Cảm biến sợi quang trong hệ thống tự động hóa công nghiệp

Xác định sự hiện diện của một phần băng tải trên dây chuyền tự động, thu thập thông tin về hoạt động của thiết bị chiếu sáng, quản lý máy nhỏ gọn nhưng hiệu quả .. Ở mọi nơi, cần có tối thiểu lỗi trong quá trình kiểm soát và nếu xảy ra lỗi xảy ra, điều quan trọng là phải biết nguyên nhân của sự cố, để những sai lầm không lặp lại trong tương lai, bởi vì các quy trình công nghệ hiện đại không chấp nhận chất lượng kém. Đây là nơi các cảm biến đến để giải cứu.

Có nhiều loại cảm biến: từ tính, cảm ứng, quang điện, điện dung — mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Quang điện là một trong những linh hoạt nhất. Đây là tia laser và tia hồng ngoại, tia đơn và phản xạ. Nhưng chúng ta sẽ xem xét các cảm biến quang học, vì chúng có nhiều tùy chọn cấu hình nhất và lý tưởng ngay cả đối với những nơi khó tiếp cận nhất.

Cảm biến quang quang được chia thành một cặp thiết bị: bộ khuếch đại quang điện quang và cáp quang có đầu quang. Cáp truyền ánh sáng từ bộ khuếch đại.

Nguyên tắc rất đơn giản.Bộ phát và bộ thu hoạt động cùng nhau: bộ thu phát hiện sóng ánh sáng do bộ phát phát ra. Về mặt công nghệ, quá trình này được thực hiện theo nhiều cách khác nhau: theo dõi góc của sóng ánh sáng, đo lượng ánh sáng hoặc đo thời gian quay trở lại của sóng ánh sáng để đo khoảng cách đến một vật thể.

Nguồn quang và bộ thu có thể được đặt đơn giản trong đầu (bộ khuếch tán hoặc phản xạ) hoặc chúng có thể được chế tạo riêng biệt — hai đầu (chùm đơn). Đầu cảm biến sợi quang chứa các thiết bị điện tử bên trong, trong khi bộ thu được kết nối với thiết bị điện tử thông qua một sợi quang. Sóng nhận và truyền đi qua sợi quang theo cách tương tự như truyền dữ liệu tốc độ cao trong mạng quang.

Ưu điểm của sự tách biệt này là máy thu được cài đặt trên đối tượng được đo. Cáp quang được định tuyến và kết nối với bộ khuếch đại, được đặt trong tủ điều khiển đặc biệt để bảo vệ bộ khuếch đại khỏi môi trường ngoài trời thường khắc nghiệt của nhà máy sản xuất. Sự lựa chọn của các tùy chọn rất đa dạng. Bộ khuếch đại đơn giản và phức tạp, đặc biệt là đa chức năng, với khả năng thực hiện các hoạt động logic và chuyển đổi.

Bộ khuếch đại cảm biến sợi quang cơ bản có tối thiểu các thành phần điện tử và chức năng, còn những bộ phức tạp nhất là plug-and-play, với các thiết bị điện tử được tùy chỉnh hoàn toàn. Một số thiết bị điện tử cảm biến có khả năng xử lý hơn 10 sợi đầu vào. Tất nhiên, cũng có một dấu hiệu. Các chỉ báo cho biết cảm biến có hoạt động bình thường hay không. Nó cũng có các tính năng khác.

Giao diện cho bộ điều khiển được xác định bởi định dạng đầu ra.Cả thiết lập cảm biến và thiết lập lại bộ khuếch đại đều được cung cấp tại đây. Các đầu ra thường mở, thường đóng, cực thu, cực phát, đẩy. Các kết nối được thực hiện bằng cáp nhiều lõi. Việc lập trình được thực hiện bằng cách sử dụng các nút hoặc đơn giản là chiết áp.

Tính linh hoạt bổ sung được cung cấp bởi các tùy chọn cảm biến như: độ trễ bật / tắt, đầu ra xung, loại bỏ tín hiệu gián đoạn, — để đạt được sự tự do hơn trong việc chi tiết hóa và điều chỉnh các tham số bộ khuếch đại tùy thuộc vào yêu cầu riêng của quy trình sản xuất. Sự chậm trễ cho phép bạn trì hoãn phản ứng của cơ thể đang làm việc, các tín hiệu gián đoạn đóng vai trò là dấu hiệu cho thấy các điều kiện làm việc bị vi phạm. Mọi thứ đều được cá nhân hóa.

Đèn LED chỉ báo trạng thái đầu ra hoặc sự hiện diện của màn hình hiển thị thông tin về tín hiệu và trạng thái đầu ra là các tùy chọn nâng cao cho phép chẩn đoán và lập trình máy phát tại hiện trường.

Đối với các phép đo ổn định hơn trong môi trường thay đổi, cảm biến có tốc độ lấy mẫu tăng và khả năng lọc tín hiệu là phù hợp. Mặc dù thiết bị vẫn sẽ hoạt động ở tần số thấp, tuy nhiên cho PLC nó sẽ hữu ích. Độ trễ bật/tắt giúp khớp tín hiệu đầu ra và đầu vào.

Việc sử dụng các khối phụ trợ sẽ mở rộng khả năng lập trình, ví dụ: bạn có thể điều chỉnh độ nhạy của phần tử đo khi làm việc với các vật liệu đặc biệt như thủy tinh hoặc các chương trình để tắt / bật giữa các điểm chuyển đổi: theo dõi vị trí của phôi và định vị của nó trong không gian.

