Fiberoptiska sensorer i industriella automationssystem

Att bestämma närvaron av en del av transportören på en automatiserad linje, erhålla information om driften av en belysningsanordning, hantera en kompakt men effektiv maskin .. Överallt krävs ett minimum av fel i kontrollen av processen, och om ett fel inträffar är det viktigt att veta orsaken till felet, så att misstag inte upprepas i framtiden, eftersom moderna tekniska processer inte tolererar dålig kvalitet. Det är här sensorer kommer till undsättning.

Det finns många typer av sensorer: magnetiska, induktiva, fotoelektriska, kapacitiva - var och en av dem har sina egna fördelar och nackdelar. Solceller är en av de mest mångsidiga. Här finns laser och infraröd, enkelstråle och reflekterande. Men vi kommer att titta på optiska sensorer, eftersom de har de bredaste konfigurationsalternativen och är idealiska även för de mest svåråtkomliga platserna.

Den optiska optiska sensorn är uppdelad i ett par enheter: en optisk fotovoltaisk förstärkare och en optisk kabel med ett optiskt huvud. Kabeln leder ljus från förstärkaren.

Principen är enkel.Sändare och mottagare arbetar tillsammans: mottagaren känner av ljusvågen som sänds ut av sändaren. Teknologiskt genomförs denna process på olika sätt: spåra vinkeln på en ljusvåg, mäta mängden ljus eller mäta återgångstiden för en ljusvåg för att mäta avståndet till ett föremål.

Den optiska källan och mottagaren kan enkelt placeras i huvudet (diffusa eller reflekterande enheter), eller så kan de tillverkas separat - två huvuden (enkelstrålar). Det fiberoptiska sensorhuvudet innehåller elektroniken inuti, medan mottagaren är ansluten till elektroniken rakt igenom en optisk fiber. De mottagna och sända vågorna färdas genom fibern på ett sätt som liknar höghastighetsdataöverföring i optiska nätverk.

Fördelen med denna separation är att mottagaren är installerad på det uppmätta objektet. Fiberoptisk kabel dras och ansluts till förstärkaren, som är inrymd i ett speciellt styrskåp som skyddar förstärkaren från den ofta tuffa utomhusmiljön i fabriken. Valet av alternativ är varierat. Förstärkare är enkla och komplexa, särskilt multifunktionella, med förmågan att utföra logik och växlingsoperationer.

Den grundläggande uppsättningen av fiberoptiska avkänningsförstärkare har ett minimum av elektroniska komponenter och funktionalitet, och de mest sofistikerade är plug-and-play, med elektroniken helt anpassad. En del sensorelektronik kan hantera mer än 10 ingångsfibrer. Naturligtvis finns det också en indikation. Indikatorerna visar om sensorn fungerar korrekt. Den har även andra funktioner.

Gränssnittet för styrenheten bestäms av utdataformatet.Både sensorinställning och återställning av förstärkaren tillhandahålls här. Utgångar är normalt öppna, normalt stängda, kollektor, sändare, tryck. Anslutningar görs med en flerkärnig kabel. Programmering görs med knappar eller helt enkelt en potentiometer.

Ytterligare flexibilitet tillhandahålls av sådana sensoralternativ som: på/av fördröjning, pulsutgångar, eliminering av intermittenta signaler, — för att uppnå större frihet när det gäller att detaljera och justera förstärkarparametrarna beroende på de individuella kraven i produktionsprocessen. Förseningar gör att du kan fördröja reaktionen från arbetskroppen, avbrytande signaler tjänar som ett tecken på att arbetsförhållandena överträds. Allt är personligt.

LED-indikering på utgångsstatus eller närvaro av en display med information om signaler och utgångstillstånd är avancerade alternativ som möjliggör diagnostik och programmering av sändaren i fält.

För mer stabila mätningar i en föränderlig miljö är en sensor med ökad samplingshastighet och signalfiltrering lämplig. Även om enheten fortfarande fungerar på en låg frekvens för PLC:er det kommer att vara användbart. På/av-fördröjningar hjälper till att matcha utgångs- och ingångssignalerna.

Användningen av hjälpblock kommer att utöka möjligheterna att programmera, till exempel kan du justera mätelementets känslighet när du arbetar med specialmaterial som glas eller program för att stänga av/på mellan kopplingspunkter: spåra arbetsstyckets position och dess placering i rymden.

