Понимание диффузных датчиков в промышленной автоматизации

Обнаружение объектов - одна из фундаментальных потребностей ландшафта промышленной автоматизации. Именно датчики регистрируют перемещение мелких компонентов на конвейере, а также следят за тем, чтобы роботизированная рука устанавливала компонент в правильное положение - без них не работало бы ни одно из современных дополнений к производственному комплексу. Наиболее адаптируемыми и широко используемыми из них являются фотоэлектрические датчики и, в частности, диффузно-отражающие. Их успех объясняется эффективностью маркетинговой стратегии - простотой, низкой ценой и небольшими размерами.

Однако выбор датчика - одно из самых важных решений, требующих точности. Кажущиеся незначительными ошибки в восприятии диапазона датчиков или плохое понимание того, как цвет цели влияет на производительность, могут привести к неэффективности и остановке производства. Цель данной статьи - дать четкий объективный обзор технологии диффузных датчиков. Мы рассмотрим принципы ее работы, сравним ее с другими фотоэлектрическими процессами, объясним ее разновидности и дадим логическое руководство по выбору. Целью данной работы является развитие технических навыков инженеров, техников и менеджеров по закупкам, чтобы они могли принимать более правильные решения, основанные на технических знаниях, для повышения надежности и эффективности своих автоматизированных систем. 

Основной принцип: как на самом деле работают диффузные фотоэлектрические датчики

В основе работы диффузного фотоэлектрического датчика лежит принцип отраженного света. Нет необходимости устанавливать отдельный отражатель или использовать отдельный блок приемника, как в других сенсорных системах, поскольку источник света и светочувствительный приемник находятся в одном устройстве. Такое сочетание является основой простоты конструкции, а также легкости установки.

Для этого источник света, обычно светодиод или лазерный диод, посылает сфокусированный луч видимого света, обычно красного или инфракрасного, в зону обнаружения. Затем датчик ждет, пока на пути этого луча что-нибудь не появится. В качестве отражателя на пути луча выступает поверхность цели. Достигнув объекта, свет расходится в нескольких направлениях. Пропорционально небольшое количество этого рассеянного света направляется обратно к датчику, а затем улавливается приемником.

Приемник расположен точно по центру и наклонен так, чтобы улавливать отраженный входящий свет. После получения достаточного количества света его внутренняя схема устанавливает сигнал и изменяет состояние выхода. Сигнал передается на программируемый логический контроллер (ПЛК), счетчик или другое устройство управления, которое выполняет заранее запрограммированную работу. Основным параметром, который зависит от характеристик целевого объекта, его цвета, качества поверхности и расстояния до датчика, является количество света, необходимое для активации выхода. Белый, не отражающий материал будет отражать много света и, следовательно, будет различим на большем расстоянии, чем черный, блестящий объект. Связь между атрибутами объектов и надежностью обнаружения является основным фактором во всех приложениях, использующих диффузные датчики.

Диффузные, светоотражающие и сквозные лучи: основные различия в датчиках

Выбор фотоэлектрического датчика соответствующего типа имеет огромное значение для конкретного применения. Выбор в основном зависит от восприимчивости к расстоянию, качества объектов, сложности установки и доступности. Светоотражающие датчики занимают промежуточное положение между диффузными датчиками и теми, которые могут применяться при использовании пары блоков и отражателя. Диффузные датчики наиболее просты в установке; требуется только одно устройство плюс отсутствие отражателя. Основным недостатком является меньшая дальность обнаружения и чувствительность к характеру поверхности цели. В таблице ниже приведено прямое сравнение этих основных характеристик.

От энергичного до фонового подавления: Выбор правильного типа

Нельзя сказать, что диффузные датчики созданы одинаковыми. В этой категории есть несколько технологических вариаций, направленных на решение проблем, связанных с ограничениями базовой модели. Существуют стандартные, наиболее распространенные версии, которые иногда называют энергичным диффузным датчиком. Он работает только от количества получаемого света. До тех пор, пока на приемник поступает достаточное количество световой энергии, выход переключается. Хотя этот подход эффективен при решении базовых задач присутствия/отсутствия, связанных с постоянными целями, он плохо справляется с объектами разного цвета/отражающей способности. Темный объект может излучать недостаточно света для обнаружения, а блестящий фон может излучать так много, что это приведет к ложному срабатыванию.

Для решения этих задач были разработаны новые технологии. Подавление фона (BGS) является наиболее важной из них. Датчик BGS измеряет не количество возвращенного света, а угол, под которым он возвращается. В нем используются два детектора и триангуляция для точного расчета расстояния до объекта, излучающего свет. Датчик устанавливается на заранее определенном расстоянии и реагирует только на объекты, находящиеся на этом расстоянии. Объекты ярче и отражающие свет дальше этого расстояния будут проигнорированы. Благодаря этому датчики BGS особенно надежны в тех случаях, когда целевой объект находится на переднем плане на фоне переменного или отражающего фона. Они практически не подвержены изменениям цвета цели и лучше всего подходят для целей разных цветов на одной производственной линии.

