Edistyneiden valosähköisten laitteiden käyttö yksinkertaistaa läheisyysantureiden käyttöönottoa

Valosähköisiä (PE) antureita käytetään laajalti kontaktittomaan läheisyysmittaukseen tuotanto-, teollisuus- ja kaupallisissa järjestelmissä niiden tehokkuuden, kestävyyden ja selkeiden toimintaperiaatteiden vuoksi. Tyypillisiin sovelluksiin kuuluvat esimerkiksi pullojen tai tölkkien tunnistus nopealla tuotantolinjalla, pakkauksen puuttumisen tai läsnäolon tarkistus kuljetuslaatikossa, oven auki- tai kiinniolon tarkistaminen tai ihmisten läsnäolon havaitseminen.

PE-läheisyysantureita voidaan käyttää monissa erilaisissa optisissa mittaustoiminnoissa, joista perustason paluuheijastava lähestymistapa on tyypillinen esimerkki. Vaikka PE-anturin toimintaperiaate on yksinkertainen, sen määritys voi vaatia aikaa vieviä kokeiluja ja erehdyksiä konfiguraation ja mittausalgoritmin alustamiseksi, hienosäätämiseksi ja optimoimiseksi sovelluksen erityispiirteiden mukaan tai uudelleensäätämiseksi eri tuotantoerää varten. Järjestelmäsuunnittelijat tarvitsevat ketterämmän ratkaisun välttääkseen asennus- ja käyttöönottoviiveitä.

Tämä artikkeli tarjoaa lyhyen katsauksen valosähköisten (PE) anturien perusteisiin. Se esittelee sen jälkeen yrityksen SICK, Inc. PE-läheisyysanturit ja kertoo, miten niitä voidaan soveltaa käyttämällä uniikkia yksinkertaistettua asennusprosessia.

PE-mittauksen perusteet

PE-läheisyysmittaus perustuu valonlähteeseen, jonka tarkkaan fokusoitu säde suunnataan tunnistettavaa objektia kohti. Tätä valonsädettä käytetään sen jälkeen jollakin kolmesta eri tavasta riippuen siitä, miten vastaanotin havaitsee sen (kuva 1).

Kuva 1: PE-läheisyysmittauksessa voidaan käyttää lähetettävää valonsädettä ja vastaavaa valoherkkää vastaanotinta kolmella fyysisellä menetelmällä. (Kuvan lähde: Proximity Switch)

• Diffuusioheijastavassa mittauksessa lähetin ja vastaanotin sijaitsevat yhdessä ja mittaus perustuu siihen että lähettimen valonsäde kimpoaa objektista takaisin.
• Paluuheijastavassa mittauksessa lähetin ja vastaanotin ovat myös samassa kotelossa, mutta heijastin sijaitsee kohdeobjektin toisella puolella.
• Yksisuuntaisessa mittauksessa valoanturi sijaitsee objektin toisella puolella, ja objekti ilmaisee läsnäolonsa estämällä lähettimestä vastaanottimeen kulkevan valon.

PE-läheisyysmittausta voidaan käyttää myös turvallisuustarkoituksiin, kuten valopuomeissa tai valoverhoissa, joihin nämä laitteet asennetaan strategisesti ja joissa ne toimivat turvaportteina (kuva 2). Havaittaessa este valopuomi lähettää signaalin ohjaimeen tai kiinteästi johdotettuun turvapiiriin, joka sammuttaa koneen, jos este on odottamaton tai vaarallinen.

Kuva 2: Läheisyysmittausta voidaan käyttää turvallisuuteen liittyvässä valopuomissa tai -verhossa. (Kuvan lähde: SICK, Inc.)

PE-mittaus on houkuttelevaa, koska siinä käytetään intuitiivista toimintaperiaatetta ja fyysistä menetelmää. Heijastavat lähestymistavat ovat suosittuja myös siksi, että niihin tarvitaan johdotettu laite vain yhdellä puolella, mikä yksinkertaistaa asennuslogistiikkaa.

Uusi ratkaisumalli ja käyttöliittymä ratkaisevat monia haasteita

PE-läheisyysmittaus vaatii yksinkertaisesta toimintaperiaatteestaan huolimatta huolellista kenttäasennusta ja -kohdistusta. Visuaalisesti meluisat ympäristöt voivat olla haastavia ja turhauttavia teknikoille, ja etäisyyteen ja kohdistukseen liittyvät näkökohdat vaikuttavat suorituskykyyn ja yhdenmukaisuuteen.

PE-mittausta käytetään usein ohjelmoitavan logiikkaohjaimen (PLC) kanssa. Asentajan täytyy usein suorittaa asennus, testaus, säätö ja uudelleentestaus PLC-ohjaimelle, joka voi sijaita jonkin matkan päässä PE-yksiköstä. Lisäksi valaistuksen vaihtelut, ei-toivotut ja muuttuvat heijastukset sekä muut reaalimaailmassa esiintyvät vääristymät voivat vaikuttaa suorituskykyyn ja tarkkuuteen.

