Sensoren en actuatoren (productieautomatisering)

Sensoren en actuatoren (productieautomatisering)

Start

Deze les gaat over sensoren en actuatoren.


Wat zijn sensoren?

Wat zijn acuatoren?

Wat is productieautomatering?

Waar kom je sensoren en actuatoren tegen?

 

In deze les ga je het leren...

 

Veel studieplezier!

 

 

Door: Arno Doornbos (bijscholing docent PIE / Windesheim, maart 2018)

Introductie

In deze les van 1 lesuur ga je leren:

  • wat een sensor is;
  • wat een actuator is;
  • wat een regelaar is;
  • wat productieautomatisering is;
  • waar je sensoren en actuatoren tegenkomt;
  • hoe je op je veiligheid moet letten bij het werken met sensoren en actuatoren.

Je hebt tijdens deze opdracht de iPad of computer nodig.

 

Oefeningen

Tijdens deze les ga je ook een aantal oefeningen maken. Na het maken van elke oefening laat je de antwoorden aan je docent zien en krijg je (soms) nog wat aanvullende mondelinge vragen.

Leerdoelen

Je leert:

  • zelfstandig werken
  • op tempo te werken
  • wat sensoren, actuatoren en regelaars zijn
  • wat productieautomatisering is
  • waar sensoren en actuatoren worden ingezet
  • met welke veiligheidsaspecten je rekening moet houden

Voorkennis

Je hoeft geen technische voorkennis te hebben voor deze les.

De les wordt wel wat eenvoudiger als je:

  • basiskennis van elektrotechniek hebt;
  • met domotica hebt gewerkt of een domotica les hebt gevolgd (want dan zullen verschillende onderdelen je bekend voor komen);
  • als je al eens in een fabriek bent geweest waar grote machines staan die geautomatiseerd werk verrichten.

Sensoren

Wat is een sensor?

Een sensor kun je zien als een zintuig. Dit woord komt van het Engelse woord 'sense'. Je zintuigen kunnen dingen zien, horen, voelen, ruiken en proeven. Een sensor kan dat ook.

Een bekende sensor - die je waarschijnlijk wel kent - is de bewegingssensor. Je komt hem veel tegen op buitenlampen. Zodra deze sensor beweging ziet dan wordt de lamp aan gedaan.

 

Wat doet een sensor?

Elke sensor heeft zijn eigen functie en kan verschillende dingen. Wat in ieder geval overeenkomt is dat ze een signaal doorgeven als ze iets meten (zien, horen, voelen, ruiken, proeven).

Neem jezelf eens als voorbeeld

Eigenlijk kun je heel eenvoudig jezelf als voorbeeld nemen als het om een signaal gaat wat een sensor doorgeeft. Twee voorbeelden:

  1. Als jij 's avonds thuiskomt en het is donker in huis dan zie je te weinig. Je ogen (sensor) zien niet genoeg en geven dit door aan je hersenen. Je bedenkt dan waarschijnlijk: "Laat ik het licht eens aan doen, want dan zie ik meer."
  2. Je neus (sensor) ruikt dat er iets niet goed gaat met je pizzaJe zit aan de keukentafel en je ruikt opeens dat iets aan het verbanden is. Je neus (sensor) ruikt iets en geeft dat door aan je hersenen. Je bedenkt dan bijvoorbeeld: "De pizza moet snel uit de oven gehaald worden, want die zit er al te lang in."

 

Soorten sensoren

Lichtsensor (foto-elektrisch): meet of er een object tussen zit
Lichtsensor (foto-elektrisch): meet ontvangst lichtstraal

Wat sensoren die je kunt tegen komen:

  • Bewegingssensor: deze sensor ziet of er iets beweegt op de plek waar hij kijkt/meet. Hij meet dit met infrarood licht;
  • Lichtsensor: op te delen in twee soorten. Er is een sensor die kan meten hoe licht het is. Ook bestaat er een sensor die kijkt of hij wel licht ontvangt van een lichtstraal die op de sensor gericht is (zie de afbeelding hiernaast);
  • Druksensor: deze sensor is eigenlijk een soort knop of schakelaar. Als er iets op of tegenaan komt dan merkt de sensor dit.
  • Afstandssensor: deze sensor meet de afstand tot een object;
  • Temperatuursensor: dit is een sensor die de temperatuur meet;
  • Snelheidssensor: deze sensor kan snelheid meten. Dat doe hij door heel snel meerdere metingen te doen en het verschil uit te rekenen en vervolgens om te zetten in een snelheid;
  • Vloeistofsensor: hiermee kun je meten of een vloeistof een bepaalde hoogte heeft bereikt. Dat kan bijvoobeeld 'vol' of 'leeg' zijn.
  • Magneetsensor: dit is een sensor die meet of er iets van metaal in de buurt is;
  • Ultrasoonsensor: deze sensor stuurt een geluidsgolf weg en ontvangt deze weer. Daarmee kan dan de afstand bepaald worden. Een vleermuis gebruikt dit ook, omdat hij bijna blind is.

