Senzory z optických vlákien v systémoch priemyselnej automatizácie

Zisťovanie prítomnosti časti dopravníka na automatizovanej linke, získavanie informácií o prevádzke osvetľovacieho zariadenia, riadenie kompaktného, ​​no výkonného stroja.. Všade je potrebné minimum chýb pri riadení procesu a pri poruche dôjde, je dôležité poznať príčinu poruchy, aby sa chyby v budúcnosti neopakovali, pretože moderné technologické postupy netolerujú nekvalitu. Tu prichádzajú na pomoc senzory.

Existuje mnoho typov senzorov: magnetické, indukčné, fotoelektrické, kapacitné — každý z nich má svoje výhody a nevýhody. Fotovoltika je jednou z najuniverzálnejších. Tu sú laserové a infračervené, jednolúčové a reflexné. My sa ale pozrieme na optické senzory, keďže majú najširšie možnosti konfigurácie a sú ideálne aj na tie najťažšie dostupné miesta.

Optický optický snímač je rozdelený na dvojicu zariadení: optický fotovoltaický zosilňovač a optický kábel s optickou hlavou. Kábel prechádza svetlom zo zosilňovača.

Princíp je jednoduchý.Vysielač a prijímač spolupracujú: prijímač detekuje svetelnú vlnu vyžarovanú vysielačom. Technologicky sa tento proces vykonáva rôznymi spôsobmi: sledovaním uhla svetelnej vlny, meraním množstva svetla alebo meraním času návratu svetelnej vlny s cieľom zmerať vzdialenosť k objektu.

Optický zdroj a prijímač môžu byť umiestnené jednoducho v hlave (difúzne alebo reflexné jednotky), alebo môžu byť vyrobené samostatne — dve hlavy (jednolúčové). Hlava snímača z optických vlákien obsahuje elektroniku vo vnútri, zatiaľ čo prijímač je s elektronikou spojený priamo cez optické vlákno. Prijaté a vysielané vlny prechádzajú vláknom podobným spôsobom ako pri vysokorýchlostnom prenose dát v optických sieťach.

Výhodou tohto oddelenia je, že prijímač je inštalovaný na meranom objekte. Optický kábel je vedený a pripojený k zosilňovaču, ktorý je umiestnený v špeciálnej ovládacej skrini, ktorá chráni zosilňovač pred často drsným vonkajším prostredím výrobného závodu. Výber možností je pestrý. Zosilňovače sú jednoduché a zložité, najmä multifunkčné, so schopnosťou vykonávať logické a spínacie operácie.

Základná sada zosilňovačov s optickým snímaním má minimum elektronických komponentov a funkčnosti a tie najsofistikovanejšie sú plug-and-play, pričom elektronika je kompletne prispôsobená. Niektoré snímače elektroniky sú schopné spracovať viac ako 10 vstupných vlákien. Samozrejme, existuje aj indikácia. Indikátory ukazujú, či snímač funguje správne. Má aj iné vlastnosti.

Rozhranie pre regulátor je určené výstupným formátom.Tu je uvedené nastavenie snímača a reset zosilňovača. Výstupy sú normálne otvorené, normálne zatvorené, kolektor, emitor, tlač. Pripojenia sa vykonávajú pomocou viacžilového kábla. Programovanie sa vykonáva pomocou tlačidiel alebo jednoducho potenciometra.

Dodatočnú flexibilitu poskytujú také možnosti snímačov, ako sú: oneskorenie zapnutia / vypnutia, impulzné výstupy, eliminácia prerušovaných signálov, — dosiahnutie väčšej voľnosti pri detailovaní a nastavovaní parametrov zosilňovača v závislosti od individuálnych požiadaviek výrobného procesu. Oneskorenia umožňujú oddialiť reakciu pracovného tela, prerušovacie signály slúžia ako znak porušenia pracovných podmienok. Všetko je personalizované.

LED indikácia stavu výstupu alebo prítomnosť displeja s informáciami o signáloch a stavoch výstupov sú pokročilé možnosti, ktoré umožňujú diagnostiku a programovanie vysielača v teréne.

Pre stabilnejšie merania v meniacom sa prostredí je vhodný snímač so zvýšenou vzorkovacou frekvenciou a filtrovaním signálu. Hoci zariadenie bude stále pracovať na nízkej frekvencii pre PLC bude to užitočné. Oneskorenia zapnutia/vypnutia pomáhajú zosúladiť výstupné a vstupné signály.

Použitie pomocných blokov rozšíri možnosti programovania, môžete si napríklad nastaviť citlivosť meracieho prvku pri práci so špeciálnymi materiálmi ako je sklo alebo programy na vypínanie/zapínanie medzi spínacími bodmi: sledovanie polohy obrobku a jeho umiestnenie v priestore.

