Brug avancerede fotoelektriske enheder til at forenkle implementeringen af nærhedssensorer
Bidraget af DigiKeys nordamerikanske redaktører
2024-11-07
Fotoelektriske (PE) sensorer bruges i vid udstrækning til berøringsfri nærhedsmåling i produktions-, industri- og kommercielle systemer på grund af deres effektivitet, robusthed og klare driftsprincipper. Typiske anvendelser omfatter detektering af flasker eller dåser på en højhastighedsproduktionslinje, søgning efter fravær eller tilstedeværelse af en pakke i en forsendelseskasse, kontrol af en åben eller lukket dør eller detektering af menneskelig tilstedeværelse.
PE-nærhedssensorer kan designes til forskellige optiske sensortilstande, og den grundlæggende retro-reflekterende tilgang er et typisk arrangement. På trods af det enkle driftsprincip kan opsætning af en PE-sensor kræve tidskrævende forsøg og fejl for at initialisere, finjustere og optimere konfigurationen og sensoralgoritmen til applikationens specifikationer eller justere den igen til en anden produktionskørsel. Systemdesignere har brug for en mere strømlinet løsning for at undgå den tilknyttede opsætning og forsinkede implementeringer.
Denne artikel giver et kort overblik over det grundlæggende i PE. Derefter introduceres PE-nærhedssensorer fra SICK, Inc. og det vises, hvordan de kan anvendes ved hjælp af en unikt forenklet opsætningsproces.
Grundlæggende om PE-sensing
PE-nærhedsmåling er afhængig af en lyskilde med en tæt fokuseret stråle rettet mod det objekt, der skal registreres. Denne lysstråle bruges derefter på en af tre måder, afhængigt af hvordan den registreres af en modtager (figur 1).
Figur 1: PE-nærhedsaflæsning kan bruge en udsendt lysstråle og en tilsvarende lysfølsom modtager i tre fysiske arrangementer. (Billedkilde: Proximity Switch)
- Ved diffus-reflekterende detektering er sender og modtager anbragt sammen, og detekteringen sker, når lysstrålen fra senderen reflekteres af det pågældende objekt.
- I retroreflekterende detektering er senderen og modtageren også i samme hus, men med reflektoren på den modsatte side af målobjektet.
- Ved through-beam detektering er fotosensoren placeret på den anden side af objektet, og objektet indikerer sin tilstedeværelse ved at blokere lyset fra senderen til modtageren.
PE-nærhedsaflæsning kan også bruges til sikkerhedsformål som f.eks. lysbarrierer eller lysgardiner, hvor disse enheder monteres strategisk og fungerer som sikkerhedsporte (figur 2). Når en forhindring registreres, sender lysbarrieren et signal til en controller eller et hardwired sikkerhedskredsløb, som lukker maskinen ned, hvis forhindringen er uventet eller farlig.
Figur 2: Nærhedsregistrering kan bruges i en sikkerhedsrelateret lysbarriere eller -gardin. (Billedkilde: SICK, Inc.)
PE-detektering er attraktivt, da det bruger et intuitivt driftsprincip og fysisk arrangement. De reflekterende tilgange er også ønskværdige, da de kun kræver en kablet enhed på den ene side, hvilket forenkler installationslogistikken.
Et nyt design og en ny brugergrænseflade løser mange udfordringer
På trods af sin konceptuelle enkelhed kræver PE-nærhedsaflæsning omhyggelig montering, installation og justering i marken. Visuelt støjende miljøer kan være udfordrende og frustrerende for teknikere, og overvejelser om rækkevidde og sigte påvirker ydeevne og konsistens.
PE-detektering bruges ofte sammen med en programmerbar logisk controller (PLC). Ofte skal installatøren opsætte, teste, justere og genteste ved PLC'en, som kan være et stykke væk fra PE-enheden. Desuden kan variationer i belysning, uønskede og skiftende refleksioner og andre forvrængninger i den virkelige verden påvirke ydeevnen og nøjagtigheden.
Problemer, der opstår under produktionskørsler, er særligt irriterende og forværres ofte af, at det haster med at løse dem hurtigt.
For at løse disse problemer udviklede SICK W10-familien af nærhedssensorer (figur 3).
Figur 3: W10-serien leverer komplette, sofistikerede PE-nærhedssensorer i et kompakt, robust kabinet. (Billedkilde: SICK, Inc.)
Enhederne er især bemærkelsesværdige, fordi de er de første af den slags enheder med en berøringsfølsom skærm (figur 4).
Figur 4: Den unikke integrerede berøringsfølsom skærm på W10-enhederne giver en meget bedre brugeroplevelse. (Billedkilde: SICK, Inc.)
Denne skærmgrænseflade er nem at bruge, understøtter hurtig installation og fremskynder tilpasningen til hver enkelt applikation. Den nemme navigation reducerer den tid, det tager at få enheden op at køre, og gør det lettere at justere den under brug til forskellige mål, hastigheder eller uventede problemer. Det eliminerer også behovet for fysiske kontakter, knapper og justeringer på enheden, hvilket forbedrer pålideligheden, indkapslingsintegriteten og sikkerheden.
