産業オートメーションシステムの光ファイバーセンサー
自動化ライン上のコンベアの一部の存在を確認し、照明装置の動作に関する情報を取得し、コンパクトだが効率的な機械を管理します。どこでも、プロセスの制御において最小限のエラーが必要であり、故障した場合には現代の技術プロセスは低品質を許容しないため、将来的に間違いが繰り返されないように、誤動作の原因を知ることが重要です。ここでセンサーが役に立ちます。
磁気センサー、誘導センサー、光電センサー、容量センサーなど、さまざまな種類のセンサーがあり、それぞれに独自の長所と短所があります。太陽光発電は最も用途の広いものの 1 つです。ここにはレーザーと赤外線、単一ビームと反射型があります。ただし、光学センサーには最も幅広い構成オプションがあり、最も届きにくい場所にも最適であるため、光学センサーについて見ていきます。
光センサは、光起電力増幅器と光ヘッド付き光ケーブルのペアのデバイスに分かれています。ケーブルはアンプからの光を通過させます。
原理は簡単です。エミッターとレシーバーは連携して動作します。レシーバーはエミッターが発した光波を検出します。技術的には、このプロセスはさまざまな方法で実行されます。つまり、光波の角度を追跡する、光の量を測定する、または物体までの距離を測定するために光波の戻り時間を測定するなどです。
光源と受光器は、単純にヘッド内に配置することも (拡散または反射ユニット)、または 2 つのヘッド (単一ビーム) として個別に作成することもできます。光ファイバーセンサーヘッドには電子機器が内蔵されており、受信機は光ファイバーを通じて直接電子機器に接続されています。受信波と送信波は、光ネットワークにおける高速データ伝送と同様の方法でファイバ中を伝わります。
この分離の利点は、受信機が測定対象物に設置されることです。光ファイバーケーブルが配線されてアンプに接続されます。アンプは、製造工場の過酷な屋外環境からアンプを保護する特別な制御キャビネット内に収容されています。オプションの選択はさまざまです。アンプはシンプルかつ複雑で、特にロジックおよびスイッチング操作を実行する機能を備えた多機能です。
光ファイバーセンスアンプの基本セットには最小限の電子コンポーネントと機能が備わっており、最も洗練されたものはプラグアンドプレイであり、電子機器は完全にカスタマイズされています。一部のセンサー電子機器は、10 本を超える入力ファイバーを処理できます。もちろん予兆もあります。インジケーターはセンサーが正常に動作しているかどうかを示します。その他の機能もあります。
コントローラのインターフェイスは出力形式によって決まります。センサーのセットアップとアンプのリセットの両方がここで提供されます。出力はノーマルオープン、ノーマルクローズ、コレクタ、エミッタ、プッシュです。接続は多芯ケーブルで行います。プログラミングはボタンまたはポテンショメータを使用して行われます。
オン/オフ遅延、パルス出力、断続信号の除去などのセンサー オプションによってさらなる柔軟性が提供され、生産プロセスの個々の要件に応じてアンプのパラメーターを詳細に設定および調整する際のより大きな自由度が実現します。遅延により作業体の反応を遅らせることができ、信号の中断は作業条件に違反していることの兆候として機能します。すべてがパーソナライズされています。
出力ステータスの LED 表示、または信号と出力状態に関する情報を表示するディスプレイの存在は、現場でのトランスミッタの診断とプログラミングを可能にする高度なオプションです。
変化する環境でより安定した測定を行うには、サンプリング レートと信号フィルタリングを高めたセンサーが適しています。デバイスは依然として低い周波数で動作しますが、 PLC用 役に立つでしょう。オン/オフ遅延は、出力信号と入力信号を一致させるのに役立ちます。
補助ブロックを使用すると、プログラミングの可能性が広がります。たとえば、ガラスなどの特殊な素材を使用するときに測定要素の感度を調整したり、スイッチングポイント間のオフ/オンを切り替えるためのプログラムを作成したりできます。ワークピースの位置を追跡したり、空間内での位置。
光ファイバー ケーブルの利点は、電流ではなく光を伝送することです。さまざまな程度のヘッド感度を備えた、さまざまな材料の構成が可能です。
