مخطط توصيل المستشعرات الكهروضوئية: المستشعرات ذات 3 أسلاك و4 أسلاك والمستشعرات ذات الشعاع العابر

إذا سبق لك أن وقفت أمام آلة بها مستشعر ضوئي معطل، وأنت تحمل قطعة بديلة تحتوي على أسلاك أكثر من القديمة، فإن هذا الدليل مخصص لك. قد تبدو أسلاك المستشعرات الضوئية معقدة، لأن نفس الألوان الثلاثة أو الأربعة للأسلاك تخفي سلوكيات مختلفة تمامًا اعتمادًا على بنية الاستشعار. سنستعرض مخطط التوصيل بدءًا من أبسط التوصيلات ذات الأسلاك الثلاثة وصولًا إلى أزواج المستشعرات ذات الشعاع المار التي تربك الجميع. ثم هناك منطق «التشغيل عند الضوء» و«التشغيل عند الظلام»: فهو الذي يحدد ما إذا كان المستشعر يعمل بشكل صحيح أم عكسيًا.

أساسيات توصيل الأسلاك في المستشعرات الكهروضوئية: البني، الأزرق، الأسود

يقوم المستشعر الكهروضوئي (العين الضوئية) باكتشاف جسم ما دون لمسه: حيث يرسل جهاز الإرسال ضوءًا، ويقوم جهاز الاستقبال برصده، ويُحدد الفرق بينهما للمستشعر ما إذا كان هناك شيء أم لا. وفي خزانة التحكم، يُترجم ذلك إلى توصيل بسيط بثلاثة أسلاك في معظم وحدات التيار المستمر:

• براون (BN): الطاقة الموجبة، موصولة بـ +12–24 فولت تيار مستمر
• الأزرق (BU): الطرف السالب، متصل بـ 0 فولت (الطرف المشترك للتيار المستمر)
• أسود (BK): مخرج التبديل، المتصل بمدخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو الحمل الخاص بك

يتوافق نظام الألوان هذا مع المعيار IEC/EN 60947-5-2، وهو المعيار المستخدم في جميع أجهزة الاستشعار الصناعية التي تعمل بالتيار المستمر (Pepperl+Fuchs، قاعدة المعرفة الخاصة بالوصلات وفقًا للمعيار EN 60947-5-2). السلك الأسود هو الطرف الفعال: فهو مخرج ترانزستور يقوم إما بدفع جهد +24 فولت إلى الخارج (PNP، “مصدر”) أو بسحب المدخل إلى 0 فولت (NPN، “مصرف”). ذاكرة من سطر واحد: يُشحن القطب الموجب (PNP) بالشحنة الموجبة، بينما ينخفض القطب السالب (NPN) إلى الشحنة السالبة. قم بتزويد المستشعر بالطاقة، ووصّل السلك الأسود بمدخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو بملف المرحل، وبذلك تكون الدائرة قد اكتملت.

توضيح سريع قبل أن نمضي قدمًا، لأن هذا الأمر يربك تقريبًا كل من يزور هذه الصفحة: إن خلية ضوئية أما مصباح الشارع الذي يعمل من الغسق حتى الفجر فهو أمر مختلف تمامًا. فهذا الجهاز يستشعر مستوى الإضاءة المحيطة لتشغيل الإضاءة بجهد 120/240 فولت في الليل. ولا يوجد لديه مفهوم “الكائن”، كما أن أسلاكه متصلة بشبكة التيار الكهربائي الرئيسية. تتناول هذه المقالة المستشعر الضوئي منخفض الجهد الذي يكتشف الأجزاء والعبوات والمنصات النقالة. مهمة مختلفة، وأسلاك مختلفة.

ثلاث هياكل استشعار: افهم كيفية عمل الجهاز قبل أن تبدأ في توصيل أي أسلاك

قبل أن تلمس أي سلك، حدد أي من الهياكل الكهروضوئية الثلاثة التي تتعامل معها. فطريقة توصيلها تختلف عن بعضها، وعبارة “تبدو متشابهة” هي السبب وراء وقوع الأخطاء المكلفة.