Det fina med fiberoptiska kablar är att de överför ljus istället för ström.Konfigurationer av olika material är möjliga, med olika grader av huvudkänslighet.

En diffus fiberoptisk kabel består av ett par facetter, varav en går till förstärkaren och den andra till avkänningshuvudet. Samtidigt är två kablar anslutna till det känsliga huvudet — en för ljuskällan, den andra för elektroniken.

En enkelstråle fiberoptisk kabel innehåller ett par identiska kablar, som var och en är ansluten till en förstärkare och har sitt eget optiska huvud. En kabel används för att överföra ljus och den andra för att ta emot.

Fibrerna i sig är vanligtvis glas eller plast. Plast — tunnare, billigare, mer flexibel. Glaset är starkare och kan fungera vid högre temperaturer. Plast kan skäras till på längd, men glas skärs bara vid tillverkningsstadiet. Fiberhölje — från extruderad plast till kraftig rostfri fläta.

Det viktigaste när du väljer en optisk sensor är att välja rätt optiskt huvud. När allt kommer omkring är det just med huvudets känslighet som noggrannheten för att detektera delar, oavsett om de är små, stationära eller rörliga, är relaterad. I vilken vinkel kommer mottagaren och sändaren att placeras i förhållande till objektet, vad är den tillåtna spridningen. Huruvida ett runt knippe av fibrer krävs för att producera en rund stråle eller ett förlängt knippe för att producera ett horisontellt utsprång.

När det gäller de cirkulära balkarna kan de i det diffusa huvudet vara likformigt grenade med alla utgående fibrer på ena halvan och de mottagande fibrerna på den andra. Denna design är vanlig, men kan orsaka en fördröjning vid läsning av information från en del som rör sig i rät vinkel mot bifurkationslinjen.

Den enhetliga fördelningen av käll- och mottagarfibrer resulterar i mer enhetliga strålar. Enhetliga strålar låter dig utjämna effekterna av att skicka och ta emot vågor, och detekteringen kommer att visa sig oavsett objektets rörelseriktning.

Typen av optiskt huvud, kabellängden och förstärkaren har en betydande effekt på det optiska betraktningsavståndet. Det är svårt att ge en exakt uppskattning, men tillverkare anger dessa uppgifter. En enkelstrålesensor har ett bredare räckvidd än en diffus sensor. Längre fibrer, kortare räckvidd. Bättre förstärkare — starkare signal, större räckvidd.

Distribuerad I/O används i allt större utsträckning inom industriell automation och det är möjligt att ansluta flera kablar från optiska sensorer till ett enda grenrör.

Optiska förstärkare är ofta fristående, enkanaliga DIN-skena-monterade enheter, lätt panelmonterade, och den enda nackdelen är att dirigera anslutningar från individuella förstärkare.

Samlaren kan gruppera flera optiska kanaler i en kontrollcentral: uppsamlarna är utrustade med menystyrda displayer och varje kanal är individuellt programmerbar. De konfigurerade kanalerna kan användas av OCH/ELLER-logiken, vilket avsevärt förenklar styrningen av PLC:n.

Användningen av optiska fibrer fungerar bra i system som arbetar under förhållanden med högt elektriskt brus. Optiska fibrer tar inte upp elektriskt brus och den elektroniska förstärkaren är skyddad av ett skåp. Små monteringslinjer med automatiserad detektering av delar på transportörer i enhetsmonteringsprocessen är en annan mycket lovande och redan ganska utbredd tillämpning av optiska sensorer.

Huvuden med olika orientering, olika storlekar, olika spridning för att ge önskad grad av fokuseringsnoggrannhet, oavsett storleken på sensorn — allt detta, tillsammans med kontrolllogiken, öppnar en enorm potential av möjligheter. Till exempel upptäcker en sensor närvaron av en del där monteringen börjar, och den andra bekräftar slutet av monteringen.

Oavsett applikation är det också viktigt att välja sensor och huvud med de parametrar som är lämpliga för användarens önskade applikation: när det gäller spridning, avstånd, sampling, valmöjligheter när det gäller inställningar och programmering.

Enda nackdelen är att du inte kan böja fibrerna överdrivet. Det är nödvändigt att böja lite mer och irreparabel plastisk deformation av fibrerna kommer att inträffa, genomströmningen kommer att minska eller försvinna helt. Den tillåtna böjningsradien beror på typen av fiber och storleken och spridningen av fibrerna i bunten. Dessa egenskaper bör beaktas när du väljer en sensor för din applikation.