Využití pokročilých fotoelektrických zařízení ke zjednodušení instalace snímání přiblížení

Fotoelektrické (PE) snímače jsou široce využívány k bezkontaktnímu snímání přiblížení ve výrobních, průmyslových a komerčních systémech díky jejich účinnosti, robustnosti a srozumitelnosti provozních principů. Typické aplikace zahrnují detekci lahví nebo plechovek na vysokorychlostní výrobní lince, vyhledávání nepřítomnosti/přítomnosti balíku v přepravní krabici, kontrolu otevřených nebo zavřených dveří nebo detekci přítomnosti osob.

Fotoelektrické (PE) snímače přiblížení mohou být navrženy pro různé režimy optického snímání, kdy typickým uspořádáním je základní retroreflexní koncepce. Navzdory jednoduchému funkčnímu principu může nastavení PE snímače vyžadovat časově náročnou inicializaci, jemné doladění a optimalizaci konfigurace a algoritmu snímání podle technických údajů aplikace nebo jejich nové nastavení pro jinou produkční sérii metodou pokus-omyl. Systémoví konstruktéři potřebují účinnější řešení, aby se vyhnuli souvisejícímu nastavování a zpožděné instalaci.

Tento článek poskytuje stručný přehled základů fotoelektrického (PE) snímání. Poté představuje fotoelektrické (PE) snímače přiblížení od společnosti SICK, Inc. a ukazuje způsob jejich využití pomocí jedinečného, zjednodušeného postupu nastavení.

Základy fotoelektrického (PE) snímání

Fotoelektrické (PE) snímání přiblížení využívá světelný zdroj s přesně zaostřeným paprskem nasměrovaným na objekt, který má být detekován. Tento světelný paprsek se poté využije jedním ze tří způsobů v závislosti na tom, jak je detekován přijímačem (obrázek 1).

Obrázek 1: fotoelektrické (PE) snímání přiblížení může využívat vysílaný světelný paprsek a odpovídající fotocitlivý přijímač ve třech fyzických uspořádáních. (Zdroj obrázku: Proximity Switch)

• V případě difuzně-reflexního snímání jsou vysílač a přijímač umístěny ve společném pouzdru a k detekci dochází při odrazu světelného paprsku z vysílače od měřeného objektu.
• V případě retroreflexního snímání jsou vysílač a přijímač jsou rovněž umístěny ve společném pouzdru, avšak s reflektorem na vzdálené straně cílového objektu.
• V případě snímání s průchozím paprskem je fotosenzor je umístěn na druhé straně objektu, který indikuje svou přítomnost blokováním světla z vysílače do přijímače.

Fotoelektrické (PE) snímání přiblížení lze využívat také pro bezpečnostní účely, jako jsou světelné závory nebo závěsy, kde jsou tato zařízení namontována strategicky a slouží jako bezpečnostní brány (obrázek 2). Při detekci překážky odešle světelná závora signál do řídicí jednotky nebo pevně zapojeného bezpečnostního obvodu, který vypne stroj, pokud je překážka neočekávaná nebo nebezpečná.

Obrázek 2: snímání přiblížení lze využívat u bezpečnostní světelné závory nebo závěsu. (Zdroj obrázku: SICK, Inc.)

Fotoelektrické (PE) snímání je atraktivní, protože využívá intuitivní provozní princip a fyzické uspořádání. Stejně žádoucí jsou také koncepce reflexního snímání, neboť vyžadují kabelovou jednotku pouze na jedné straně, což zjednodušuje logistiku instalace.

Nová konstrukce a uživatelské rozhraní řeší mnoho problémů

Navzdory své koncepční jednoduchosti vyžaduje fotoelektrické (PE) snímání přiblížení pečlivou montáž, instalaci a vyrovnání. Prostředí zatížená vizuálním šumem mohou být pro techniky náročná a frustrující, přičemž zohlednění rozsahu a cíle ovlivňuje výkon a konzistenci.

Fotoelektrické (PE) snímání se často používá u programovatelného logického automatu (PLC). Instalační technik musí často provádět nastavení, testování, úpravy a nové testování v automatu PLC, který může být instalován v určité vzdálenosti od jednotky PE. Výkon a přesnost mohou být dále ovlivněny změnami osvětlení, nežádoucími a proměnnými odrazy a dalšími zkresleními v reálném prostředí.

Problémy, které se objevují během výroby, jsou obzvláště nepříjemné a často se zhoršují naléhavostí jejich rychlého vyřešení.

S cílem překonání těchto problémů vyvinula společnost SICK snímače přiblížení řady W10 (obrázek 3).

Obrázek 3: produkty řady W10 představují kompletní, sofistikované PE snímače přiblížení v kompaktním, robustním pouzdru. (Zdroj obrázku: SICK, Inc.)

Tyto jednotky stojí za povšimnutí zejména díky tomu, že se jedná o první zařízení tohoto typu s dotykovým displejem (obrázek 4).

Obrázek 4: unikátní integrovaná dotyková obrazovka jednotek W10 poskytuje výrazně lepší uživatelský zážitek. (Zdroj obrázku: SICK, Inc.)

Toto zobrazovací rozhraní nabízí jednoduché použití, rychlou instalaci a snadné přizpůsobení každé aplikaci. Jeho snadná navigace zkracuje čas potřebný k uvedení zařízení do provozu a usnadňuje nastavení během používání s ohledem na různá cílová využití, rychlosti nebo neočekávané problémy. Rovněž odstraňuje potřebu fyzických přepínačů, knoflíků a provádění nastavení na jednotce, čímž se zvyšuje spolehlivost, integrita krytu a zabezpečení.