وهناك أنواع أخرى أقل شيوعًا، منها أجهزة الاستشعار ذات الانعكاس الخلفي المستقطب، وأجهزة الاستشعار المنتشرة ذات إخفاء الخلفية، ورؤوس الألياف الضوئية، وأجهزة الاستشعار الليزرية، وأجهزة الاستشعار ذات العلامات الملونة. وجميعها مستمدة من هذه الهياكل الثلاثة، وتبقى مسائل التوصيلات كما هي.

أسرع طريقة لتصنيف جهاز مجهول هي طرح ثلاثة أسئلة والإجابة عليها مباشرةً على الجهاز:

1. رأس واحد أم اثنان؟ وجود وحدتين متقابلتين يعني وجود إشارة عابرة. لاحظ أن جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال هما رقمان منفصلان لرقم القطعة. اكتب كليهما.
2. هل يوجد عاكس؟ «نعم» تعني عاكسًا للضوء. «لا» تعني عدم وجود عاكس، ووجود رأس واحد يعني انعكاسًا منتشرًا.
3. أين رقم القطعة؟ عادةً ما يكون مختومًا على الهيكل. وفي حالة الزوج المكون من عارضة متصلة، يحمل كل نصف رقمه الخاص، ولا يتطابقان دائمًا.

اطرح هذه الأسئلة الثلاثة عبر الهاتف، أو في جلسة النقاش، أو عند رف قطع الغيار، وستكون قد تجنبت بالفعل الخطأ الأكثر شيوعًا في الطلبات ضمن هذه الفئة: شراء القطعة الخاطئة الهيكل, ، على سبيل المثال، مصباح رأس منتشر ليحل محل نصف زوج من مصابيح الاستشعار عبر الشعاع.

التوصيلات الكهربائية حسب الهيكل: أي وحدة تنقل الإشارة الناتجة؟

نظام المرور عبر الشعاع: جهاز الإرسال هو مجرد مصدر ضوء — أما جهاز الاستقبال فهو الذي يقوم بالتبديل

إليك الحقيقة التي تحل معظم مشاكل توصيل الأسلاك عبر الشعاع، وهي الحقيقة التي يجب تذكرها من هذه المقالة بأكملها:

في مستشعر الشعاع المار، يكون المخرج دائمًا موجودًا في جهاز الاستقبال: فالمرسل ليس سوى مصدر ضوء، ويحمل النصفان رقمي قطع غيار مختلفين.

قم بتوصيل جهاز الإرسال أولاً: السلك البني بـ +V، والسلك الأزرق بـ 0 V. وغالبًا ما تكون هذه هي التوصيلات كلها، نظرًا لأن العديد من أجهزة الإرسال عبارة عن أجهزة ثنائية الأسلاك. ثم قم بتوصيل جهاز الاستقبال: السلك البني بـ +V، والسلك الأزرق بـ 0 V، والسلك الأسود (الإخراج) بمدخل جهاز PLC أو الحمل (RealPars، توصيل وإعداد المستشعر الكهروضوئي). إذا قمت بتزويد جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال بالطاقة ولكنك لم تتلقَ أي إشارة، فإن الأسباب المحتملة عادةً هي: أن السلك الأسود قد تم توصيله بجهاز الإرسال (ولا يوجد ما يمكن تبديله هناك)، أو أن الزوج غير محاذي، أو أن نوع الإخراج لا يتطابق مع نوع الإدخال لديك، وهو ما سنناقشه بعد قليل. تحتاج كلتا الوحدتين إلى الطاقة؛ ولا يتم تبديل سوى جهاز الاستقبال.

أجهزة الاستشعار أحادية الرأس والسلك الرابع: ما هي وظيفة اللون “الأبيض”؟

تُعد الرؤوس العاكسة والمنتشرة وحدات فردية، لذا فهي تتبع النمط البسيط المكون من ثلاثة أسلاك المذكور أعلاه. تبدأ التعقيدات عند وجود سلك رابع. فيما يلي ثلاث طرق يستخدمه بها المصنعون، وما يعنيه كل منها بالنسبة لك:

هناك تحذيران عمليان هنا. أولًا: عندما يُترك سلك اختيار «التشغيل عند الإضاءة» أو «التشغيل عند الظلام» غير منتهية, ، لا يزال المستشعر يعمل في الوضع الافتراضي الذي حددته الشركة المصنعة. تختلف الإعدادات الافتراضية من منتج لآخر، لذا لا تفترض أبدًا: تحقق من السطر في ورقة البيانات الذي يشير إلى “مخطط التوصيل”، وإذا كان المخطط غير واضح (وهو ما يحدث غالبًا)، فاستشر المورد قبل تشغيل الجهاز. ثانيًا: بعض المستشعرات تحمل علامة «NO/NC» مطبوعة على هيكلها، في حين أن ورقة البيانات تستخدم مصطلحات «تشغيل عند الضوء» و«تشغيل عند الظلام». تشير العلامة المطبوعة إلى حالة عدم التزويد بالطاقة، وهي تضلل الكثيرين أكثر مما تساعدهم. ثق بمخطط التوصيل الوارد في ورقة البيانات، لا بالطباعة الحريرية.

هناك أمر آخر يستحق الانتباه عند الاستبدال: أجهزة الاستشعار ذات الفصل السريع (M8/M12). قد يبدو الموصل متطابقًا، لكن وظائف المسامير يتم تحديدها من قِبل الشركة المصنعة. فالوحدة التي تكون فيها “المسمار 4 = مخرج” لن تعمل مع كابل مُوصَّل بحيث يكون “المسمار 2 = مخرج”. وعند طلب جهاز استشعار ذي فصل سريع، يجب أن يتطابق ترتيب المسامير مع الكابل الموجود بالفعل في الآلة.

"الضوء عند التشغيل" مقابل "الظلام عند التشغيل": أي منطق إخراج يحتاجه تطبيقك؟

لقد قمت بتوصيل جميع الأسلاك بشكل صحيح، والطاقة موصولة، ومع ذلك لا يزال المستشعر يعمل عكس ما تحتاجه الآلة. إن مبدأ «التشغيل عند الضوء/التشغيل عند الظلام» هو الموضوع الأكثر إرباكًا في مجال التوصيلات الكهروضوئية، وهو الموضوع الذي يتعارض فيه آراء الخبراء أنفسهم.

ما الذي تعنيه مصطلحات “الضوء عند التشغيل” و«الظلام عند التشغيل» في الواقع (ولماذا يربك مصطلح «NO/NC» الناس)

التعريفات الفيزيائية بسيطة: أ الضوء مضاء يتم تزويد المخرج بالطاقة عندما يستقبل جهاز الاستقبال كمية كافية من الضوء؛ أ داكن-على يتم تزويد المخرج بالطاقة عندما يتم حجب الشعاع أو عندما ينقطع الإشارة عن جهاز الاستقبال (control.com، ما المقصود بعبارتي «light-on» و«dark-on»). تبدأ المشكلة عندما يترجم الناس هذا إلى لغة “مفتوح عادةً/مغلق عادةً” الخاصة بالمفاتيح الميكانيكية. تجيب مدونة إحدى الشركات المصنعة الكبرى على السؤال “هل وضع ”الضوء مضاء" هو نفسه وضع NO؟» بقولها «الإجابة المختصرة هي نعم»، ثم تصنف «الضوء المار عبر الحاجز» على أنه «مغلق عادةً» و«الضوء المنتشر» على أنه «مفتوح عادةً» (بالوف، أساسيات الاستشعار الضوئي: التشغيل عند وجود الضوء أو التشغيل عند وجود الظلام)، في حين يُعرِّف دليل شركة «أومرون» نفسها الاستشعار النموذجي للوجود المنتشر بأنه «إضاءة» (أومرون، مصطلحات المستشعرات الضوئية). مصدران موثوقان، ترجمتان مختلفتان.

إليكم الحل. يتم تعريف NO/NC انطلاقًا من حالة السكون, ، لكن حالة السكون في المستشعر الضوئي تعتمد على هيكله. فمستقبل الشعاع المار يكون في حالة إضاءة عندما لا يوجد شيء في مسار الشعاع؛ أما رأس الاستقبال المنتشر فيكون في حالة ظلام. لذا انسَ مسألة الترجمة واطرح سؤالًا واحدًا بدلاً من ذلك: ماذا يجب أن يكون الناتج عندما يكون الكائن موجودًا؟ إذن دع البنية تحدد لك أي وضع يفي بذلك.

