Αισθητήρες οπτικών ινών σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Προσδιορισμός της παρουσίας ενός τμήματος του μεταφορέα σε μια αυτοματοποιημένη γραμμή, λήψη πληροφοριών σχετικά με τη λειτουργία μιας συσκευής φωτισμού, διαχείριση ενός συμπαγούς αλλά αποτελεσματικού μηχανήματος.. Παντού απαιτείται ελάχιστος αριθμός σφαλμάτων στον έλεγχο της διαδικασίας και σε περίπτωση αστοχίας εμφανίζεται, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε την αιτία της δυσλειτουργίας, ώστε τα λάθη να μην επαναληφθούν στο μέλλον, επειδή οι σύγχρονες τεχνολογικές διαδικασίες δεν ανέχονται την κακή ποιότητα. Εδώ έρχονται στη διάσωση οι αισθητήρες.
Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων: μαγνητικός, επαγωγικός, φωτοηλεκτρικός, χωρητικός — καθένας από αυτούς έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα φωτοβολταϊκά είναι ένα από τα πιο ευέλικτα. Εδώ είναι λέιζερ και υπέρυθρες, μονή δέσμη και ανακλαστική. Θα δούμε όμως τους οπτικούς αισθητήρες, αφού έχουν τις ευρύτερες επιλογές διαμόρφωσης και είναι ιδανικοί ακόμα και για τα πιο δύσκολα προσβάσιμα μέρη.
Ο οπτικός οπτικός αισθητήρας χωρίζεται σε ένα ζεύγος συσκευών: έναν οπτικό φωτοβολταϊκό ενισχυτή και ένα οπτικό καλώδιο με οπτική κεφαλή. Το καλώδιο περνάει φως από τον ενισχυτή.
Η αρχή είναι απλή.Εκπομπός και δέκτης συνεργάζονται: ο δέκτης ανιχνεύει το κύμα φωτός που εκπέμπεται από τον πομπό. Τεχνολογικά, αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται με διάφορους τρόπους: παρακολούθηση της γωνίας ενός φωτεινού κύματος, μέτρηση της ποσότητας φωτός ή μέτρηση του χρόνου επιστροφής ενός φωτεινού κύματος προκειμένου να μετρηθεί η απόσταση από ένα αντικείμενο.
Η οπτική πηγή και ο δέκτης μπορούν να βρίσκονται απλώς στην κεφαλή (διάχυτες ή ανακλαστικές μονάδες) ή μπορούν να κατασκευαστούν χωριστά — δύο κεφαλές (μονές δέσμες). Η κεφαλή του αισθητήρα οπτικών ινών περιέχει τα ηλεκτρονικά μέσα, ενώ ο δέκτης συνδέεται με τα ηλεκτρονικά απευθείας μέσω μιας οπτικής ίνας. Τα λαμβανόμενα και μεταδιδόμενα κύματα ταξιδεύουν μέσω της ίνας με τρόπο παρόμοιο με τη μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας στα οπτικά δίκτυα.
Το πλεονέκτημα αυτού του διαχωρισμού είναι ότι ο δέκτης είναι εγκατεστημένος στο μετρούμενο αντικείμενο. Το καλώδιο οπτικών ινών δρομολογείται και συνδέεται με τον ενισχυτή, ο οποίος στεγάζεται σε ένα ειδικό ερμάριο ελέγχου που προστατεύει τον ενισχυτή από το συχνά σκληρό εξωτερικό περιβάλλον του εργοστασίου παραγωγής. Η επιλογή των επιλογών ποικίλλει. Οι ενισχυτές είναι απλοί και πολύπλοκοι, ιδιαίτερα πολυλειτουργικοί, με δυνατότητα εκτέλεσης λειτουργιών λογικής και μεταγωγής.
Το βασικό σετ ενισχυτών αίσθησης οπτικών ινών έχει ελάχιστα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και λειτουργικότητα, και τα πιο εξελιγμένα είναι plug-and-play, με τα ηλεκτρονικά να είναι πλήρως προσαρμοσμένα. Ορισμένα ηλεκτρονικά αισθητήρια είναι ικανά να χειρίζονται περισσότερες από 10 ίνες εισόδου. Φυσικά, υπάρχει και μια ένδειξη. Οι ενδείξεις δείχνουν εάν ο αισθητήρας λειτουργεί σωστά. Έχει και άλλα χαρακτηριστικά.
Η διεπαφή για τον ελεγκτή καθορίζεται από τη μορφή εξόδου.Τόσο η ρύθμιση αισθητήρα όσο και η επαναφορά του ενισχυτή παρέχονται εδώ. Οι έξοδοι είναι συνήθως ανοιχτές, κανονικά κλειστές, συλλέκτης, πομπός, ώθηση. Οι συνδέσεις γίνονται με καλώδιο πολλαπλών πυρήνων. Ο προγραμματισμός γίνεται χρησιμοποιώντας κουμπιά ή απλά ένα ποτενσιόμετρο.
