חיישני סיבים אופטיים במערכות אוטומציה תעשייתיות
קביעת נוכחות של חלק מהמסוע בקו אוטומטי, קבלת מידע על פעולת מכשיר תאורה, ניהול מכונה קומפקטית אך יעילה.. בכל מקום נדרש מינימום שגיאות בבקרה על התהליך, ואם תקלה מתרחשת, חשוב לדעת את סיבת התקלה, כדי שלא יחזרו על טעויות בעתיד, מכיוון שתהליכים טכנולוגיים מודרניים אינם סובלים איכות ירודה. זה המקום שבו חיישנים באים להציל.
ישנם סוגים רבים של חיישנים: מגנטיים, אינדוקטיביים, פוטואלקטריים, קיבוליים - לכל אחד מהם יש יתרונות וחסרונות משלו. פוטו-וולטאי הוא אחד המגוונים ביותר. הנה לייזר ואינפרא אדום, קרן יחידה ומשקפת. אבל נסתכל על חיישנים אופטיים, שכן יש להם את אפשרויות התצורה הרחבות ביותר והם אידיאליים אפילו למקומות הקשים ביותר לגישה.
החיישן האופטי האופטי מחולק לזוג מכשירים: מגבר פוטו-וולטאי אופטי וכבל אופטי עם ראש אופטי. הכבל מעביר אור מהמגבר.
העיקרון פשוט.פולט ומקלט עובדים יחד: המקלט מזהה את גל האור הנפלט על ידי הפולט. מבחינה טכנולוגית תהליך זה מתבצע בדרכים שונות: מעקב אחר זווית גל אור, מדידת כמות האור או מדידת זמן החזרה של גל אור במטרה למדוד את המרחק לעצם.
המקור האופטי והמקלט יכולים להיות ממוקמים פשוט בראש (יחידות מפוזרות או רפלקטיביות), או שהם יכולים להתבצע בנפרד - שני ראשים (אלומות בודדות). ראש החיישן הסיב האופטי מכיל בתוכו את האלקטרוניקה, בעוד שהמקלט מחובר לאלקטרוניקה ישירות דרך סיב אופטי. הגלים המתקבלים והמשודרים עוברים דרך הסיב באופן דומה להעברת נתונים במהירות גבוהה ברשתות אופטיות.
היתרון של הפרדה זו הוא שהמקלט מותקן על האובייקט הנמדד. כבל סיב אופטי מנותב ומחובר למגבר, אשר נמצא בארון בקרה מיוחד המגן על המגבר מפני הסביבה החיצונית הקשה לעתים קרובות של מפעל הייצור. מבחר האפשרויות הוא מגוון. מגברים הם פשוטים ומורכבים, בפרט רב תפקודיים, עם יכולת לבצע פעולות לוגיקה ומיתוג.
לסט הבסיסי של מגברי חישה סיבים אופטיים יש מינימום של רכיבים אלקטרוניים ופונקציונליות, והמתוחכמים שבהם הם Plug-and-Play, כשהאלקטרוניקה מותאמת לחלוטין. חלק מהמכשירים האלקטרוניים בחיישנים מסוגלים להתמודד עם יותר מ-10 סיבי קלט. כמובן, יש גם אינדיקציה. המחוונים מראים אם החיישן פועל כהלכה. יש לו גם תכונות אחרות.
הממשק של הבקר נקבע לפי פורמט הפלט.גם הגדרת החיישן וגם איפוס המגבר מסופקים כאן. יציאות פתוחות בדרך כלל, סגורות בדרך כלל, אספן, פולט, דחיפה. החיבורים נעשים עם כבל רב ליבות. התכנות נעשה באמצעות כפתורים או פשוט פוטנציומטר.
גמישות נוספת ניתנת על ידי אפשרויות חיישן כגון: השהיית הפעלה/כיבוי, יציאות דופק, ביטול אותות לסירוגין, - כדי להשיג חופש גדול יותר בפירוט והתאמת פרמטרי המגבר בהתאם לדרישות האישיות של תהליך הייצור. עיכובים מאפשרים לך לעכב את התגובה של הגוף העובד, אותות מפריעים משמשים סימן לכך שתנאי העבודה מופרים. הכל בהתאמה אישית.
חיווי LED למצב פלט או נוכחות של תצוגה עם מידע על אותות ומצבי פלט הן אפשרויות מתקדמות המאפשרות אבחון ותכנות של המשדר בשטח.
למדידות יציבות יותר בסביבה משתנה, מתאים חיישן עם קצב דגימה מוגבר וסינון אותות. למרות שהמכשיר עדיין יפעל בתדר נמוך, עם זאת עבור PLCs זה יהיה שימושי. עיכובי הפעלה/כיבוי עוזרים להתאים את אותות הפלט והקלט.
השימוש בלוקים עזר ירחיב את אפשרויות התכנות, למשל, ניתן להתאים את רגישות אלמנט המדידה בעבודה עם חומרים מיוחדים כמו זכוכית או תוכניות לכיבוי/הדלקה בין נקודות מיתוג: מעקב אחר מיקום חומר העבודה ו מיקומו בחלל.