拡散光ファイバー ケーブルは 1 対のファセットで構成され、一方はアンプに接続され、もう一方はセンシング ヘッドに接続されます。同時に、2 本のケーブルが感知ヘッドに接続されます。1 つは光源用、もう 1 つは電子機器用です。
シングルビーム光ファイバー ケーブルには、それぞれが増幅器に接続され、独自の光学ヘッドを備えた 1 対の同一のケーブルが含まれています。 1 本のケーブルは光の送信に使用され、もう 1 本のケーブルは受信に使用されます。
繊維自体は通常、ガラスまたはプラスチックです。プラスチック — より薄く、より安価で、より柔軟です。ガラスはより強度が高く、高温でも動作します。プラスチックは任意の長さに切断できますが、ガラスは製造段階でのみ切断されます。ファイバー シース — 押し出しプラスチックから耐久性の高いステンレス鋼編組まで。
光学センサーを選択する際に最も重要なことは、適切な光学ヘッドを選択することです。結局のところ、小型部品、静止部品、移動部品などの検出精度は、まさにヘッドの感度に関係します。受光器と発光器は物体に対してどのような角度で配置されますか。許容される分散はどれくらいですか。丸いビームを生成するにはファイバーの丸い束が必要か、それとも水平投影を生成するには延長された束が必要か。
円形ビームについては、拡散ヘッド内ですべての出力ファイバーを半分に、受信ファイバーをもう半分に配置して均一に分岐できます。この設計は一般的ですが、分岐線に対して直角に移動する部品から情報を読み取るときに遅延が発生する可能性があります。
ソースファイバーとレシーバーファイバーの均一な分布により、より均一なビームが得られます。均一なビームにより、波の送受信の影響を均等にすることができ、物体の移動方向に関係なく検出が可能になります。
光学ヘッドの種類、ケーブルの長さ、アンプは光学視距離に大きな影響を与えます。正確な推定値を与えることは困難ですが、メーカーはこれらのデータを示しています。シングルビームセンサーは拡散センサーよりも広い範囲を持ちます。ファイバーが長いほど、射程は短くなります。より優れたアンプ - より強力な信号、より広い範囲。
分散 I/O は産業オートメーションでの使用が増えており、光学センサーからの複数のケーブルを単一のマニホールドに接続することが可能です。
光アンプは多くの場合、スタンドアロンのシングル チャネル DIN レール マウント デバイスで、簡単にパネルに取り付けることができます。唯一の欠点は、個々のアンプからの接続のルーティングです。
コレクタは、複数の光チャネルを 1 つのコントロール センターにグループ化できます。コレクタにはメニュー駆動のディスプレイが装備されており、各チャネルは個別にプログラム可能です。設定されたチャネルは AND / OR ロジックで使用できるため、PLC の制御が大幅に簡素化されます。
光ファイバーの使用は、高い電気ノイズの条件下で動作するシステムで良好に機能します。光ファイバーは電気ノイズを拾わず、電子アンプはキャビネットで保護されています。デバイスの組み立てプロセスにおけるコンベア上の部品の自動検出を備えた小規模な組み立てラインも、非常に有望であり、すでにかなり普及している光センサーの用途です。
異なる方向、異なるサイズ、異なる分散を備えたヘッドにより、センサーのサイズに関係なく、必要な程度の焦点精度を提供できます。これらすべてが制御ロジックと相まって、大きな可能性を広げます。たとえば、1 つのセンサーは組み立てが開始される部品の存在を検出し、2 つ目のセンサーは組み立ての終了を確認します。
また、アプリケーションに関係なく、散乱、距離、サンプリング、設定およびプログラミングに関するオプションなど、ユーザーの要求するアプリケーションに適したパラメータを備えたセンサーとヘッドを選択することが重要です。
唯一の欠点は、ファイバーを過度に曲げることができないことです。もう少し曲げる必要があると、ファイバーに修復不可能な塑性変形が発生し、スループットが低下するか、完全に消失します。許容される曲げ半径は、ファイバの種類、束内のファイバのサイズと分散によって異なります。アプリケーション用のセンサーを選択するときは、これらの特性を考慮する必要があります。