Laserový světelný zdroj třídy 1 snímačů řady W10 poskytuje přesné výsledky detekce s vysokou opakovací přesností. Zaostřený červený laserový paprsek, který vytváří na cílovém objektu malý světelný bod, je kombinován s rychlým a přesným laserovým triangulačním přijímacím systémem se snímáním vyhodnocovací linie.

Jedná se o základ pro výsledky detekce s vysokou přesností opakování a rychlým rozhodováním. V rychlostním režimu je doba odezvy pouhých 1,8 ms, čímž je zaručeno spolehlivé spínací chování i při vysokých rychlostech stroje. Dvoubarevné LED indikátory poskytují okamžitou vizuální zpětnou vazbu o stavu detekce. Jednotky dále nabízejí robustní a spolehlivou detekci objektů s různými povrchovými vlastnostmi, například lesk, barva nebo struktura.

Fotoelektrické (PE) snímače přiblížení nabízejí individuální možnosti „naučení“ (učení) pro konkrétní instalace. Kromě obvyklého jednobodového učení detekujícího objekty na definovanou vzdálenost, umožňuje dvoubodový režim učení detekci objektů různých výšek. Manuální režim možnosti učení rozšiřuje a nabízí ještě vyšší flexibilitu. Pomocí displeje lze aktivovat tři provozní režimy optimalizované pro danou aplikaci a v případě potřeby aktivovat potlačení popředí nebo pozadí.

Na integrované dotykové obrazovce může operátor intuitivně vybírat, upravovat a ukládat nastavení rychlosti, volby standardního nebo přesného provozního režimu, potlačení okolního prostředí, individuální nastavení učení, předkonfigurovaných parametrů a mezních hodnot. Jedinečná funkce bezpečnostního zámku obrazovky senzorů řady W10 chrání nastavení proti neoprávněnému přístupu.

Flexibilita uživatelského rozhraní není omezena na dotykovou obrazovku: ke stejným funkcím lze přistupovat prostřednictvím funkce W10 IO-Link. Toto řešení otevírá možnost vzdálené konfigurace a efektivní integrace zaznamenaných dat senzorů do stávající sítě automatizace.

Elektrické možnosti a pouzdro snímačů W10

Digitální výstup snímačů W10 je důležitým konstrukčním hlediskem. Jednotky nabízejí nastavitelnou výstupní strukturu s dvojčinnými tranzistory PNP/NPN. Je-li výstup nastaven na typ PNP, má kladný výstupní signál a výstup snímače může být zdrojem proudu pro vstupní kartu odebírající proud; pokud je snímač nastaven na typ NPN, má negativní výstupní signál a je-li výstup připojen ke vstupní kartě jako zdroji proudu, může z ní odebírat proud (obrázek 5). Obě možnosti zajišťují základní kompatibilitu na úrovni signálu s automatem PLC nebo s jinými řídicími jednotkami systému.

Obrázek 5: koncový stupeň jednotek W10 může pracovat jak v režimu proudové zátěže (nahoře), tak i v režimu zdroje proudu (dole), aby byla zaručena kompatibilita s připojeným automatem PLC. (Zdroj obrázku: www.realpars.com)

Výstup lze nakonfigurovat na režim světla nebo tmy (světlo ZAP nebo tma ZAP). V režimu světla bude výstup senzoru zapnutý, je-li světlo schopné dosáhnout do přijímače, a vypnutý, je-li světlo blokováno. Naproti tomu v režimu tmy bude výstup senzoru zapnutý, je-li světlo blokováno, a vypnutý, je-li světlo schopné dosáhnout do přijímače.

Vzhledem k tomu, že tyto jednotky se obvykle používají v průmyslovém prostředí, jejich fyzické pouzdro je důležité. Jednotky řady W10 používají robustní konstrukci s krytem z nerezové oceli 316L a krytím IP67 a IP69k. Jsou nabízeny v pouzru18 × 57 × 42,2 mm a navrženy pro provoz v rozsahu okolních teplot -10 °C až +55 °C.

Jedním z požadavků na průmyslové senzory je potřeba podpory různých jednotek v místě provozu nebo továrně. Tato realita komplikuje vlastní firemní zásoby a podporu. Vzhledem k flexibilitě snímačů řady W10 však tato skupina vyžaduje pouze dvě různá provedení pouzdra (obrázek 6). Každé z nich používá dva snímací rozsahy pro celkový počet pouze čtyř různých modelů, čímž se zjednodušuje proces výběru.

Obrázek 6: funkčně podobné jednotky skupiny W10 jsou k dispozici ve dvou provedeních pouzdra, z nichž každé poskytuje dva snímací rozsahy. (Zdroj obrázku: SICK, Inc.)

Model 1133545 řady W10 je k dispozici v obdélníkovém pouzdru se standardním, 1palcovým montážním otvorem a podporou vzdálenosti objektů 25 mm až 400 mm, zatímco podobný model 1133547 podporuje vzdálenost objektů 25 mm až 700 mm. Model 1133544 určený pro hybridní instalace je opatřen 1palcovým závitovým otvorem M18 pro přední nebo boční montáž a podporou vzdáleností objektů 25 mm až 400 mm, zatímco odpovídající model 1133546 řady W10 je opatřen stejným krytem, avšak s podporou vzdálenosti objektů 25 mm až 700 mm.

Závěr

Fotoelektrické (PE) senzorové jednotky řady W10 poskytují všestranná, robustní řešení s difuzním reflektorem pro průmyslové aplikace. Jejich pokročilé funkce zahrnují první integrované uživatelské rozhraní s dotykovou obrazovkou ve svém oboru, které zjednodušuje instalaci, konfiguraci a nastavení, zatímco jejich sofistikované algoritmy poskytují vylepšené možnosti a přesnost.