W10-seriens klasse 1-laserlyskilde leverer nøjagtige detektionsresultater med høj gentagelsesnøjagtighed. Den fokuserede røde laserstråle producerer en lille lysplet på et objekt og kombineres med et hurtigt og præcist modtagerlasertrianguleringssystem og evalueringslinjescanning.
Dette er grundlaget for detektionsresultater med høj gentagelsesnøjagtighed og hurtige beslutninger. I hastighedstilstand er responstiden kun 1,8 millisekunder (ms), så pålidelig skifteadfærd er garanteret selv ved høje maskinhastigheder. LED-indikatorer i to farver giver øjeblikkelig visuel feedback om detektionsstatus. Desuden giver enhederne robust og pålidelig detektering af objekter med forskellige overfladeegenskaber som glans, farve eller struktur.
PE-nærhedssensorerne giver individuelle "teach-in"-muligheder (læring) for specifikke tilpasninger. Ud over den sædvanlige etpunktsindlæring, som registrerer objekter i en defineret afstand, gør en topunktsindlæringstilstand det muligt at registrere objekter i forskellige højder. En manuel tilstand udvider læringsmulighederne og giver endnu mere fleksibilitet. Tre applikationsoptimerede driftstilstande kan aktiveres ved hjælp af displayet for at aktivere forgrunds- eller baggrundsundertrykkelse, hvis det er nødvendigt.
Fra den integrerede berøringsfølsom skærm kan operatøren intuitivt vælge, justere og gemme indstillinger for hastighed, standard- eller præcisionsdriftstilstande, undertrykkelse af omgivelserne, individuelle indlæringsindstillinger, forudkonfigurerede parametre og grænseværdier. W10's unikke sikkerhedslåsefunktion på skærmen beskytter indstillingerne mod tredjepartsadgang.
Brugergrænsefladens fleksibilitet er ikke begrænset til den berøringsfølsom skærm: De samme funktioner kan tilgås via W10 IO-Link-funktionen. Det giver mulighed for fjernkonfiguration og effektiv integration af de registrerede sensordata i et eksisterende automatiseringsnetværk.
Elektriske muligheder og emballage til W10
Den digitale udgang fra W10-sensorenhederne er en vigtig designovervejelse. Enhederne har en justerbar push/pull PNP/NPN-udgangsstruktur. Hvis udgangen er indstillet til PNP, har den et positivt udgangssignal, og sensorens udgang kan levere strøm til et strømslugende indgangskort; hvis sensoren er indstillet til NPN, er udgangssignalet negativt, og udgangen kan levere strøm til tilslutning til et strømslugende indgangskort (figur 5). At have begge muligheder sikrer grundlæggende kompatibilitet på signalniveau med en PLC eller andre systemcontrollere.
Figur 5: W10-enhedernes udgangstrin kan levere både strøm-sink- (øverst) og strøm-source-tilstande (nederst) for at sikre kompatibilitet med det tilhørende PLC. (Billedkilde: www.realpars.com)
Udgangen kan konfigureres til lys eller mørk udgangstilstand (light-on eller dark-on). I lys tilstand vil sensorens output være tændt, når lyset kan nå modtageren, og slukket, når lyset er blokeret. I modsætning hertil vil sensorens output i mørk tilstand være tændt, når lyset er blokeret, og slukket, når lyset når modtageren.
Fysisk indpakning er vigtig, da disse enheder typisk bruges i industrielle omgivelser. W10-enhederne har et robust design med et hus i 316L rustfrit stål og IP67- og IP69k-beskyttelsesklasser. De tilbydes i en 18 × 57 × 42,2 millimeter (mm) pakke og er specificeret til drift i det omgivende temperaturområde på -10 °C til +55 °C.
En af udfordringerne med industrielle sensorer er behovet for at understøtte forskellige enheder i marken eller på fabrikken. Denne virkelighed komplicerer interne lagre og support. Men på grund af W10-seriens fleksibilitet kræver familien kun to karrosserityper (figur 6). Hver af disse har to sensorområder, så der i alt kun er fire forskellige modeller, hvilket forenkler udvælgelsesprocessen.
Figur 6: De funktionelt ens enheder i W10-familien fås i to husformer, hver med to sensorområder. (Billedkilde: (SICK, Inc.))
W10-seriens model 1133545 fås i et rektangulært hus med en standard 1 tommer (in.) hulmontering og en objektafstand på 25 mm til 400 mm, mens den tilsvarende model 1133547 understøtter en objektafstand på 25 mm til 700 mm. Til hybridinstallationer har model 1133544 et M18-monteringshul på 1 tomme med gevind foran eller på siden med en objektafstand på 25 mm til 400 mm, og den tilsvarende W10-model 1133546 har samme kabinet, men med en objektafstand på 25 mm til 700 mm.
Konklusion
W10 PE-sensorenhederne er alsidige, robuste diffuse reflektorløsninger til industrielle anvendelser. Deres avancerede funktioner omfatter branchens første integrerede berøringsfølsom skærm brugergrænseflade, der forenkler installation, opsætning og justering, mens deres sofistikerede algoritmer giver forbedrede muligheder og nøjagtighed.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.