Другой близкий вариант - датчик подавления переднего плана. В основе его работы лежит аналогичный принцип триангуляции, настроенный на игнорирование объектов, расположенных ближе заданного расстояния, и обнаружение всего, что находится дальше этого расстояния. Это применимо в тех случаях, когда датчики могут смотреть через решетку или сетку, или когда необходимо игнорировать препятствия, расположенные близко к датчику. Эти различия важно понимать, чтобы создать хорошее, прочное и надежное решение для зондирования.

Важнейшие критерии выбора для применения в промышленной автоматизации

Выбор датчика должен быть систематическим, чтобы обеспечить оптимальную работу и избежать дорогостоящих ошибок в спецификации. Несмотря на то, что решающими факторами являются подавление энергии и фона, различные рабочие параметры должны быть тщательно оценены с учетом требований конкретного приложения. Тщательный анализ следующих критериев приведет к выбору наиболее подходящей и надежной модели диффузного датчика.

Расстояние срабатывания

Самое основное требование - это дальность обнаружения. Вам необходимо определить, на каком расстоянии, включая возможные отклонения, должен быть виден объект. Всегда выбирайте датчик с максимальной опубликованной дальностью действия, которая адекватно превышает расстояние, на котором он вам нужен. Опубликованные значения дальности часто основаны на идеальной цели (например, белая карта с 90-процентным отражением). На более темных или менее отражающих мишенях эта эффективная дальность будет меньше.

Свойства целевого объекта

Это касается размера цели, цвета и отражающей способности ее поверхности. Цель маленькая? В этом случае потребуется модель, концентрирующая свет в узкой, острой точке, как лазерный датчик. Изменяется ли оттенок? Если линия будет работать с объектами от белого до черного цвета, то, скорее всего, датчик подавления фона - идеальный вариант для обеспечения стабильного считывания. Является ли поверхность блестящей или зеркальной? Это может привести к перегрузке обычного приемника, поэтому могут потребоваться специальные модели.

Экологические соображения

Проверьте температуру окружающей среды, показания относительной влажности (RH) и наличие конденсата. Такие переменные окружающей среды могут повлиять на работу датчика, особенно в неблагоприятных условиях, таких как влажная, пыльная или насыщенная химикатами среда. Примерами таких моделей могут служить модель синего света, когда окружающая среда характеризуется высокой влажностью (RH), или света накаливания, к которому лучше всего подходят эти датчики, и т. д. Посмотрите на уровень защиты датчика IP (Ingress Protection), чтобы убедиться, что он достаточно герметичен в данных условиях.

Аксессуары и управление

Большинство датчиков оснащены вспомогательными устройствами, такими как монтажные кронштейны или внешние потенциометры для регулировки чувствительности. Потенциометр может использоваться для обеспечения большего контроля над диапазоном и чувствительностью датчика в приложениях с особыми потребностями в измерении. Кроме того, датчики могут иметь выходы PNP или NPN, и эти выходы также должны быть совместимы с вашей системой управления.

Скорость реакции

Если речь идет о высокоскоростных приложениях, например, о подсчете мелких деталей, поступающих на быстро движущийся конвейер, частота переключения датчика является ключевым фактором. Вы должны быть уверены, что датчик будет включать/выключать сигнал достаточно быстро, чтобы надежно распознать каждый объект.

Поиск нужного датчика: Почему ваш дистрибьютор запчастей имеет значение

Процесс переноса теоретических знаний в практическую плоскость сопряжен со сложностями на рынке производителей, моделей и спецификаций. Выбрать и приобрести подходящий диффузный датчик может быть довольно сложно, причем процесс выбора и приобретения может быть не менее важен, чем сама техническая оценка. Ошибочная или несвоевременная поставка компонентов может застопорить производственную линию, в то время как неадекватный выбор может привести к постоянному плохому обслуживанию. Здесь проявляется важность стратегического партнера по дистрибуции. Опытный и надежный дистрибьютор будет не просто поставщиком: знающий и надежный дистрибьютор - это продолжение вашего инженерного отдела и отдела закупок.

Преимущество OMCH: Ваш партнер в достижении успеха в автоматизации

Выбор правильного партнера дает конкурентное преимущество, а не просто компонент. В OMCH мы обеспечиваем это преимущество посредством:

• Более 30 лет отраслевого опыта: С 1986 года наш накопленный опыт гарантирует, что вы получите самые надежные и проверенные рекомендации.
• Единая платформа для закупок: Мы предлагаем обширный ассортимент продукции, от датчиков до источников питания и пневматических компонентов, упрощая процесс закупок и обеспечивая совместимость компонентов.
• Индивидуальные решения: Если стандартный продукт не отвечает вашим уникальным потребностям, наши возможности OEM-производства и индивидуального заказа позволяют нам создать для вас идеальное решение.
• Приверженность качеству с международной сертификацией: Вся продукция соответствует мировым стандартам, таким как ISO 9001 и CE. Мы не просто поставщик, мы - ваш надежный эксперт в области решений.