Πρόσθετη ευελιξία παρέχεται από τέτοιες επιλογές αισθητήρων όπως: καθυστέρηση ενεργοποίησης/απενεργοποίησης, έξοδοι παλμών, εξάλειψη διακοπτόμενων σημάτων, — για επίτευξη μεγαλύτερης ελευθερίας στη λεπτομέρεια και προσαρμογή των παραμέτρων του ενισχυτή ανάλογα με τις επιμέρους απαιτήσεις της διαδικασίας παραγωγής. Οι καθυστερήσεις σας επιτρέπουν να καθυστερήσετε την αντίδραση του σώματος εργασίας, τα σήματα διακοπής χρησιμεύουν ως σημάδι ότι παραβιάζονται οι συνθήκες εργασίας. Όλα είναι εξατομικευμένα.
Η ένδειξη LED της κατάστασης εξόδου ή η παρουσία οθόνης με πληροφορίες σχετικά με τα σήματα και τις καταστάσεις εξόδου είναι προηγμένες επιλογές που επιτρέπουν τη διάγνωση και τον προγραμματισμό του πομπού στο πεδίο.
Για πιο σταθερές μετρήσεις σε μεταβαλλόμενο περιβάλλον, είναι κατάλληλος ένας αισθητήρας με αυξημένο ρυθμό δειγματοληψίας και φιλτράρισμα σήματος. Παρόλο που η συσκευή θα εξακολουθεί να λειτουργεί σε χαμηλή συχνότητα, ωστόσο για PLC θα είναι χρήσιμο. Οι καθυστερήσεις ενεργοποίησης/απενεργοποίησης βοηθούν στην αντιστοίχιση των σημάτων εξόδου και εισόδου.
Η χρήση βοηθητικών μπλοκ θα επεκτείνει τις δυνατότητες προγραμματισμού, για παράδειγμα, μπορείτε να ρυθμίσετε την ευαισθησία του στοιχείου μέτρησης όταν εργάζεστε με ειδικά υλικά όπως γυαλί ή προγράμματα για απενεργοποίηση / ενεργοποίηση μεταξύ σημείων μεταγωγής: παρακολούθηση της θέσης του τεμαχίου εργασίας και την τοποθέτησή του στο διάστημα.
Η ομορφιά των καλωδίων οπτικών ινών είναι ότι μεταδίδουν φως αντί για ρεύμα.Είναι δυνατές διαμορφώσεις διαφορετικών υλικών, με διαφορετικούς βαθμούς ευαισθησίας κεφαλής.
Ένα διάχυτο καλώδιο οπτικών ινών αποτελείται από ένα ζεύγος όψεων, η μία από τις οποίες πηγαίνει στον ενισχυτή και η άλλη στην κεφαλή ανίχνευσης. Ταυτόχρονα, δύο καλώδια συνδέονται με την ευαίσθητη κεφαλή — ένα για την πηγή φωτός και το άλλο για τα ηλεκτρονικά.
Ένα καλώδιο οπτικών ινών μονής δέσμης περιέχει ένα ζεύγος πανομοιότυπων καλωδίων, το καθένα συνδεδεμένο με έναν ενισχυτή και έχει τη δική του οπτική κεφαλή. Το ένα καλώδιο χρησιμοποιείται για τη μετάδοση φωτός και το άλλο για τη λήψη.
Οι ίδιες οι ίνες είναι συνήθως γυαλί ή πλαστικό. Πλαστικό — πιο λεπτό, φθηνότερο, πιο ευέλικτο. Το γυαλί είναι ισχυρότερο και μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Το πλαστικό μπορεί να κοπεί σε μήκος, αλλά το γυαλί κόβεται μόνο στο στάδιο της κατασκευής. Θήκη από ίνες — από εξωθημένο πλαστικό έως πλεξούδα από ανοξείδωτο χάλυβα βαρέως τύπου.
Το πιο σημαντικό πράγμα όταν επιλέγετε έναν οπτικό αισθητήρα είναι να επιλέξετε τη σωστή οπτική κεφαλή. Εξάλλου, ακριβώς με την ευαισθησία της κεφαλής σχετίζεται η ακρίβεια ανίχνευσης εξαρτημάτων, μικρών, ακίνητων ή κινούμενων. Σε ποια γωνία θα βρίσκεται ο δέκτης και ο πομπός σε σχέση με το αντικείμενο, ποια είναι η επιτρεπόμενη διασπορά. Εάν απαιτείται μια στρογγυλή δέσμη ινών για την παραγωγή μιας στρογγυλής δοκού ή μια εκτεταμένη δέσμη για την παραγωγή μιας οριζόντιας προβολής.
