Sensores de fibra óptica em sistemas de automação industrial

Determinar a presença de uma parte do transportador em uma linha automatizada, obter informações sobre o funcionamento de um dispositivo de iluminação, gerenciar uma máquina compacta, mas eficiente.. Em todos os lugares, é necessário um mínimo de erros no controle do processo e, se houver falha ocorra, é importante saber a causa do mau funcionamento, para que os erros não se repitam no futuro, pois os processos tecnológicos modernos não toleram má qualidade. É aqui que os sensores vêm para o resgate.

Existem muitos tipos de sensores: magnéticos, indutivos, fotoelétricos, capacitivos – cada um deles tem suas próprias vantagens e desvantagens. A fotovoltaica é uma das mais versáteis. Aqui estão laser e infravermelho, feixe único e reflexivo. Mas veremos os sensores ópticos, pois eles têm as opções de configuração mais amplas e são ideais até para os locais mais difíceis de alcançar.

O sensor óptico óptico é dividido em um par de dispositivos: um amplificador óptico fotovoltaico e um cabo óptico com cabeçote óptico. O cabo passa a luz do amplificador.

O princípio é simples.Emissor e receptor trabalham juntos: o receptor detecta a onda de luz emitida pelo emissor. Tecnologicamente, esse processo é realizado de diferentes maneiras: rastreando o ângulo de uma onda de luz, medindo a quantidade de luz ou medindo o tempo de retorno de uma onda de luz para medir a distância a um objeto.

A fonte óptica e o receptor podem estar localizados simplesmente na cabeça (unidades difusas ou reflexivas) ou podem ser feitos separadamente - duas cabeças (feixes únicos). A cabeça do sensor de fibra óptica contém os componentes eletrônicos internos, enquanto o receptor é conectado aos componentes eletrônicos por meio de uma fibra óptica. As ondas recebidas e transmitidas viajam pela fibra de maneira semelhante à transmissão de dados em alta velocidade em redes ópticas.

A vantagem dessa separação é que o receptor é instalado no objeto medido. O cabo de fibra ótica é roteado e conectado ao amplificador, que está alojado em um gabinete de controle especial que protege o amplificador do ambiente externo muitas vezes hostil da fábrica. A escolha das opções é variada. Os amplificadores são simples e complexos, em particular multifuncionais, com capacidade de realizar operações lógicas e de comutação.

O conjunto básico de amplificadores sensores de fibra ótica possui um mínimo de componentes eletrônicos e funcionalidades, e os mais sofisticados são plug-and-play, com a eletrônica totalmente customizada. Alguns sensores eletrônicos são capazes de lidar com mais de 10 fibras de entrada. Claro, também há uma indicação. Os indicadores mostram se o sensor está funcionando corretamente. Ele também tem outros recursos.

A interface para o controlador é determinada pelo formato de saída.A configuração do sensor e a reinicialização do amplificador são fornecidas aqui. As saídas são normalmente aberta, normalmente fechada, coletor, emissor, push. As conexões são feitas com um cabo multi-core. A programação é feita usando botões ou simplesmente um potenciômetro.

Flexibilidade adicional é fornecida por opções de sensor como: atraso liga/desliga, saídas de pulso, eliminação de sinais intermitentes, — para obter maior liberdade no detalhamento e ajuste dos parâmetros do amplificador, dependendo dos requisitos individuais do processo de produção. Os atrasos permitem atrasar a reação do corpo de trabalho, os sinais de interrupção servem como um sinal de que as condições de trabalho foram violadas. Tudo é personalizado.

LED de indicação de status de saída ou presença de display com informações sobre sinais e estados de saída são opções avançadas que permitem diagnósticos e programação do transmissor em campo.

Para medições mais estáveis ​​em um ambiente em mudança, um sensor com uma taxa de amostragem aumentada e filtragem de sinal é adequado. Embora o dispositivo ainda opere em baixa frequência, no entanto para CLPs será útil. Os atrasos de ligar/desligar ajudam a combinar os sinais de saída e entrada.

O uso de blocos auxiliares ampliará as possibilidades de programação, por exemplo, você pode ajustar a sensibilidade do elemento de medição ao trabalhar com materiais especiais como vidro ou programas para desligar / ligar entre os pontos de comutação: rastrear a posição da peça de trabalho e seu posicionamento no espaço.