Применение в реальном мире в различных ключевых производственных отраслях

Высокая адаптивность к другим областям применения позволяет использовать диффузные датчики практически в любой сфере. Благодаря простой и компактной конструкции они легко устанавливаются в новое и уже существующее оборудование, а высокий уровень надежности позволяет обнаруживать любые объекты в самых разных условиях.

Диффузные датчики играют важную роль в автоматизации процессов в упаковочной промышленности. Обычно они применяются на конвейерных линиях, где определяют наличие картонных коробок, бутылок или ящиков, инициируя такие действия, как наполнение, укупорка или этикетирование. Например, датчик подавления фона, установленный над конвейером, может последовательно распознавать наличие упаковок разных цветов и размеров, но при этом совершенно не замечать конвейерную ленту, на которой этикетировочная машина будет оставаться выключенной, пока продукт не будет должным образом установлен на место.

Такие датчики очень важны в сфере погрузочно-разгрузочных работ и логистики, когда они используются для сортировки и отслеживания. Автоматизированные складские системы также могут использовать диффузные датчики на пересечениях конвейеров, чтобы убедиться, что один конвейер прошел через перекресток, прежде чем через него пройдет следующий, что позволяет избежать несчастных случаев и обеспечить свободное перемещение товаров. Благодаря быстрому времени отклика они хорошо подходят для подсчета товаров на высокоскоростных сортировочных линиях.

Фокусированные диффузные датчики - одна из отраслей, к которой относится сборка электроники. Датчик с небольшим лазерным фокусом может использоваться для сканирования наличия мельчайших поверхностно-монтируемых устройств (SMD) на печатной плате (PCB), проходящей через сборочную линию. Это простая проверка наличия, которая позволяет избежать попадания дефектной платы на более дорогостоящие этапы производственного процесса.

В деревообработке и мебельном производстве диффузные датчики выполняют функцию обнаружения крупных, обычно разноцветных, материалов. Датчик может быть установлен для определения переднего края деревянной панели, чтобы указать станку на начало резки или сверления. Еще одно преимущество этого датчика заключается в том, что ему не требуется отражатель для работы в пыльных и иногда захламленных помещениях, которые часто встречаются на таких производствах.

Решение общих проблем и устранение неисправностей при настройке датчиков

Даже при тщательном выборе в реальных условиях иногда могут возникать проблемы, влияющие на работу датчиков. Логический подход к поиску и устранению неисправностей позволяет быстро выявить и устранить наиболее распространенные проблемы, свести к минимуму время простоя и обеспечить стабильную работу.

1. Датчик не обнаруживает объекты

Это может быть вызвано рядом факторов, в том числе несоответствующей длиной волны источника света, температурой окружающей среды, выходящей за пределы рабочего диапазона датчика, или загрязнением линзы датчика пылью или влагой. Если на датчике появляется конденсат, очистка линзы для его удаления может помочь устранить проблему. Необходимо убедиться, что используемый датчик имеет расстояние срабатывания, позволяющее определить размер объекта и его отражающую способность. Убедитесь, что слишком большое количество источников света не поглощается поверхностью объекта, что может помешать обнаружению.

2. Ложное срабатывание

При ложных срабатываниях датчик реагирует на отраженный шум от соседних поверхностей. Это наиболее вероятно при высокой влажности или наличии отражающих материалов в окружении, которые могут влиять на возвращение света к датчику. Модель подавления фона или настройка потенциометра чувствительности датчика могут помочь избежать ложных сигналов.

3. Неправильный выходной сигнал (проблема PNP/NPN)

В случае если датчик выдает неправильный выходной сигнал (например, сигнал NPN, а должен быть PNP), обратите внимание на схему подключения. Убедитесь, что тип выхода, обеспечиваемый датчиком, совместим с входными требованиями системы управления. Такое несоответствие может возникнуть, если при установке датчик был неправильно сконфигурирован (например, в переключателях NSwitches используются доступные встроенные конфигурации PNP и NPN).

4. Чрезмерное расстояние или проблемы с дальностью

В приложениях, работающих с мелкими деталями, где есть риск пропустить мелкие объекты, при использовании датчиков с меньшей дальностью обнаружения, чем у объекта, возникнет проблема пропуска объектов, обнаруженных на большем расстоянии. Если датчик не видит объекты на заданном расстоянии, проверьте, достаточно ли мощный отраженный свет и достаточно ли блестящий объект. Глянцевые и темные объекты иногда более сложны в настройке, а иногда требуют совершенно другого датчика.

5. Воздействие окружающей среды: влажность и температура

Высокая относительная влажность (RH) и высокая температура окружающей среды могут оказать серьезное влияние на работу датчика даже в негерметичных датчиках или датчиках с низким классом защиты. Если используемый вами датчик работает в таких условиях, возможно, вам следует использовать датчик со светоотражающим покрытием или датчик с более высоким классом защиты IP, так как он будет более устойчив к таким условиям. В таких случаях рекомендуется использовать датчики, обеспечивающие более высокий уровень защиты от воздействия окружающей среды, или датчики с синим светом, которые слабее работают в условиях повышенной влажности.

Выявление основных причин неисправностей датчиков и их своевременное устранение позволит вам обеспечить бесперебойную работу и надежность систем автоматизации.