היופי של כבלי סיבים אופטיים הוא שהם מעבירים אור במקום זרם.אפשריות תצורות של חומרים שונים, בדרגות שונות של רגישות ראש.
כבל סיב אופטי מפוזר מורכב מזוג היבטים, שאחד מהם הולך למגבר והשני לראש החישה. במקביל, שני כבלים מחוברים לראש הרגיש - אחד למקור האור, השני לאלקטרוניקה.
כבל סיב אופטי חד-קרן מכיל זוג כבלים זהים, כל אחד מחובר למגבר ובעל ראש אופטי משלו. כבל אחד משמש להעברת אור והשני לקליטה.
הסיבים עצמם הם בדרך כלל זכוכית או פלסטיק. פלסטיק - דק יותר, זול יותר, גמיש יותר. הזכוכית חזקה יותר ויכולה לעבוד בטמפרטורות גבוהות יותר. ניתן לחתוך פלסטיק לאורך, אך זכוכית נחתכת רק בשלב הייצור. מעטפת סיבים - מפלסטיק שחול ועד צמת נירוסטה כבדה.
הדבר החשוב ביותר בבחירת חיישן אופטי הוא לבחור את הראש האופטי הנכון. הרי דווקא עם רגישות הראש קשור הדיוק של זיהוי חלקים, בין אם קטנים, נייחים או נעים. באיזו זווית ימוקמו המקלט והפולט ביחס לעצם, מהו הפיזור המותר. האם נדרשת צרור סיבים עגול כדי לייצר קרן עגולה או צרור מורחב כדי לייצר הקרנה אופקית.
באשר לקורות המעגליות, בראש המפוזר ניתן להסתעף באופן אחיד עם כל סיבי הפלט בחצי אחד והסיבים הקולטים בצד השני. עיצוב זה נפוץ, אך עלול לגרום לעיכוב בעת קריאת מידע מחלק הנע בזוית ישרה לקו ההתפצלות.
הפיזור האחיד של סיבי המקור והמקלט מביא לקורות אחידות יותר. אלומות אחידות מאפשרות לך להשוות את ההשפעות של שליחה וקבלה של גלים, והזיהוי יתברר ללא קשר לכיוון התנועה של האובייקט.
לסוג הראש האופטי, אורך הכבל והמגבר יש השפעה משמעותית על מרחק הצפייה האופטי. קשה לתת הערכה מדויקת, אבל היצרנים מציינים נתונים אלה. לחיישן קרן יחיד יש טווח רחב יותר מאשר חיישן מפוזר. סיבים ארוכים יותר, טווח קצר יותר. מגבר טוב יותר - אות חזק יותר, טווח גדול יותר.
I/O מבוזר נמצא יותר ויותר בשימוש באוטומציה תעשייתית וניתן לחבר מספר כבלים מחיישנים אופטיים לסעפת אחת.
מגברים אופטיים הם לרוב התקנים עצמאיים, חד-ערוציים להרכבה על מסילת DIN, הניתנים בקלות לפאנל, והחיסרון היחיד הוא ניתוב חיבורים ממגברים בודדים.
האספן יכול לקבץ מספר ערוצים אופטיים למרכז בקרה אחד: הקולטים מצוידים בתצוגות מונחות תפריט וכל ערוץ ניתן לתכנות בנפרד. הערוצים המוגדרים יכולים לשמש את ההיגיון AND/OR, מה שמפשט מאוד את השליטה ב-PLC.
השימוש בסיבים אופטיים מתפקד היטב במערכות הפועלות בתנאים של רעש חשמלי גבוה. סיבים אופטיים אינם קולטים רעשים חשמליים והמגבר האלקטרוני מוגן על ידי ארון. פסי ייצור קטנים עם זיהוי אוטומטי של חלקים על מסועים בתהליך הרכבת המכשיר הוא עוד יישום מבטיח מאוד וכבר די נרחב של חיישנים אופטיים.
ראשים בעלי אוריינטציה שונה, גדלים שונים, פיזור שונה כדי לספק את מידת דיוק המיקוד הרצויה, ללא קשר לגודל החיישן - כל זה, יחד עם היגיון הבקרה, פותח פוטנציאל עצום של אפשרויות. לדוגמה, חיישן אחד מזהה נוכחות של חלק שבו מתחילה ההרכבה, והשני מאשר את סיום ההרכבה.
כמו כן, ללא קשר לאפליקציה, חשוב לבחור את החיישן והראש עם הפרמטרים המתאימים לאפליקציה הנדרשת של המשתמש: מבחינת פיזור, מרחק, דגימה, אפשרות מבחינת הגדרות ותכנות.
החיסרון היחיד הוא שאי אפשר לכופף את הסיבים יתר על המידה. יש צורך לכופף קצת יותר ויתרחש עיוות פלסטי בלתי הפיך של הסיבים, התפוקה תקטן או תיעלם לחלוטין. רדיוס הכיפוף המותר תלוי בסוג הסיב ובגודל ופיזור הסיבים בצרור. יש לקחת בחשבון מאפיינים אלה בעת בחירת חיישן עבור היישום שלך.