فهم المستشعرات المنتشرة في الأتمتة الصناعية

يُعد اكتشاف الأجسام أحد الاحتياجات الأساسية لمشهد الأتمتة الصناعية. الحساسات هي تلك التي تسجل المكونات الصغيرة على الناقل للتأكد من أن الذراع الآلية لديها مكون في الموضع الصحيح - بدون هذه الحساسات لن تعمل أي من المستشعرات الحديثة المرافقة في منشأة التصنيع. من أكثر هذه الحساسات قابلية للتكيف والأكثر استخدامًا من هذا النوع هي الحساسات الكهروضوئية، وعلى وجه الخصوص النوع العاكس المنتشر. وهي ناجحة جدًا بسبب فعالية استراتيجية التسويق المتمثلة في البساطة وانخفاض الأسعار وصغر الحجم.

ومع ذلك، يعد اختيار المستشعر أحد أهم القرارات التي تتطلب الدقة. ما يبدو أنه أخطاء بسيطة في إدراك نطاق أجهزة الاستشعار، أو سوء فهم سمة لون الهدف على الأداء، يمكن أن يؤدي إلى عدم الكفاءة وتوقف الإنتاج. سيتم تصميم هذه الورقة لإعطاء لمحة موضوعية واضحة عن تقنية المستشعرات المنتشرة. وسنستعرض مبادئ عملها، ومقارنتها بالعمليات الكهروضوئية الأخرى، وشرح أنواعها الفرعية وإعطاء دليل منطقي للاختيار. والهدف من ذلك هو تطوير المهارات التقنية للمهندسين والفنيين ومديري المشتريات، من أجل تمكينهم من اتخاذ قرارات أفضل، بناءً على المعرفة التقنية في تعزيز موثوقية وكفاءة أنظمتهم الآلية. 

المبدأ الأساسي: كيف تعمل المستشعرات الكهروضوئية المنتشرة في الواقع

على المستوى الأساسي، يعمل المستشعر الكهروضوئي المنتشر بمبدأ الضوء المنعكس. ليست هناك حاجة لتركيب عاكس منفصل أو استخدام وحدة استقبال منفصلة كما هو الحال في أنظمة الاستشعار الأخرى لأن مصدر الضوء وجهاز الاستقبال الحساس للضوء موجودان في جهاز واحد. هذا المزيج هو أساس بساطة التصميم، فضلاً عن سهولة التركيب.

ويتم ذلك عن طريق مصدر الضوء، وعادةً ما يكون مصدر الضوء، وهو عادةً مصباح LED أو صمام ثنائي ليزر، يرسل شعاعاً مركزاً من الضوء المرئي الذي عادةً ما يكون أحمر أو تحت أحمر إلى مجال الاستشعار. ثم ينتظر المستشعر حتى يأتي شيء ما في طريق هذا الشعاع. كعاكس، يتم أخذ سطح الهدف في مسار الشعاع. ينقسم الضوء إلى عدة اتجاهات عند وصوله إلى الجسم. وتتجه كمية صغيرة نسبياً من هذا الضوء المتناثر بزاوية إلى المستشعر قبل أن يلتقطها جهاز الاستقبال.

يتم توسيط جهاز الاستقبال وإمالته بالضبط لالتقاط هذا الضوء الوارد المنعكس. بعد استقبال كمية كافية من الضوء، تقوم دوائرها الداخلية بتعيين تلك الإشارة وتغيير حالة الخرج. يتم نقل الإشارة إلى وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) أو عداد أو جهاز تحكم آخر، والذي يقوم بعمل مبرمج مسبقًا. المعامل الرئيسي، الذي يعتمد على خصائص الجسم المستهدف ولونه وتشطيب سطحه والمسافة إلى المستشعر، هو كمية الضوء اللازمة لتنشيط الخرج. ستعكس المادة البيضاء غير العاكسة قدرًا كبيرًا من الضوء وبالتالي سيتم تمييزها على مسافة أكبر من الجسم الأسود اللامع. إن العلاقة بين سمات الأجسام وموثوقية الكشف هي العامل الرئيسي في جميع التطبيقات التي تستخدم أجهزة الاستشعار المنتشرة.