De sensoren zijn niet slim. Ze meten alleen iets en geven deze informatie door aan een ander apparaat.

Voorbeelden van sensoren

De sensoren die we zojuist genoemd hebben kom je op heel veel plekken tegen. Laten we een paar voorbeelden geven.

Automatische draaideur

Veel grote gebouwen hebben een automatische draaideur. Deze begint vanzelf te draaien als je aan komt lopen. Dat komt doordat een bewegingssensor jou ziet aankomen. Stel dat je tegen de draaideur aankomt dan hebben ze vaak een beveiliging ingebouwd zodat de deur stopt (dat doen ze vaak met een druksensor). Het is namelijk niet veilig dat de deur doordraait als je bijvoorbeeld bent gevallen.

Natuurlijk laat de sensor de deuren niet starten en stoppen, maar geeft hij alleen een signaal door. Het starten en stoppen wordt gedaan door een actuator. Wat dat is leer je zometeen...

 

Parkeersensoren op de auto

De parkeersensoren op een auto zijn ultrasoonsensoren. Ze sturen geluidsgolven uit en ontvangen deze weer als ze teruggekaatst worden via een object achter (of voor) de auto. Door de 'terugkaats tijd' wordt de afstand tot het object bepaald en zie je de afstand op een scherm of hoor je piepjes die aangeven wat de afstand is (langzaam piepen is bijvoorbeeld 50 cm en snel piepen 30 cm).

Natuurlijk geeft de sensor geen beeld of piepjes, maar geeft hij alleen een signaal door. Een computerschermpje (actuator) of een speaker (actuator) vertelt je wat het signaal van de sensoren betekent. Zometeen gaan we in op de actuatoren...

Oefening

Je hebt net geleerd wat sensoren zijn, hoe je ze kunt herkennen, wat ze doen en waar je ze tegenkomt. Nu ga je er een oefening over maken.

Actuatoren

Wat is een actuator?

Het woord 'actuator' komt van het Engelse woord 'act' wat 'handelen' betekent. Oftwel, doen. Een actuator is dus een apparaat wat dingen doet / in actie zet.

Een actuator is dus precies wat een sensor niet is. Een sensor neemt waar en geeft een signaal door. Een actuator doet iets met dat signaal. Hij zet het om in een handeling. Dat kan bijvoorbeeld zijn een beweging (verplaatsen of draaien), maar het kan ook zijn dat ergens spanning op gezet worden en dat bijvoorbeeld een lamp gaat branden of een geluid te horen is.

Wat doet een actuator?

Je hebt net al geleerd dat een actuator dingen doet. Hij kan in actie komen als hij een signaal krijgt...

Een actuator kan dingen dragen, pakken, duwen, trekken, draaien, blazen en hij kan schakelen.

Neem jezelf weer als voorbeeld.

  • Je komt thuis in het donker. Je wilt graag wat kunnen zien, maar je ogen zien niets in de huiskamer en geven dat signaal aan je hersenen. Jij schakelt vervolgens een actuator in, namelijk je benen, armen en handen. Je loopt naar de lichtknop en drukt deze aan.
  • Je zit aan tafel en je neus ruikt dat iets verbrandt. Dit signaal geeft hij door aan je hersenen waarop je bedenkt dat de pizza in de oven aan het verbranden is. Je komt in beweging om snel naar de oven te gaan en haalt de pizza er snel uit. Weer allemaal actuatoren die in actie komen, omdat je zintuigen vanalles waarnemen...