الاختيار بناءً على البنية: الجدول القابل للقلب والاتجاه الآمن

اقرأ هذا الجدول مرتين، لأنه يضم الأخطاء: فالمطلب نفسه المتمثل في “التشغيل عند وصول القطعة” يعني داكن-على على زوج من العوارض العابرة و الضوء مضاء في رأس توزيع. إذا أخطأت في ترتيب المنطق، فإن إشارة “الجزء موجود” ستتحول إلى “الجزء مفقود”. وستحدث أعطال في الجهاز، أو تغذية زائدة، أو ما هو أسوأ من ذلك، بطرق تبدو وكأنها أعطال في الأسلاك.

إذا كنت قد اشتريت بالفعل مستشعرًا قابلًا للتحديد أو ذو مخرج تكميلي، فيمكن إصلاح ذلك على مستوى الطرف: أعد توصيل السلك الأبيض، أو انقل سلك الإشارة إلى المخرج التكميلي. ولا حاجة لشراء قطعة جديدة. وإذا كنت تستبدل مستشعرًا قديمًا، فراقب المستشعر القديم خلال دورة كاملة واحدة ولاحظ ما إذا كان المخرج في وضع التشغيل عند وجود القطعة أو غيابها. فهذه الملاحظة تفوق أي ملصق.

مطابقة مدخلات جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) — وطلب قطعة غيار تعمل بشكل صحيح من المرة الأولى

يتم طلب المستشعرات الضوئية التي تعمل بالتيار المستمر (DC) بنمط PNP أو NPN، وفي معظم الحالات يكون هذا الاختيار محددًا مسبقًا في المصنع. ولا يوجد مفتاح للتبديل في الميدان، لذا تأكد من نوع المخرج الذي يتطلبه المدخل الخاص بك قبل الطلب. وإليك الاختبار الميداني الذي يستغرق ثلاثين ثانية:

1. قم بتوصيل مدخل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) قيد الاختبار مباشرةً بـ +24 فولت. إذا تم تشغيل المدخل، فهذا يعني أن البطاقة تعمل في وضع الإمداد: وهي تحتاج إلى الشرطة الوطنية الفلسطينية المستشعر.
2. وإذا لم يحدث ذلك، فقم بتوصيل مدخل التيار بـ 0 فولت بدلاً من ذلك. وإذا تم تشغيلها الآن، فهذا يعني أن البطاقة تعاني من انخفاض الجهد: فهي تحتاج إلى NPN المستشعر.

ثم ضع هذه الحقيقة في اعتبارك: يمكن “جعل” مستشعر NPN الذي يقود مدخلًا من نوع «السحب» يعمل باستخدام مقاوم سحب لأعلى أو مرحل وسيط. تعمل المرحلات بالفعل كمحولات، لكن هذا حل مؤقت في الميدان له تكلفة حقيقية: مكون إضافي لكل قناة، واستجابة أبطأ، وملامس يحتاج إلى صيانة. إنها خطوة تهدف إلى تشغيل الخط فحسب، وليست تصميمًا. الحل الأمثل هو طلب القطعة ذات القطبية الصحيحة، ولهذا السبب يجب أن يكون طلبك محددًا. عند استبدال مستشعر ضوئي، سلّم المورد قائمة المراجعة هذه. كل بند في القائمة يقابل معلومة يمكنك قراءتها من الوحدة القديمة:

إذا كانت ملصقات الوحدة القديمة قد تآكلت، فقم بمراجعة قائمة التحقق في الاتجاه العكسي بالتعاون مع مورد قادر على تحديد الوحدة المطابقة بناءً على سياق الجهاز (طريقة التركيب، النطاق، والأداء) بدلاً من الاعتماد على التخمين من خلال صورة.

التوصيلات تبدو سليمة لكن المستشعر لا يزال لا يعمل؟ طلب تشخيص ميداني

عندما يحدث خلل في جهاز الاستشعار الضوئي الذي تم توصيله للتو، قم بالتشخيص وفقًا لهذا الترتيب. فهذا يوفر عليك ساعات من البحث عن الأخطاء الوهمية:

ألا يزال لا يعمل بعد إجراء الخطوات الثلاث؟ قم بقياس الجهد في سلك الإخراج مقابل 0 فولت أثناء قطع الشعاع: إذا لم يتغير الجهد مطلقًا، فإن المشكلة تكمن في المستشعر أو مصدر الطاقة الخاص به؛ أما إذا تغير الجهد لكن وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) لم تلتقطه أبدًا، فإن المشكلة تكمن بين الإخراج والمدخل. هذا الفرق يوضح لك أي جانب من السلك هو السبب في المشكلة.