الاستشعار المنتشر مقابل الانعكاسية العكسية مقابل الانعكاسية العكسية مقابل الانعكاسية العابرة، وهي: الاختلافات الرئيسية في الاستشعار

إن اختيار النوع المناسب من أجهزة الاستشعار الكهروضوئية له أهمية قصوى للتطبيق. ويعتمد الاختيار بشكل رئيسي على التضحيات في استقبال المسافة ونوعية الأجسام وصعوبة التركيب والقدرة على تحمل التكاليف. تسفر الحساسات العاكسة العاكسة عن حساسات وسيطة بين الحساسات المنتشرة وتلك التي يمكن تطبيقها حيث يمكن استخدام زوج من الوحدات وعاكس. أجهزة الاستشعار المنتشرة هي الأسهل في التركيب؛ حيث يلزم جهاز واحد فقط بالإضافة إلى عاكس. ويتمثل العيب الرئيسي في قلة نطاق الاستشعار والحساسية للطابع السطحي للهدف. يقدم الجدول أدناه تباينًا مباشرًا لهذه الميزات الرئيسية.

من الطاقة إلى قمع الخلفية: اختيار النوع المناسب

ليس الأمر أن أجهزة الاستشعار المنتشر ليست متساوية فهناك بعض الاختلافات التكنولوجية ضمن هذه الفئة التي تهدف إلى حل حدود النموذج الأساسي. هناك الإصدارات القياسية، الأكثر شيوعًا، والتي يُشار إليها أحيانًا باسم المستشعر المنتشر النشط. وهي تعمل فقط على كمية الضوء التي تحصل عليها. وطالما أن هناك طاقة ضوئية كافية تنتقل إلى جهاز الاستقبال، يتم تبديل الخرج. على الرغم من فعاليته في مهام التواجد/الغياب الأساسية التي تتضمن أهدافًا ثابتة، إلا أن هذا النهج ضعيف في التعامل مع الأجسام ذات الألوان/الانعكاسية المختلفة. قد لا يعطي الجسم الداكن ضوءًا كافيًا ليتم اكتشافه وقد تعطي الخلفية اللامعة قدرًا كبيرًا من الضوء بحيث تتسبب في إطلاق زناد كاذب.

ولمواجهة هذه التحديات، تمت صياغة تقنيات جديدة. يعد كبت الخلفية (BGS) أهم هذه التقنيات. لا يقيس مستشعر BGS مدى الضوء المرتجع ولكن الزاوية التي يعود بها. وهو يستخدم جهازي كشف وتثليث لتحديد المسافة التي ينبعث منها الضوء بدقة. سيتم وضع المستشعر أيضًا على مسافة محددة مسبقًا وسيستجيب فقط للأجسام الموجودة على تلك المسافة. سيتم تجاهل الأجسام الأكثر سطوعًا وانعكاسًا من هذه المسافة المقطوعة. وهذا يضمن أن مستشعرات BGS يمكن الاعتماد عليها بشكل خاص في الاستخدام عندما يكون الجسم المستهدف في مقدمة خلفية متغيرة أو عاكسة. فهي مقاومة تقريبًا للتغيرات اللونية للهدف، وهي الأفضل في الأهداف ذات الألوان المختلفة في نفس خط الإنتاج.

المتغير الآخر القريب هو مستشعر إخماد المقدمة يعتمد عمله على مبدأ مماثل للتثليث، حيث تم إعداده لتجاهل الأجسام القريبة من مسافة محددة مسبقًا، واستشعار أي شيء يقع أبعد من ذلك. وينطبق ذلك في الحالات التي يمكن أن تبحث فيها المستشعرات من خلال شبكة أو شبكة أو حيث يجب تجاهل العوائق القريبة من المستشعر. من المهم فهم هذه الاختلافات من أجل نشر حل استشعار جيد وقوي وموثوق به.

معايير الاختيار الحاسمة لتطبيق الأتمتة الصناعية الخاص بك

يجب أن يتسم اختيار المستشعر بعملية منهجية من أجل الأداء الأمثل وتجنب أخطاء المواصفات المكلفة. وعلى الرغم من أن العوامل الحاسمة بين كبت الطاقة والخلفية يجب أن يتم تقدير مختلف البارامترات التشغيلية بشكل كبير مقابل متطلبات التطبيق. سيؤدي الاستنتاج الدقيق للمعايير التالية إلى نموذج المستشعر المنتشر الأنسب والأكثر جدارة بالثقة.