Όσον αφορά τις κυκλικές δοκούς, στη διάχυτη κεφαλή μπορούν να διακλαδωθούν ομοιόμορφα με όλες τις ίνες εξόδου στο ένα μισό και τις ίνες λήψης στο άλλο. Αυτός ο σχεδιασμός είναι συνηθισμένος, αλλά μπορεί να προκαλέσει καθυστέρηση κατά την ανάγνωση πληροφοριών από ένα τμήμα που κινείται σε ορθή γωνία προς τη γραμμή διακλάδωσης.
Η ομοιόμορφη κατανομή των ινών πηγής και δέκτη έχει ως αποτέλεσμα πιο ομοιόμορφες δέσμες. Οι ομοιόμορφες δέσμες σάς επιτρέπουν να εξισορροπείτε τα αποτελέσματα της αποστολής και λήψης κυμάτων και η ανίχνευση θα αποδειχθεί ανεξάρτητα από την κατεύθυνση κίνησης του αντικειμένου.
Ο τύπος της οπτικής κεφαλής, το μήκος του καλωδίου και ο ενισχυτής έχουν σημαντική επίδραση στην οπτική απόσταση θέασης. Είναι δύσκολο να δοθεί μια ακριβής εκτίμηση, αλλά οι κατασκευαστές αναφέρουν αυτά τα δεδομένα. Ένας αισθητήρας μονής δέσμης έχει μεγαλύτερη εμβέλεια από έναν αισθητήρα διάχυσης. Μεγαλύτερες ίνες, μικρότερη εμβέλεια. Καλύτερος ενισχυτής — ισχυρότερο σήμα, μεγαλύτερη εμβέλεια.
Το κατανεμημένο I/O χρησιμοποιείται ολοένα και περισσότερο στον βιομηχανικό αυτοματισμό και είναι δυνατή η σύνδεση πολλών καλωδίων από οπτικούς αισθητήρες σε μία πολλαπλή.
Οι οπτικοί ενισχυτές είναι συχνά αυτόνομες, μονοκάναλες συσκευές DIN σε ράγα, που τοποθετούνται εύκολα στον πίνακα και το μόνο μειονέκτημα είναι η δρομολόγηση συνδέσεων από μεμονωμένους ενισχυτές.
Ο συλλέκτης μπορεί να ομαδοποιήσει πολλαπλά οπτικά κανάλια σε ένα κέντρο ελέγχου: οι συλλέκτες είναι εξοπλισμένοι με οθόνες που βασίζονται στο μενού και κάθε κανάλι μπορεί να προγραμματιστεί ξεχωριστά. Τα διαμορφωμένα κανάλια μπορούν να χρησιμοποιηθούν με τη λογική AND / OR, η οποία απλοποιεί σημαντικά τον έλεγχο του PLC.
Η χρήση οπτικών ινών έχει καλή απόδοση σε συστήματα που λειτουργούν υπό συνθήκες υψηλού ηλεκτρικού θορύβου. Οι οπτικές ίνες δεν αναλαμβάνουν ηλεκτρικό θόρυβο και ο ηλεκτρονικός ενισχυτής προστατεύεται από ένα περίβλημα. Μικρές γραμμές συναρμολόγησης με αυτοματοποιημένη ανίχνευση εξαρτημάτων σε μεταφορείς στη διαδικασία συναρμολόγησης συσκευών είναι μια άλλη πολλά υποσχόμενη και ήδη αρκετά διαδεδομένη εφαρμογή οπτικών αισθητήρων.
Κεφαλές με διαφορετικό προσανατολισμό, διαφορετικά μεγέθη, διαφορετική διασπορά για να παρέχουν τον επιθυμητό βαθμό ακρίβειας εστίασης, ανεξάρτητα από το μέγεθος του αισθητήρα — όλα αυτά, μαζί με τη λογική ελέγχου, ανοίγουν τεράστιες δυνατότητες. Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας ανιχνεύει την παρουσία ενός εξαρτήματος όπου αρχίζει η συναρμολόγηση και ο δεύτερος επιβεβαιώνει το τέλος της συναρμολόγησης.
Επίσης, ανεξάρτητα από την εφαρμογή, είναι σημαντικό να επιλέξετε τον αισθητήρα και την κεφαλή με τις παραμέτρους που είναι κατάλληλες για την απαιτούμενη εφαρμογή του χρήστη: όσον αφορά τη διασπορά, την απόσταση, τη δειγματοληψία, την επιλογή ως προς τις ρυθμίσεις και τον προγραμματισμό.
Το μόνο μειονέκτημα είναι ότι δεν μπορείτε να λυγίσετε υπερβολικά τις ίνες. Είναι απαραίτητο να λυγίσετε λίγο περισσότερο και θα συμβεί ανεπανόρθωτη πλαστική παραμόρφωση των ινών, η απόδοση θα μειωθεί ή θα εξαφανιστεί εντελώς. Η επιτρεπόμενη ακτίνα κάμψης εξαρτάται από τον τύπο της ίνας και το μέγεθος και τη διασπορά των ινών στη δέσμη. Αυτά τα χαρακτηριστικά πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή ενός αισθητήρα για την εφαρμογή σας.