 G K Funktionskontrolle L Luftanschluß zum Freiblasen der Optik S5 IP 68 Stecker 7/8” – 16 UN Z Weitere Angaben als Klartext (Kundenspezifische Variante)

39 Piros Infrarot Sensor mit auto Teach-In
Die Ansprechtemperatur stellt sich automatisch von bis +800 °C ein Selbstabgleichender Sensor für maximale mögliche Empfindlichkeit Maximale Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Schaltpunktes Änderungen der Objekttemperatur und der Hintergrundstrahlung während des Betriebes werden kompensiert Sichere Ausgangssignale bei wechselnden Betriebsbedingungen Ein Sensor für verschiedene Objekttemperaturen und Größen Unterschiedliche Gehäuse- und Optikausführungen erhältliche

40 Optionen + Zubehör Funktionscheck Automatisch oder manuell erfolgt eine Selbstprüfung per Fernauslösung. Luftanschluß zum Freiblasen der Optik gegen Staub, Wasserdampf und Wärmestrahlung. IP 68 Stecker 7/8“ - 16 UN Stecker anstatt festem Anschlußkabel Analog-Ausgang V oder mA entsprechend der Objekttemperatur von °C. Tubus Zubehör zur Einschränkung des Blickfeldes, zum Schutz gegen Fremdeinflüsse. Gelenk-Montagefuß Zubehör für einfache Montage und Justierung.

41 Pilgerstraße im Röhrenwalzwerk
Im Einsatz: Piros Infrarot-Sensor OKA G mit Tubus In der Schrägwalze eines Pilgerwalzwerkes wird die Lochung auf Dorndurchmesser geweitet.

42 Pilgerstraße im Röhrenwalzwerk
Das Signal der Infrarot-Sensoren steuert die Bewegung von Zentriervorrichtung und Wiederlager.

43 Pilgerstraße im Röhrenwalzwerk
Der aufgesetzte Tubus engt den Blickwinkel ein und verhindert Störungen durch Wasserdampf in der Kühlphase.

44 Pilgerstraße im Röhrenwalzwerk
Die einstellbare Ansprech-temperatur erlaubt eine optimale Anpassung an die Betriebs-bedingungen

45 Weitere Anwendungen Bestimmen der Brammenlänge einer Stranggussanlage Das Schneiden von Brammen ist ein Prozess, für den Einsatz eines Piros mit 800°C Schaltpunkt und 0,5° Optik (OKA G). Die Optik ermöglicht eine Platzierung in über 2 m Abstand und dennoch einen feinen Erfassungsbereich von 20 mm. Der Sensor wird an einer verstellbaren Skala montiert, erkennt die Brammenkante und initiiert den Schneidprozess.

46 Weitere Anwendungen Prüfen ob die Bramme geschnitten wurde Ein Piros Infrarot-Sensor wird quer zur Bramme montiert. Der Schneideprozess endet, wenn der HMD die Trennung erkennt und löst den Abtransport aus.

47 Weitere Anwendungen Rollgangüberwachung In vielen Stahlwerkprozessen wird der Stahl von Rollengängen bewegt. Piros Infrarot-Sensoren erkennen, ob sich heißen Material auf dem Rollgang befindet. Der Rollgangsantrieb wird abgeschaltet, sobald kein Material mehr erfaßt wird. Dies spart Energie und verhindert teure Lagerschäden.

48 PIROS Infrarot Sensoren (HMD)
Ende