A beleza dos cabos de fibra ótica é que eles transmitem luz em vez de corrente.São possíveis configurações de diferentes materiais, com diferentes graus de sensibilidade da cabeça.

Um cabo de fibra óptica difusa consiste em um par de facetas, uma das quais vai para o amplificador e a outra para a cabeça sensora. Ao mesmo tempo, dois cabos são conectados à cabeça sensível - um para a fonte de luz e outro para os componentes eletrônicos.

Um cabo de fibra óptica de feixe único contém um par de cabos idênticos, cada um conectado a um amplificador e com seu próprio cabeçote óptico. Um cabo é usado para transmitir luz e o outro para receber.

As próprias fibras são geralmente de vidro ou plástico. Plástico — mais fino, mais barato, mais flexível. O vidro é mais forte e pode trabalhar em temperaturas mais altas. O plástico pode ser cortado no comprimento, mas o vidro só é cortado na fase de fabricação. Bainha de fibra - de plástico extrudado a trança de aço inoxidável resistente.

O mais importante ao escolher um sensor óptico é escolher o cabeçote óptico certo. Afinal, é justamente com a sensibilidade do cabeçote que está relacionada a precisão na detecção de peças, sejam elas pequenas, estacionárias ou em movimento. Em que ângulo o receptor e o emissor estarão localizados em relação ao objeto, qual é a dispersão permitida. Se um feixe redondo de fibras é necessário para produzir uma viga redonda ou um feixe estendido para produzir uma projeção horizontal.

Quanto aos feixes circulares, na cabeça difusa eles podem ser ramificados uniformemente com todas as fibras de saída em uma metade e as fibras receptoras na outra. Esse design é comum, mas pode causar um atraso ao ler as informações de uma peça que se move em ângulos retos com a linha de bifurcação.

A distribuição uniforme das fibras da fonte e do receptor resulta em feixes mais uniformes. Feixes uniformes permitem equalizar os efeitos do envio e recebimento de ondas, e a detecção resultará independentemente da direção do movimento do objeto.

O tipo de cabeçote ótico, o comprimento do cabo e o amplificador têm um efeito significativo na distância de visualização ótica. É difícil dar uma estimativa exata, mas os fabricantes indicam esses dados. Um sensor de feixe único tem um alcance mais amplo do que um sensor difuso. Fibras mais longas, alcance mais curto. Melhor amplificador — sinal mais forte, maior alcance.

A E/S distribuída é cada vez mais utilizada na automação industrial e é possível conectar vários cabos de sensores ópticos a um único manifold.

Amplificadores ópticos geralmente são dispositivos de montagem em trilho DIN de canal único autônomos, facilmente montados em painel, e a única desvantagem é o roteamento de conexões de amplificadores individuais.

O coletor pode agrupar vários canais ópticos em um centro de controle: os coletores são equipados com telas acionadas por menus e cada canal é programável individualmente. Os canais configurados podem ser utilizados pela lógica AND/OR, o que simplifica muito o controle do PLC.

A utilização de fibras óticas apresenta bom desempenho em sistemas operando em condições de alto ruído elétrico. As fibras ópticas não captam ruído elétrico e o amplificador eletrônico é protegido por um gabinete. Pequenas linhas de montagem com detecção automatizada de peças em transportadores no processo de montagem de dispositivos é outra aplicação muito promissora e já bastante difundida de sensores ópticos.

Cabeças com orientação diferente, tamanhos diferentes, dispersão diferente para fornecer o grau desejado de precisão de foco, independentemente do tamanho do sensor — tudo isso, junto com a lógica de controle, abre um enorme potencial de possibilidades. Por exemplo, um sensor detecta a presença de uma peça onde começa a montagem e o segundo confirma o final da montagem.

Além disso, independentemente da aplicação, é importante selecionar o sensor e o cabeçote com os parâmetros adequados para a aplicação exigida pelo usuário: em termos de espalhamento, distância, amostragem, opção em termos de configurações e programação.

A única desvantagem é que você não pode dobrar as fibras excessivamente. É necessário dobrar um pouco mais e ocorrerá deformação plástica irreparável das fibras, o rendimento diminuirá ou desaparecerá completamente. O raio de curvatura permitido depende do tipo de fibra e do tamanho e dispersão das fibras no feixe. Essas características devem ser consideradas ao selecionar um sensor para sua aplicação.