Faseroptische Sensoren in industriellen Automatisierungssystemen
Bestimmen des Vorhandenseins eines Teils des Förderers in einer automatisierten Linie, Erhalten von Informationen über den Betrieb eines Beleuchtungsgeräts, Verwalten einer kompakten, aber effizienten Maschine ... Überall ist ein Minimum an Fehlern bei der Steuerung des Prozesses und im Falle eines Ausfalls erforderlich Tritt ein Fehler auf, ist es wichtig, die Ursache der Störung zu kennen, damit sich Fehler in Zukunft nicht wiederholen, denn moderne technologische Verfahren tolerieren keine schlechte Qualität. Hier kommen Sensoren zum Einsatz.
Es gibt viele Arten von Sensoren: magnetisch, induktiv, fotoelektrisch, kapazitiv – jeder von ihnen hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Photovoltaik ist eine der vielseitigsten. Hier gibt es Laser und Infrarot, Einzelstrahl und reflektierend. Wir werden uns jedoch mit optischen Sensoren befassen, da diese über die umfangreichsten Konfigurationsmöglichkeiten verfügen und auch für die schwer zugänglichen Stellen ideal sind.
Der optische optische Sensor ist in ein Gerätepaar unterteilt: einen optischen Photovoltaikverstärker und ein optisches Kabel mit optischem Kopf. Das Kabel leitet Licht vom Verstärker weiter.
Das Prinzip ist einfach.Sender und Empfänger arbeiten zusammen: Der Empfänger erkennt die vom Sender ausgesendete Lichtwelle. Technologisch wird dieser Vorgang auf unterschiedliche Weise durchgeführt: durch Verfolgung des Winkels einer Lichtwelle, durch Messung der Lichtmenge oder durch Messung der Rücklaufzeit einer Lichtwelle, um die Entfernung zu einem Objekt zu messen.
Die optische Quelle und der Empfänger können einfach im Kopf untergebracht werden (diffuse oder reflektierende Einheiten) oder sie können separat hergestellt werden – zwei Köpfe (einzelne Strahlen). Der faseroptische Sensorkopf enthält die Elektronik im Inneren, während der Empfänger direkt über eine Glasfaser mit der Elektronik verbunden ist. Die empfangenen und gesendeten Wellen breiten sich durch die Glasfaser aus, ähnlich wie bei der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung in optischen Netzwerken.
Der Vorteil dieser Trennung besteht darin, dass der Empfänger am Messobjekt installiert wird. Das Glasfaserkabel wird verlegt und mit dem Verstärker verbunden, der in einem speziellen Schaltschrank untergebracht ist, der den Verstärker vor der oft rauen Außenumgebung der Produktionsanlage schützt. Die Auswahl an Optionen ist vielfältig. Verstärker sind einfach und komplex, insbesondere multifunktional und können Logik- und Schaltvorgänge ausführen.
Der Basissatz faseroptischer Leseverstärker verfügt über ein Minimum an elektronischen Komponenten und Funktionen, die anspruchsvollsten sind Plug-and-Play-fähig, wobei die Elektronik vollständig angepasst wird. Einige Sensorelektroniken können mehr als 10 Eingangsfasern verarbeiten. Natürlich gibt es auch einen Hinweis. Die Indikatoren zeigen an, ob der Sensor ordnungsgemäß funktioniert. Es hat auch andere Funktionen.
Die Schnittstelle für den Controller wird durch das Ausgabeformat bestimmt.Hier werden sowohl die Sensoreinrichtung als auch das Zurücksetzen des Verstärkers bereitgestellt. Ausgänge sind normalerweise offen, normalerweise geschlossen, Kollektor, Emitter, Push. Der Anschluss erfolgt über ein mehradriges Kabel. Die Programmierung erfolgt über Tasten oder einfach über ein Potentiometer.
Zusätzliche Flexibilität bieten Sensoroptionen wie Ein-/Ausschaltverzögerung, Impulsausgänge, Eliminierung intermittierender Signale, um eine größere Freiheit bei der Detaillierung und Anpassung der Verstärkerparameter je nach den individuellen Anforderungen des Produktionsprozesses zu erreichen. Durch Verzögerungen können Sie die Reaktion des Arbeitsorgans verzögern, Unterbrechungssignale dienen als Zeichen dafür, dass die Arbeitsbedingungen verletzt werden. Alles ist personalisiert.
Die LED-Anzeige des Ausgangsstatus oder das Vorhandensein einer Anzeige mit Informationen zu Signalen und Ausgangszuständen sind erweiterte Optionen, die eine Diagnose und Programmierung des Senders vor Ort ermöglichen.
Für stabilere Messungen in einer sich ändernden Umgebung eignet sich ein Sensor mit erhöhter Abtastrate und Signalfilterung. Allerdings arbeitet das Gerät weiterhin mit einer niedrigen Frequenz für SPS es wird nützlich sein. Ein-/Aus-Verzögerungen helfen dabei, die Ausgangs- und Eingangssignale anzupassen.
Durch den Einsatz von Hilfsblöcken erweitern sich die Möglichkeiten der Programmierung, beispielsweise können Sie die Empfindlichkeit des Messelements bei der Arbeit mit speziellen Materialien wie Glas anpassen oder Programme zum Ein- und Ausschalten zwischen Schaltpunkten: Verfolgung der Position des Werkstücks und seine Positionierung im Raum.
Das Schöne an Glasfaserkabeln ist, dass sie Licht statt Strom übertragen.Es sind Konfigurationen aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlicher Kopfempfindlichkeit möglich.