ماذا يعني «الطلب على قطع الغيار» للموزعين وتجار الجملة

كل ما سبق ذكره — تحديد الهيكل، وقاعدة الاستلام، وجدول التبديل — هو ما يميز الموزع الذي يتلقى مكالمات هاتفية عن الموزع الذي يتلقى الطلبات. يصف عملاؤك أجهزة الاستشعار الضوئية بالطريقة التي يرونها بها: “تلك ذات الرأسين”، “تلك المزودة بعاكس”، “تلك ذات الرأس الواحد التي ترى الزجاجات”. تتطابق هذه الأوصاف تمامًا مع الهياكل الثلاثة الواردة في هذا الدليل. ولهذا السبب، فإن الأسئلة الثلاثة الخاصة بالتعريف تعمل أيضًا كنص لخدمة العملاء، ولهذا السبب أيضًا، فإن الموزع الذي يستطيع الإجابة عليها في مكالمة واحدة هو الذي يكسب ولاء العملاء ويضمن تكرار تعاملهم معه.

تساعد بنية العدسة نفسها على تحسين عمليات التخزين وتقديم عروض الأسعار. قم بتخزين أزواج أجهزة الاستشعار الضوئية كأزواج، لأن أجهزة الإرسال والاستقبال تتعطل وتباع معًا. يفضل استخدام الوحدات القابلة للتحديد أو ذات المنطق التكميلي حيثما كان ذلك مناسبًا: حيث يغطي رمز SKU واحد كلاً من الطلب على “التشغيل عند الضوء” و"التشغيل عند الظلام". قم بتقديم عرض أسعار لكل طلب باستخدام قائمة التحقق المكونة من ستة حقول: الهيكل، والقطبية، والمنطق، والإمداد/التوصيلات الكهربائية، والنطاق، والبيئة. بالنسبة لأجهزة الاستشعار الضوئية، فإن القطبية الخاطئة أو المنطق المعكوس يؤدي إلى إرجاع المنتج بعبارة «تم استلامه ولكنه لا يعمل»، والإرجاعات هي ما يقضي على الهامش الربحي. لا شيء من هذا غريب: إنه مخطط التوصيلات الكهربائية الذي تعرفه بالفعل، ولكن يُقرأ هنا كسياسة للمخزون.

إذا كنت تنوي استبدال أجهزة الاستشعار الضوئية وترغب في التحقق من المواصفات قبل اتخاذ القرار النهائي — سواء تعلق الأمر بالهيكل أو نوع الإخراج أو وضع التشغيل عند الضوء أو عند الظلام أو توزيع المسافات بين أطراف التوصيل — فقم بإرسال تفاصيل الوحدة القديمة إلى فريق الاختيار في OMCH. سنقوم بمقارنة هذه التفاصيل مع الرسومات وورقات البيانات الموجودة في كتالوج الأتمتة الخاص بنا الذي يضم أكثر من 30 فئة، وسنقوم بتجربة العينات على جهازك قبل أن تقوم بطلب كميات كبيرة.

المراجع

1. Pepperl+Fuchs. “المستشعرات الحثية – التوصيلات الكهربائية: ألوان الأسلاك وتوزيع القوابس وفقًا للمعيار EN 60947-5-2.”
2. Omron Industrial Automation. “المستشعرات الضوئية – شرح المصطلحات (التشغيل بالضوء / التشغيل بالظلام).”
3. Balluff. “أساسيات المستشعرات الضوئية – التشغيل عند الضوء أو التشغيل عند الظلام”. يونيو 2024.
4. RealPars. “توصيل الأسلاك للمستشعرات الضوئية وإعدادها واستكشاف الأعطال وإصلاحها”.”
5. control.com. “ماذا يعني التشغيل عند الضوء والتشغيل عند الظلام بالنسبة للمستشعرات الضوئية؟” يناير 2025.
6. مفاتيح الاستشعار من OMCH – مجموعة منتجات الاستشعار الضوئي واستشعار القرب
7. اختيار منتجات OMCH – المطابقة بناءً على المواصفات والرسومات
8. الاتصال بـ OMCH
9. OMCH – مكونات الأتمتة الصناعية