Sensori in fibra ottica nei sistemi di automazione industriale
Determinare la presenza di una parte del trasportatore su una linea automatizzata, ottenere informazioni sul funzionamento di un dispositivo di illuminazione, gestire una macchina compatta ma efficiente.. Ovunque è richiesto un minimo di errori nel controllo del processo, e se un guasto si verifica, è importante conoscere la causa del malfunzionamento, in modo che gli errori non si ripetano in futuro, perché i moderni processi tecnologici non tollerano la scarsa qualità. È qui che i sensori vengono in soccorso.
Esistono molti tipi di sensori: magnetici, induttivi, fotoelettrici, capacitivi: ognuno di essi ha i suoi vantaggi e svantaggi. Il fotovoltaico è uno dei più versatili. Qui ci sono laser e infrarossi, raggio singolo e riflettente. Ma esamineremo i sensori ottici, poiché hanno le più ampie opzioni di configurazione e sono ideali anche per i luoghi più difficili da raggiungere.
Il sensore ottico ottico è suddiviso in una coppia di dispositivi: un amplificatore fotovoltaico ottico e un cavo ottico con testina ottica. Il cavo fa passare la luce dall'amplificatore.
Il principio è semplice.Emettitore e ricevitore lavorano insieme: il ricevitore rileva l'onda luminosa emessa dall'emettitore. Tecnologicamente, questo processo viene eseguito in diversi modi: tracciare l'angolo di un'onda luminosa, misurare la quantità di luce o misurare il tempo di ritorno di un'onda luminosa per misurare la distanza da un oggetto.
La sorgente ottica e il ricevitore possono essere posizionati semplicemente nella testa (unità diffuse o riflettenti), oppure possono essere realizzati separatamente - due teste (raggi singoli). La testa del sensore in fibra ottica contiene l'elettronica all'interno, mentre il ricevitore è collegato all'elettronica direttamente attraverso una fibra ottica. Le onde ricevute e trasmesse viaggiano attraverso la fibra in modo simile alla trasmissione di dati ad alta velocità nelle reti ottiche.
Il vantaggio di questa separazione è che il ricevitore è installato sull'oggetto misurato. Il cavo in fibra ottica viene instradato e collegato all'amplificatore, che è alloggiato in uno speciale armadio di controllo che protegge l'amplificatore dall'ambiente esterno spesso ostile dell'impianto di produzione. La scelta delle opzioni è varia. Gli amplificatori sono semplici e complessi, in particolare multifunzionali, con la capacità di eseguire operazioni logiche e di commutazione.
Il set base di amplificatori di rilevamento in fibra ottica ha un minimo di componenti elettronici e funzionalità, e quelli più sofisticati sono plug-and-play, con l'elettronica completamente personalizzata. Alcuni sensori elettronici sono in grado di gestire più di 10 fibre di ingresso. Naturalmente, c'è anche un'indicazione. Gli indicatori mostrano se il sensore funziona correttamente. Ha anche altre caratteristiche.
L'interfaccia per il controller è determinata dal formato di output.Qui vengono forniti sia l'impostazione del sensore che il ripristino dell'amplificatore. Le uscite sono normalmente aperte, normalmente chiuse, collettore, emettitore, push. I collegamenti sono realizzati con un cavo multipolare. La programmazione avviene tramite pulsanti o semplicemente un potenziometro.
Ulteriore flessibilità è fornita da opzioni del sensore quali: ritardo di attivazione/disattivazione, uscite a impulsi, eliminazione dei segnali intermittenti, — per ottenere una maggiore libertà nella definizione dei dettagli e nella regolazione dei parametri dell'amplificatore in base ai requisiti individuali del processo di produzione. I ritardi consentono di ritardare la reazione del corpo di lavoro, i segnali di interruzione servono come segnale che le condizioni di lavoro sono violate. Tutto è personalizzato.
L'indicazione LED dello stato dell'uscita o la presenza di un display con informazioni sui segnali e gli stati dell'uscita sono opzioni avanzate che consentono la diagnostica e la programmazione del trasmettitore sul campo.
Per misurazioni più stabili in un ambiente mutevole, è adatto un sensore con una maggiore frequenza di campionamento e filtraggio del segnale. Tuttavia, il dispositivo funzionerà comunque a bassa frequenza per PLC sarà utile. I ritardi di attivazione/disattivazione aiutano a far corrispondere i segnali di uscita e di ingresso.
L'uso di blocchi ausiliari amplierà le possibilità di programmazione, ad esempio, è possibile regolare la sensibilità dell'elemento di misura quando si lavora con materiali speciali come il vetro o programmi per lo spegnimento / accensione tra i punti di commutazione: tracciamento della posizione del pezzo e il suo posizionamento nello spazio.