Ein diffuses Glasfaserkabel besteht aus zwei Facetten, von denen eine zum Verstärker und die andere zum Sensorkopf führt. Gleichzeitig werden zwei Kabel an den empfindlichen Kopf angeschlossen – eines für die Lichtquelle, das andere für die Elektronik.
Ein Einstrahl-Glasfaserkabel enthält ein Paar identischer Kabel, die jeweils an einen Verstärker angeschlossen sind und über einen eigenen optischen Kopf verfügen. Ein Kabel dient zum Senden von Licht und das andere zum Empfangen.
Die Fasern selbst bestehen meist aus Glas oder Kunststoff. Kunststoff – dünner, billiger, flexibler. Das Glas ist stärker und kann bei höheren Temperaturen arbeiten. Kunststoff lässt sich auf Länge zuschneiden, Glas wird jedoch erst bei der Herstellung zugeschnitten. Fasermantel – vom extrudierten Kunststoff bis zum hochbelastbaren Edelstahlgeflecht.
Das Wichtigste bei der Auswahl eines optischen Sensors ist die Wahl des richtigen optischen Kopfes. Denn gerade mit der Empfindlichkeit des Kopfes hängt die Genauigkeit der Erkennung von Teilen, ob klein, feststehend oder bewegt, zusammen. In welchem Winkel werden Empfänger und Sender relativ zum Objekt positioniert, wie hoch ist die zulässige Streuung? Ob ein rundes Faserbündel erforderlich ist, um einen runden Strahl zu erzeugen, oder ein ausgedehntes Bündel, um eine horizontale Projektion zu erzeugen.
Was die kreisförmigen Strahlen betrifft, so können sie im diffusen Kopf gleichmäßig verzweigt werden, wobei alle Ausgangsfasern auf der einen und die Empfangsfasern auf der anderen Hälfte liegen. Dieses Design ist üblich, kann jedoch zu einer Verzögerung beim Lesen von Informationen von einem Teil führen, das sich im rechten Winkel zur Gabelungslinie bewegt.
Die gleichmäßige Verteilung der Quell- und Empfängerfasern führt zu gleichmäßigeren Strahlen. Mit gleichmäßigen Strahlen können Sie die Auswirkungen von Sende- und Empfangswellen ausgleichen und die Erkennung erfolgt unabhängig von der Bewegungsrichtung des Objekts.
Die Art des Vorsatzkopfes, die Kabellänge und der Verstärker haben einen wesentlichen Einfluss auf den optischen Betrachtungsabstand. Es ist schwierig, eine genaue Schätzung abzugeben, aber die Hersteller geben diese Daten an. Ein Einstrahlsensor hat eine größere Reichweite als ein diffuser Sensor. Längere Fasern, kürzere Reichweite. Besserer Verstärker – stärkeres Signal, größere Reichweite.
Verteilte E/A werden zunehmend in der industriellen Automatisierung eingesetzt und es ist möglich, mehrere Kabel von optischen Sensoren an einen einzigen Verteiler anzuschließen.
Bei optischen Verstärkern handelt es sich häufig um eigenständige Einkanalgeräte für die DIN-Schienenmontage, die sich leicht in Schalttafeln montieren lassen. Der einzige Nachteil besteht in der Verlegung der Verbindungen von einzelnen Verstärkern.
Der Kollektor kann mehrere optische Kanäle in einer Zentrale zusammenfassen: Die Kollektoren sind mit menügesteuerten Displays ausgestattet und jeder Kanal ist individuell programmierbar. Die konfigurierten Kanäle können durch die UND/ODER-Logik genutzt werden, was die Steuerung der SPS erheblich vereinfacht.
Der Einsatz optischer Fasern eignet sich gut für Systeme, die unter Bedingungen mit hohem elektrischem Rauschen betrieben werden. Optische Fasern nehmen kein elektrisches Rauschen auf und der elektronische Verstärker ist durch ein Gehäuse geschützt. Kleine Montagelinien mit automatischer Erkennung von Teilen auf Förderbändern im Gerätemontageprozess sind eine weitere vielversprechende und bereits weit verbreitete Anwendung optischer Sensoren.
Köpfe mit unterschiedlicher Ausrichtung, unterschiedlicher Größe, unterschiedlicher Streuung, um unabhängig von der Größe des Sensors die gewünschte Fokussierungsgenauigkeit zu gewährleisten – all dies eröffnet zusammen mit der Steuerungslogik ein enormes Potenzial an Möglichkeiten. Beispielsweise erkennt ein Sensor das Vorhandensein eines Teils am Beginn der Montage und der zweite bestätigt das Ende der Montage.
Unabhängig von der Anwendung ist es außerdem wichtig, den Sensor und den Kopf mit den Parametern auszuwählen, die für die gewünschte Anwendung des Benutzers geeignet sind: in Bezug auf Streuung, Entfernung, Abtastung, Optionen in Bezug auf Einstellungen und Programmierung.
Der einzige Nachteil ist, dass man die Fasern nicht übermäßig biegen kann. Bei etwas stärkerer Biegung kommt es zu einer irreparablen plastischen Verformung der Fasern, der Durchsatz nimmt ab oder verschwindet ganz. Der zulässige Biegeradius hängt von der Art der Faser sowie der Größe und Verteilung der Fasern im Bündel ab. Diese Eigenschaften sollten bei der Auswahl eines Sensors für Ihre Anwendung berücksichtigt werden.