استشعار المسافة

أهم المتطلبات الأساسية هي مسافات الاستشعار يجب عليك معرفة المسافة التي يجب أن ترى فيها الجسم، بما في ذلك التباين الذي قد ينطوي عليه الأمر. اختر دائمًا مستشعرًا ذا نطاق أقصى منشور يتجاوز بشكل كافٍ المسافة التي تحتاج إليها. غالبًا ما تستند النطاقات المنشورة على هدف مثالي (على سبيل المثال، بطاقة بيضاء عاكسة بنسبة 90%). على الأهداف الأكثر قتامة أو الأقل انعكاساً يجب أن يكون هذا المدى الفعال أقل.

خصائص الكائن الهدف

يشمل ذلك حجم الهدف ولونه وانعكاسية سطحه. هل الهدف صغير؟ في هذه الحالة، ستكون هناك حاجة إلى نموذج يركز ضوءه في نقطة ضيقة وحادة، مثل مستشعر الليزر. هل تدرج اللون متغير؟ إذا كان الخط يتعامل مع أجسام بيضاء إلى سوداء اللون، فمن المحتمل أن يكون مستشعر كبت الخلفية هو المستشعر المثالي لتوفير نتيجة قراءة متسقة. هل السطح لامع أو يشبه المرآة؟ هذا لديه القدرة على زيادة التحميل على جهاز الاستقبال العادي؛ قد تكون هناك حاجة إلى نماذج خاصة.

الاعتبارات البيئية

تحقق من درجة الحرارة المحيطة، وقراءات الرطوبة النسبية (RH)، وأي تكاثف. قد تتداخل مثل هذه المتغيرات البيئية مع أداء المستشعر، خاصةً في البيئات المعادية، مثل البيئات الرطبة أو المتربة أو المحملة بالمواد الكيميائية. من الأمثلة على هذه النماذج نموذج الضوء الأزرق حيث تتميز البيئة بالرطوبة العالية (RH)، أو الضوء المتوهج الذي يصادف أن يكون الضوء الذي تتناسب معه هذه المستشعرات بشكل أفضل، وهكذا. انظر إلى مستوى IP (الحماية من الدخول) الخاص بالمستشعر للتأكد من أنه محكم الإغلاق بشكل مناسب في الظروف.

الملحقات والتحكم

تحتوي معظم أجهزة الاستشعار على أجهزة مساعدة مثل أقواس التركيب أو مقاييس الجهد الخارجية لضبط الحساسية. يمكن استخدام مقياس الجهد لتوفير تحكم أكبر في نطاق الحساس وحساسيته في تطبيق له احتياجات استشعار محددة. علاوةً على ذلك، يمكن أن تحتوي المستشعرات أيضًا على مخرجات PNP أو NPN وستكون هذه المخرجات متوافقة مع نظام التحكم الخاص بك أيضًا.

سرعة الاستجابة

عندما يتعلق الأمر بالتطبيقات عالية السرعة، كما هو الحال في عد الأجزاء الصغيرة القادمة على ناقل سريع الحركة، فإن تردد تبديل المستشعر هو أحد الاعتبارات الرئيسية. يجب أن تتأكد من أن المستشعر سيقوم بتشغيل/إيقاف تشغيل إشارته بسرعة كافية لتمييز كل جسم بشكل موثوق.

الحصول على المستشعر المناسب: لماذا يهم موزع قطع الغيار الخاص بك

إن عملية تحويل المعرفة النظرية إلى معرفة عملية محفوفة بالتعقيد في سوق المصنعين والموديلات والمواصفات. قد يكون من الصعب جدًا اختيار وشراء جهاز الاستشعار المنتشر المناسب، وقد تكون عملية الاختيار والشراء بنفس أهمية التقييم التقني نفسه. يمكن أن يؤدي التسليم الخاطئ أو المتأخر للمكونات إلى توقف خط الإنتاج، في حين أن الاختيار غير الملائم يمكن أن يتسبب في استمرار سوء الصيانة. وهنا يمكن ملاحظة أهمية شريك التوزيع الاستراتيجي. سيكون الموزع المتمرس والموثوق به أكثر من مجرد مورد: الموزع المتمرس والموثوق به هو امتداد لأقسام الهندسة والمشتريات لديك.