La bellezza dei cavi in fibra ottica è che trasmettono luce anziché corrente.Sono possibili configurazioni di diversi materiali, con diversi gradi di sensibilità della testa.
Un cavo in fibra ottica diffusa è costituito da una coppia di sfaccettature, una delle quali va all'amplificatore e l'altra alla testa di rilevamento. Allo stesso tempo, due cavi sono collegati alla testina sensibile: uno per la sorgente luminosa, l'altro per l'elettronica.
Un cavo in fibra ottica a raggio singolo contiene una coppia di cavi identici, ciascuno collegato a un amplificatore e dotato di una propria testina ottica. Un cavo viene utilizzato per trasmettere la luce e l'altro per ricevere.
Le fibre stesse sono generalmente di vetro o plastica. Plastica: più sottile, più economica, più flessibile. Il vetro è più resistente e può funzionare a temperature più elevate. La plastica può essere tagliata a misura, ma il vetro viene tagliato solo in fase di produzione. Guaina in fibra: dalla plastica estrusa alla treccia in acciaio inossidabile per impieghi gravosi.
La cosa più importante quando si sceglie un sensore ottico è scegliere la testina ottica giusta. Dopotutto, è proprio con la sensibilità della testa che è correlata l'accuratezza del rilevamento di parti, siano esse piccole, fisse o in movimento. A quale angolo si troveranno il ricevitore e l'emettitore rispetto all'oggetto, qual è la dispersione consentita. Se è necessario un fascio tondo di fibre per produrre un fascio tondo o un fascio esteso per produrre una proiezione orizzontale.
Per quanto riguarda i fasci circolari, nella testa diffusa possono essere uniformemente ramificati con tutte le fibre in uscita da una metà e le fibre riceventi dall'altra. Questo design è comune, ma può causare un ritardo durante la lettura delle informazioni da una parte che si muove ad angolo retto rispetto alla linea di biforcazione.
La distribuzione uniforme delle fibre sorgente e ricevente si traduce in fasci più uniformi. I raggi uniformi consentono di equalizzare gli effetti dell'invio e della ricezione delle onde e il rilevamento risulterà indipendentemente dalla direzione del movimento dell'oggetto.
Il tipo di testina ottica, la lunghezza del cavo e l'amplificatore hanno un effetto significativo sulla distanza di visione ottica. È difficile fornire una stima esatta, ma i produttori indicano questi dati. Un sensore a raggio singolo ha una portata più ampia rispetto a un sensore diffuso. Fibre più lunghe, portata più corta. Amplificatore migliore: segnale più forte, portata maggiore.
L'I/O distribuito è sempre più utilizzato nell'automazione industriale ed è possibile collegare più cavi da sensori ottici a un singolo collettore.
Gli amplificatori ottici sono spesso dispositivi indipendenti con montaggio su guida DIN a canale singolo, facilmente montabili su pannello e l'unico inconveniente è l'instradamento delle connessioni dai singoli amplificatori.
Il collettore può raggruppare più canali ottici in un unico centro di controllo: i collettori sono dotati di display guidati da menu e ciascun canale è programmabile individualmente. I canali configurati possono essere utilizzati dalla logica AND / OR, che semplifica notevolmente il controllo del PLC.
L'utilizzo di fibre ottiche si comporta bene in sistemi operanti in condizioni di elevato rumore elettrico. Le fibre ottiche non captano i disturbi elettrici e l'amplificatore elettronico è protetto da un armadio. Piccole linee di assemblaggio con rilevamento automatico delle parti sui nastri trasportatori nel processo di assemblaggio dei dispositivi è un'altra applicazione molto promettente e già abbastanza diffusa dei sensori ottici.
Teste con orientamento diverso, dimensioni diverse, dispersione diversa per fornire il grado di precisione di messa a fuoco desiderato, indipendentemente dalle dimensioni del sensore: tutto questo, insieme alla logica di controllo, apre un enorme potenziale di possibilità. Ad esempio, un sensore rileva la presenza di una parte in cui inizia il montaggio e il secondo conferma la fine del montaggio.
Inoltre, indipendentemente dall'applicazione, è importante selezionare il sensore e la testa con i parametri adatti all'applicazione richiesta dall'utente: in termini di diffusione, distanza, campionamento, opzioni in termini di impostazioni e programmazione.
L'unico svantaggio è che non puoi piegare eccessivamente le fibre. È necessario piegare un po 'di più e si verificherà una deformazione plastica irreparabile delle fibre, il rendimento diminuirà o scomparirà completamente. Il raggio di curvatura ammissibile dipende dal tipo di fibra e dalla dimensione e dalla dispersione delle fibre nel fascio. Queste caratteristiche dovrebbero essere considerate quando si seleziona un sensore per la propria applicazione.