Soorten actuatoren

Motor
Motor

Een actuator kan vanalles zijn. Het is namelijk iets wat een actie kan uitvoeren. Het kan dus bijvoorbeeld zijn:

  • een motor
  • Luchtcilinder
    Luchtcilinder
    een luchtcilinder
  • een lamp
  • een speaker/sirene/alarm
  • een schakelaar

Voorbeelden van actuatoren

Een paar voorbeelden van actuatoren:

De automatische buitenlamp

Een simpel voorbeeld hebben we al genoemd. Dat is de buitenlamp met bewegingssensor. Het is donker en je loopt voorbij. De sensor ziet je, geeft een signaal door en binnen in de lamp wordt een schakelaar omgezet (de actuator). De lamp springt aan.

De automatische draaideur

Ook hebben we al verteld over een automatische draaideur. Je komt aanlopen en de deur gaat draaien. Dat komt door de bewegingssensor die jou ziet en tegen een motor 'zegt' dat hij mag gaan draaien. Zodra er geen beweging meer is stopt de motor automatisch (met een timer) na een paar seconden.

De robotarm

In veel moderne fabrieken staan grote productielijnen voor het maken van allerlei producten. Daarbij worden ook robotarmen ingezet (zie de afbeelding hiernaast). 

Een robotarm wordt aangestuurd door een regelaar en krijgt via allerlei sensoren informatie binnen. De arm zit vol met actuatoren. De arm kan (net als onze eigen arm) omhoog/ naar beneden, links/rechts, naar voren/achteren, draaien bij de schouder en de pols en met zijn grijper (hand) dingen vastpakken.

Ook kan er in plaats van een grijper bijvoorbeeld een schroefmachine of lasapparaat op gemonteerd zijn.

Oefening

Je hebt net geleerd wat actuatoren zijn, wat ze doen en waar je ze tegenkomt. Nu ga je er een oefening over maken.

Regelaars

Wat is een regelaar?

Regelaar die alles in de auto kan regelen
Regelaar die alles in de auto kan regelen

Een regelaar is de verbinding tussen de sensoren en actuatoren. Het is een soort computer die geprogrammeerd om te weten wat hij moet doen als sensoren iets waarnemen. Hij zet de signalen om en daarmee de actuatoren aan het werk.

Weer de buitenlamp... De sensor ziet beweging en geeft het signaal door aan de regelaar die op zijn beurt de schakelaar de opdracht geeft om de lamp aan te zetten.

In de afbeelding hiernaast zie de regelaar (control unit) voor in een auto. Hierop zijn alle sensoren aangesloten. De regelaar kan daarmee alles in de auto aansturen en dingen weergeven op het dashboard.

Je hebt dus een regelaar nodig om sensoren en actuatoren met elkaar te laten samenwerken. Het zijn de 'hersenen' van het systeem.

Automatisering

Auto (file)parkeren

Inmiddels zie je dit steeds vaker... Auto's die automatisch kunnen inparkeren. Met behulp van sensoren voor en achter wordt de ruimte en afstand rondom de auto berekend. De bestuurder kan met een knop het automatisch parkeren activeren en laat het stuur los. De auto neemt het parkeren dan over.

Animatie automatisch parkeren Ford

Dozen vullen

De volgende machine heeft heel veel sensoren. De sensoren meten of een doos aanwezig is. Zo ja, dan pakt een grijper met zuignapjes (lucht) de doos vast, vouwt hem uit en zet hem klaar. Een andere grijper controleert of de bussen met lijm (dat is wat er de doos in gaat) aanwezig zijn. Als ze er zijn dan pakt hij ze op en stopt ze in de doos.

Als er iets niet goed is (of gemeten wordt) dan stopt de machine en moet er iemand bij komen.

Automatisch vullen van dozen

Toetjes in bakjes

Hier zie je een productielijn die automatisch toetjes in bakjes doet. Elke keer stopt de lopende band. Dat komt doordat een fotoelektrische lichtsensor een bakje ziet. Dan wordt aan de pomp een signaal gegeven dat het toetje in het bakje gespoten mag worden. Dus geen bakje betekent dat de lopende band automatisch doorloopt totdat er weer een bakje is. En pas dan spuit de pomp het toetje erin.

Toetjes vullen in bakjes

Productie motoren stofzuiger

Dyson is een bekend stofzuigermerk. Ze lopen met hun techniek vaak voor op hun concurrenten. In de video zie de productielijn van de motoren van Dyson stofzuigers. Als je goed kijkt dan zie je dat heel veel sensoren en actuatoren aan het werk zijn om de motoren op te bouwen. En dat met een hoge snelheid.

Productie van motoren van Dyson stofzuigers

Oefening

Je gaat nu een oefening maken met twee vragen over de filmpjes die je net hebt bekeken.