ميزة OMCH: شريكك في نجاح الأتمتة

يجلب اختيار الشريك المناسب ميزة تنافسية وليس مجرد عنصر. في OMCH، نقدم هذه الميزة من خلال:

• أكثر من 30 عاماً من الخبرة في هذا المجال: منذ عام 1986، تضمن لك خبراتنا المتراكمة حصولك على توصيات الحلول الأكثر موثوقية وثباتاً.
• منصة الشراء الشاملة: نحن نقدم مجموعة شاملة، من المستشعرات إلى إمدادات الطاقة والمكونات الهوائية، مما يبسّط عملية الشراء ويضمن توافق المكونات.
• حلول مخصصة: عندما لا يلبي المنتج القياسي احتياجاتك الفريدة، تتيح لنا قدراتنا في تصنيع المعدات الأصلية والتخصيص تصميم الحل الأمثل لك.
• الالتزام بالجودة مع الشهادات الدولية: تتوافق جميع المنتجات مع المعايير العالمية مثل ISO 9001 و CE. نحن لسنا مجرد مورّد، بل نحن خبير حلول موثوق به.

تطبيقات واقعية في مختلف الصناعات التحويلية الرئيسية في العالم الحقيقي

وتؤدي قابليتها العالية للتكيف مع التطبيقات الأخرى إلى استخدام أجهزة الاستشعار المنتشرة في أي مجال تقريبًا. وبفضل تصميمها البسيط والمدمج يمكن تركيبها بسهولة في الآلات الجديدة والموجودة مسبقاً؛ ونظراً لمستوى موثوقيتها العالية يمكن تحقيق الكشف عن أي جسم في مجموعة متنوعة من الظروف.

أجهزة الاستشعار المنتشرة ضرورية لأتمتة العمليات في صناعة التعبئة والتغليف. وعادةً ما يتم تطبيقها في خطوط النقل حيث تستشعر وجود الكراتين أو الزجاجات أو الصناديق، مما يؤدي إلى بدء إجراءات مثل التعبئة أو وضع الأغطية أو وضع الملصقات. على سبيل المثال، يمكن لمستشعر كبت الخلفية المثبت فوق ناقل أن يتعرف باستمرار على وجود عبوات بألوان وأحجام مختلفة، ولكنه يظل غافلًا تمامًا عن الحزام الناقل، حيث تظل آلة وضع الملصقات متوقفة عن العمل ما لم يكن المنتج في مكانه الصحيح.

هذه المستشعرات مهمة جدًا في مناولة المواد والخدمات اللوجستية عند استخدامها في الفرز والتتبع. ويمكن أن تستخدم أنظمة المستودعات الآلية أيضًا أجهزة استشعار منتشرة على طول تقاطعات الناقلات للتأكد من أن أحدها قد أخلت التقاطع قبل السماح بمرور التقاطع التالي من خلاله، مما يؤدي إلى تجنب الحوادث وضمان وجود زخم حر للبضائع. وهي مناسبة تمامًا لعد العناصر على خطوط الفرز عالية السرعة بسبب سرعة استجابتها السريعة.

تعد أجهزة الاستشعار المنتشرة المركزة إحدى الصناعات التي يشملها تجميع الإلكترونيات. يمكن استخدام مستشعر ذو تركيز ليزر صغير البؤرة لفحص وجود الأجهزة الدقيقة المثبتة على السطح (SMDs) على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) التي تمر عبر خط التجميع. وهذا مجرد فحص للوجود يمكن أن يجنب اللوحة المعيبة الانتقال إلى خطوات أكثر تكلفة في عملية التصنيع.

في أعمال النجارة وصناعة الأثاث، تؤدي الحساسات المنتشرة دور الكشف عن المواد الكبيرة، التي عادةً ما تكون ذات ألوان مختلفة. قد يتم وضع المستشعر لاستشعار الحافة الأمامية للوح خشبي للإشارة إلى الماكينة لبدء القطع أو الحفر. ومن السمات الرائعة الأخرى في استخدامه أنه لا يحتاج إلى عاكس ليعمل في المناطق المتربة والمزدحمة أحيانًا والشائعة جدًا في مثل هذه المنشآت.