Cái hay của cáp quang là chúng truyền ánh sáng thay vì dòng điện.Có thể cấu hình các vật liệu khác nhau, với các mức độ nhạy khác nhau của đầu.

Cáp quang khuếch tán bao gồm một cặp mặt, một trong số đó đi đến bộ khuếch đại và mặt kia đến đầu cảm biến. Đồng thời, hai dây cáp được kết nối với đầu nhạy — một dây cho nguồn sáng, dây còn lại cho thiết bị điện tử.

Cáp quang một chùm chứa một cặp cáp giống hệt nhau, mỗi cáp được kết nối với bộ khuếch đại và có đầu quang riêng. Một cáp được sử dụng để truyền ánh sáng và cáp kia để nhận.

Bản thân các sợi thường là thủy tinh hoặc nhựa. Nhựa — mỏng hơn, rẻ hơn, linh hoạt hơn. Kính mạnh hơn và có thể làm việc ở nhiệt độ cao hơn. Nhựa có thể được cắt theo chiều dài, nhưng thủy tinh chỉ được cắt ở giai đoạn sản xuất. Vỏ bọc bằng sợi quang — từ nhựa ép đùn đến dây bện bằng thép không gỉ chịu lực cao.

Điều quan trọng nhất khi chọn cảm biến quang là chọn đầu quang phù hợp. Xét cho cùng, chính độ nhạy của đầu có liên quan đến độ chính xác của việc phát hiện các bộ phận, dù nhỏ, cố định hay chuyển động. Bộ thu và bộ phát sẽ được đặt ở góc nào so với vật thể, độ phân tán cho phép là bao nhiêu. Cần có bó sợi tròn để tạo ra chùm tròn hay bó sợi mở rộng để tạo ra hình chiếu ngang.

Đối với các chùm tròn, trong đầu khuếch tán, chúng có thể được phân nhánh đồng đều với tất cả các sợi đầu ra ở một nửa và các sợi nhận ở nửa kia. Thiết kế này là phổ biến, nhưng có thể gây ra độ trễ khi đọc thông tin từ một bộ phận di chuyển vuông góc với đường phân nhánh.

Sự phân bố đồng đều của sợi nguồn và sợi thu dẫn đến chùm tia đồng đều hơn. Các chùm đồng nhất cho phép bạn cân bằng hiệu ứng của việc gửi và nhận sóng, và việc phát hiện sẽ diễn ra bất kể hướng chuyển động của vật thể.

Loại đầu quang, chiều dài cáp và bộ khuếch đại có ảnh hưởng đáng kể đến khoảng cách xem quang. Rất khó để đưa ra ước tính chính xác, nhưng các nhà sản xuất chỉ ra những dữ liệu này. Cảm biến chùm đơn có phạm vi rộng hơn cảm biến khuếch tán. Sợi dài hơn, phạm vi ngắn hơn. Bộ khuếch đại tốt hơn — tín hiệu mạnh hơn, phạm vi lớn hơn.

I/O phân tán ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp và có thể kết nối nhiều cáp từ cảm biến quang đến một ống góp duy nhất.

Bộ khuếch đại quang thường là thiết bị độc lập, một kênh gắn trên ray DIN, dễ dàng gắn vào bảng điều khiển và nhược điểm duy nhất là định tuyến kết nối từ các bộ khuếch đại riêng lẻ.

Bộ thu có thể nhóm nhiều kênh quang vào một trung tâm điều khiển: bộ thu được trang bị màn hình điều khiển bằng menu và mỗi kênh có thể lập trình riêng. Các kênh được cấu hình có thể được sử dụng bởi logic AND/OR, giúp đơn giản hóa rất nhiều việc điều khiển PLC.

Việc sử dụng sợi quang hoạt động tốt trong các hệ thống hoạt động trong điều kiện nhiễu điện cao. Sợi quang không thu nhiễu điện và bộ khuếch đại điện tử được bảo vệ bằng tủ. Các dây chuyền lắp ráp nhỏ với tính năng tự động phát hiện các bộ phận trên băng tải trong quá trình lắp ráp thiết bị là một ứng dụng khác rất hứa hẹn và đã khá phổ biến của cảm biến quang học.

Các đầu có hướng khác nhau, kích thước khác nhau, độ phân tán khác nhau để mang lại độ chính xác lấy nét mong muốn, bất kể kích thước của cảm biến — tất cả những điều này, cùng với logic điều khiển, mở ra nhiều khả năng tiềm năng. Ví dụ: một cảm biến phát hiện sự hiện diện của một bộ phận bắt đầu lắp ráp và cảm biến thứ hai xác nhận kết thúc lắp ráp.

Ngoài ra, bất kể ứng dụng là gì, điều quan trọng là chọn cảm biến và hướng đến các thông số phù hợp với ứng dụng yêu cầu của người dùng: về tán xạ, khoảng cách, lấy mẫu, tùy chọn về cài đặt và lập trình.

Nhược điểm duy nhất là bạn không thể uốn cong các sợi quá mức. Cần phải uốn cong nhiều hơn một chút và biến dạng dẻo không thể khắc phục của các sợi sẽ xảy ra, thông lượng sẽ giảm hoặc biến mất hoàn toàn. Bán kính uốn cong cho phép phụ thuộc vào loại sợi, kích thước và độ phân tán của sợi trong bó. Những đặc điểm này nên được xem xét khi chọn một cảm biến cho ứng dụng của bạn.