Veiligheid

Het is erg belangrijk om te letten op je eigen veiligheid en die van anderen als je werkt met sensoren, actuatoren en regelaars.

Sensoren

De meeste sensoren werken met een hele lage spanning. Die spanning is niet direct gevaarlijk. Je moet natuurlijk altijd zonder spanning monteren en onderhoud doen. Kortsluiting is zo gemaakt.

Actuatoren

Actuatoren zijn de bewegende of schakelende onderdelen in een systeem. Op een actuator staat heel vaak spanning die wel gevaarlijk is. Schakel de spanning dus altijd uit voor montage en onderhoud.

Daarnaast zijn actuatoren vaak onderdelen die heel veel kracht hebben (duwen, trekken, draaien en zo). Ook is de snelheid soms heel hoog. Dat kon je ook zien in de filmpjes in de vorige paragrafen.

Regelaars

De regelaar heeft soms een lage spanning en soms een hoge spanning. Ook daarvoor geldt dat de spanning er altijd af moet als je er aan 'sleutelt'. Daarnaast geldt dat een regelaar een heel gevoelig onderdeel van het systeem is. Deze kan zo kapot zijn en dan communiceren de sensoren en actuatoren niet meer met elkaar waardoor de machine of het apparaat dus zijn werk niet kan doen.

Productielijnen

In fabrieken staan vaak grote productielijnen waar heel veel producten in korte tijd gemaakt worden. Deze machines werken altijd met hoge en zeer gevaarlijke spanningen. De snelheden en krachten zijn ook heel groot/hoog en dus erg gevaarlijk. Er gebeuren geregeld ongelukken tijdens onderhoud en bij het verhelpen van storingen en dat komt in de meeste gevallen doordat men zich niet goed aan de veiligheidsregels en -eisen houdt.

Klaar!

Je bent klaar met deze opdracht van 1 lesuur. In dit lesuur heb je:

  • zelfstandig gewerkt
  • op tempo gewerkt
  • geleerd wat sensoren, actuatoren en regelaars zijn
  • geleerd wat productieautomatisering is
  • geleerd waar sensoren en actuatoren worden ingezet
  • geleerd met welke veiligheidsaspecten je rekening moet houden
  • een paar oefeningen gemaakt

Bronvermelding

 

  • Het arrangement Sensoren en actuatoren (productieautomatisering) is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Arno Doornbos
    Laatst gewijzigd
    2018-03-20 16:13:33
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Deze les is bedoeld om je leren wat sensoren en actuatoren zijn. Je komt ze tegen in de productieautomatisering (bijvoorbeeld fabrieken), in domotica / smart home oplossingen en in heel veel gebouwen (bijvoorbeeld bij de poortjes als je de supermarkt in loopt). Onderdeel van het examenprogramma Vmbo PIE 3.1 en als keuzevak (14: Domotica en automatisering).
    Leerniveau
    VWO 2; VMBO gemengde leerweg, 3; HAVO 1; PO groep 8; VWO 1; HAVO 3; VWO 3; Praktijkonderwijs; VMBO basisberoepsgerichte leerweg, 3; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 4; HAVO 2; VMBO gemengde leerweg, 4; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 3;
    Leerinhoud en doelen
    Metalektro; Techniek breed; Technologie in de gemengde leerweg; Elektrotechniek; Metaaltechniek;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    makkelijk
    Studiebelasting
    1 uur 0 minuten
    Trefwoorden
    actuator, actuatoren, automatisering, domotica, p/pie/3.1, pie, productieautomatsering, regeltechniek, sensor, sensoren

    Bronnen

    Bron Type
    Animatie automatisch parkeren Ford
    https://www.youtube.com/watch?v=aFrMEJk_zLM     		Video
    Automatisch vullen van dozen
    https://www.youtube.com/watch?v=vesC9BoGumU     		Video
    Toetjes vullen in bakjes
    https://www.youtube.com/watch?v=A4SBX2ncrRc     		Video
    Productie van motoren van Dyson stofzuigers
    https://www.youtube.com/watch?v=GUNKpmLy8FQ     		Video

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    Oefeningen en toetsen

    Sensoren

    Actuatoren

    Automatisering met sensoren, actuatoren en regelaars

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    QTI

    Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat alle informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen punten, etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.

    Versie 2.1 (NL)

    Versie 3.0 bèta

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van