Krása káblov z optických vlákien spočíva v tom, že prenášajú svetlo namiesto prúdu.Sú možné konfigurácie z rôznych materiálov s rôznym stupňom citlivosti hlavy.

Difúzny kábel z optických vlákien pozostáva z dvojice faziet, z ktorých jedna smeruje k zosilňovaču a druhá k snímacej hlave. K citlivej hlavici sú zároveň pripojené dva káble — jeden pre svetelný zdroj, druhý pre elektroniku.

Jednolúčový optický kábel obsahuje pár identických káblov, z ktorých každý je pripojený k zosilňovaču a má vlastnú optickú hlavu. Jeden kábel slúži na prenos svetla a druhý na príjem.

Samotné vlákna sú zvyčajne sklenené alebo plastové. Plast — tenší, lacnejší, pružnejší. Sklo je pevnejšie a môže pracovať pri vyšších teplotách. Plast je možné rezať na dĺžku, ale sklo sa reže až vo fáze výroby. Plášť z vlákien — od extrudovaného plastu až po odolný oplet z nehrdzavejúcej ocele.

Najdôležitejšie pri výbere optického snímača je výber správnej optickej hlavy. Veď práve s citlivosťou hlavy súvisí presnosť detekcie častí, či už malých, stojacich alebo pohyblivých. Pod akým uhlom bude prijímač a vysielač umiestnený vzhľadom na objekt, aký je prípustný rozptyl. Či je potrebný okrúhly zväzok vlákien na vytvorenie okrúhleho lúča alebo predĺžený zväzok na vytvorenie horizontálnej projekcie.

Pokiaľ ide o kruhové lúče, v difúznej hlave môžu byť rovnomerne rozvetvené so všetkými výstupnými vláknami na jednej polovici a prijímacími vláknami na druhej. Tento dizajn je bežný, ale môže spôsobiť oneskorenie pri čítaní informácií z časti pohybujúcej sa v pravom uhle k rozvetvenej čiare.

Rovnomerná distribúcia zdrojových a prijímacích vlákien vedie k rovnomernejším lúčom. Rovnomerné lúče umožňujú vyrovnať účinky vysielania a prijímania vĺn a detekcia sa prejaví bez ohľadu na smer pohybu objektu.

Na optickú pozorovaciu vzdialenosť má výrazný vplyv typ optickej hlavy, dĺžka kábla a zosilňovač. Je ťažké poskytnúť presný odhad, ale výrobcovia tieto údaje uvádzajú. Jednolúčový snímač má širší dosah ako difúzny snímač. Dlhšie vlákna, kratší dosah. Lepší zosilňovač — silnejší signál, väčší dosah.

Distribuované I/O sa čoraz viac využívajú v priemyselnej automatizácii a je možné pripojiť viacero káblov od optických snímačov k jednému rozdeľovaču.

Optické zosilňovače sú často samostatné, jednokanálové zariadenia na montáž na DIN lištu, ľahko sa montujú na panel a jedinou nevýhodou je smerovanie pripojení z jednotlivých zosilňovačov.

Kolektor môže zoskupiť viacero optických kanálov do jedného riadiaceho centra: kolektory sú vybavené displejmi ovládanými menu a každý kanál je individuálne programovateľný. Nakonfigurované kanály môžu byť použité logikou AND / OR, čo výrazne zjednodušuje ovládanie PLC.

Použitie optických vlákien funguje dobre v systémoch pracujúcich v podmienkach vysokého elektrického šumu. Optické vlákna nezachytávajú elektrický šum a elektronický zosilňovač je chránený skriňou. Ďalšou veľmi perspektívnou a už pomerne rozšírenou aplikáciou optických snímačov sú malé montážne linky s automatizovanou detekciou dielov na dopravníkoch v procese montáže zariadenia.

Hlavy s rôznou orientáciou, rôznymi veľkosťami, rôznym rozptylom, aby poskytli požadovaný stupeň presnosti zaostrenia, bez ohľadu na veľkosť snímača — to všetko spolu s logikou ovládania otvára obrovský potenciál možností. Napríklad jeden senzor detekuje prítomnosť dielu, kde začína montáž, a druhý potvrdzuje koniec montáže.

Bez ohľadu na aplikáciu je tiež dôležité vybrať snímač a hlavicu s parametrami vhodnými pre užívateľom požadovanú aplikáciu: z hľadiska rozptylu, vzdialenosti, vzorkovania, možnosti z hľadiska nastavenia a programovania.

Jedinou nevýhodou je, že vlákna nemôžete nadmerne ohýbať. Je potrebné ohnúť trochu viac a dôjde k neopraviteľnej plastickej deformácii vlákien, priepustnosť sa zníži alebo úplne zmizne. Prípustný polomer ohybu závisí od typu vlákna a veľkosti a rozptylu vlákien vo zväzku. Tieto vlastnosti by ste mali zvážiť pri výbere snímača pre vašu aplikáciu.