حل التحديات الشائعة واستكشاف أخطاء إعداد المستشعر وإصلاحها

حتى مع الاختيار الدقيق، يمكن أن تمثل ظروف العالم الحقيقي في بعض الأحيان تحديات تؤثر على أداء المستشعر. يمكن أن يؤدي اتباع نهج منطقي لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها إلى تحديد معظم المشكلات الشائعة وحلها بسرعة، مما يقلل من وقت التعطل ويضمن التشغيل المتسق.

1. المستشعر لا يكتشف الأجسام

قد يكون هذا نتيجة لعدد من العوامل، من بينها أن الطول الموجي لمصدر الضوء المستخدم غير مناسب، أو أن درجة الحرارة المحيطة خارج نطاق تشغيل الحساس أو أن عدسة عدسة الحساس ملوثة بالغبار أو الرطوبة. عند حدوث تكاثف على الحساس، قد يساعد تنظيف العدسة لإزالة هذا التكاثف في القضاء على المشكلة. من الضروري التأكد من أن الحساس المستخدم لديه مسافة استشعار قادرة على اكتشاف حجم الجسم وانعكاسيته. تأكد من عدم امتصاص الكثير من مصادر الضوء في سطح الهدف، وهذا قد يتداخل مع الكشف.

2. التشغيل الكاذب

مع التشغيل الخاطئ، يستجيب المستشعر للضوضاء المنعكسة على الأسطح المجاورة. من المحتمل حدوث ذلك في الغالب عند وجود رطوبة عالية أو عند وجود مواد عاكسة في المحيط قد تؤثر على عودة الضوء إلى المستشعر. قد يساعد نموذج كبت الخلفية أو إعداد مقياس جهد الحساسية للمستشعر في رفض الإشارات الخاطئة.

3. إشارة الإخراج غير صحيحة (مشكلة PNP/NPN)

في الحالة التي لا يعطي فيها المستشعر الخرج الصحيح (على سبيل المثال إشارة NPN في حين أن المطلوب أن تكون إشارة PNP)، انظر إلى مخطط الأسلاك. تأكد من أن نوع الإخراج الذي يوفره المستشعر متوافق مع متطلبات الإدخال لنظام التحكم. يمكن أن يحدث هذا التباين عندما يتم تكوين المستشعر بشكل غير صحيح (على سبيل المثال، تستخدم مفاتيح NSwitches التكوينات المدمجة المتاحة PNP و NPN) أثناء التركيب.

4. مشاكل المسافة الزائدة أو المدى الزائد

ستواجه التطبيقات التي تعمل مع الأجزاء الصغيرة، حيث يوجد خطر فقدان الأجسام الصغيرة باستخدام مستشعرات ذات مدى كشف أقصر من الجسم، مشكلة فقدان الأجسام المكتشفة على مسافة أطول. في حالة عدم رؤية المستشعر للأجسام على مسافة معينة، تحقق مما إذا كان ضوء الانعكاس قويًا بما فيه الكفاية وأن الجسم لامع بما فيه الكفاية. في بعض الأحيان تكون الأجسام شديدة اللمعان والداكنة أكثر دقة في الضبط أو تحتاج في بعض الأحيان إلى مستشعر مختلف تمامًا.

5. التأثير البيئي: الرطوبة ودرجة الحرارة

قد تؤثر الرطوبة النسبية المرتفعة (RH) ودرجة الحرارة المحيطة الشديدة تأثيرًا بالغًا على أداء المستشعر حتى في المستشعرات غير محكمة الغلق أو ذات التصنيف المنخفض. إذا كان الحساس الذي تستخدمه يعمل في مثل هذه الظروف، فقد ترغب في استخدام حساس من النوع العاكس أو نوع حساس ذي تصنيف IP أعلى حيث سيكون لهذا الحساس قدرة أكبر على تحمل مثل هذه الظروف. في مثل هذه الحالات، يُشار إلى الحساسات التي توفر مستوى أعلى من الحماية البيئية أو تصميمات الضوء الأزرق التي تكون أضعف في الظروف الرطبة.

من خلال تحديد الأسباب الجذرية لأعطال المستشعرات ومعالجتها على الفور، يمكنك ضمان التشغيل السلس والحفاظ على موثوقية أنظمة الأتمتة لديك.