Tuotannon aikana ilmenevät ongelmat ovat erityisen harmittavia, ja niitä pahentaa usein se, että ne on korjattava kiireellä.

SICK kehitti näiden ongelmien ratkaisemiseksi W10-läheisyysanturisarjan (kuva 3).

Kuva 3: W10-sarja tarjoaa valmiita, sofistikoituneita PE-läheisyysantureita kompaktissa ja kestävässä kotelossa. (Kuvan lähde: SICK, Inc.)

Nämä laitteet ovat erityisen huomionarvoisia siksi, että ne ovat ensimmäisiä tällaisia laitteita, joissa on kosketusnäyttö (kuva 4).

Kuva 4: W10-yksiköiden uniikki integroitu kosketusnäyttö tarjoaa huomattavasti paremman käyttökokemuksen. (Kuvan lähde: SICK, Inc.)

Tämä näyttöliittymä on helppokäyttöinen, tukee nopeaa asennusta ja nopeuttaa sovittamista kuhunkin sovellukseen. Helppo navigointi nopeuttaa laitteen käyttöönottoa ja mahdollistaa käytönaikaiset säädöt eri kohteita, nopeuksia tai odottamattomia ongelmia varten. Se poistaa myös laitteesta fyysisten kytkimien, nuppien ja säätöjen tarpeen parantaen luotettavuutta, kotelon eheyttä ja turvallisuutta.

W10-sarjan luokan 1 laservalolähde tarjoaa tarkat mittaustulokset korkealla toistotarkkuudella. Fokusoitu punainen lasersäde tuottaa pienen valopisteen objektissa, ja se yhdistetään vastaanottimen nopeaan ja tarkkaan laserkolmiomittausjärjestelmään ja arviointiviivaskannaukseen.

Tämä luo perustan korkean toistotarkkuuden ja nopeat päätökset mahdollistaville mittaustuloksille. Nopeustilassa vasteaika on vain 1,8 millisekuntia (ms), joten luotettava kytkentäkäyttäytyminen on taattua myös korkeilla konenopeuksilla. Kaksiväriset merkkivaloledit antavat välitöntä visuaalista palautetta mittauksen tilasta. Lisäksi laitteet mahdollistavat myös sellaisten objektien robustin ja luotettavan mittauksen, joilla on erilaisia pintaominaisuuksia, kuten kiilto, väri tai rakenne.

PE-läheisyysanturit tarjoavat yksilöllisiä opetusvaihtoehtoja (teach-in) erityisiä räätälöintitarpeita varten. Tavanomaisen yhden pisteen opettamisen lisäksi, jossa objektit tunnistetaan määritellyltä etäisyydeltä, kahden pisteen opetustila mahdollistaa eri korkeudella sijaitsevien objektien tunnistuksen. Manuaalinen tila laajentaa opetusvaihtoehtoja ja tarjoaa vielä enemmän joustavuutta. Kolme sovellusoptimoitua toimintatilaa voidaan aktivoida näytön kautta etu- tai taustavaimennuksen aktivoimiseksi tarvittaessa.

Käyttäjä voi valita, säätää ja tallentaa intuitiivisesti asetukset nopeus-, vakio- tai tarkkuustoimintatiloille, ympäristön vaimennukselle, yksilöllisille opetusasetuksille, esiasetetuille parametreille ja raja-arvoille integroidun kosketusnäytön kautta. W10-anturin uniikki näytön turvalukitusominaisuus suojaa asetukset kolmansien osapuolten pääsyä vastaan.

Käyttöliittymän joustavuus ei rajoitu kosketusnäyttöön: samoja toimintoja voidaan käyttää W10:n IO-Link-toiminnon kautta. Tämä mahdollistaa etäkonfiguroinnin ja tallennetun anturidatan tehokkaan integroinnin olemassa olevaan automaatioverkkoon.

W10-anturien sähköiset vaihtoehdot ja kotelovaihtoehdot

W10-anturilaitteiden digitaalinen lähtö on tärkeä näkökohta suunnittelussa. Laitteissa on säädettävä push/pull-tyyppinen PNP/NPN-lähtörakenne. Jos anturin lähtö asetetaan PNP-asentoon, sen lähtösignaali on positiivinen, ja lähtö voi syöttää virtaa sitä nielevälle tulokortille. Jos anturi asetetaan NPN-asentoon, lähtösignaali on negatiivinen, ja lähtö voi niellä virtaa sitä syöttävän tulokortin liitäntää varten (kuva 5). Molemmat vaihtoehdot takaavat signaalitason perusyhteensopivuuden PLC-ohjaimien ja muiden järjestelmäohjainten kanssa.

Kuva 5: W10-laitteiden lähtöaste voi käyttää sekä virtanielu- (ylhäällä) että virtalähdetilaa (alhaalla) yhteensopivuuden takaamiseksi siihen kytkettävän PLC-ohjaimen kanssa. (Kuvan lähde: www.realpars.com)

Lähtö voidaan konfiguroida valaistua tai pimeää lähtötilaa varten (päällä valossa tai päällä pimeässä). Valotilassa anturin lähtö kytkeytyy päälle, kun valo saavuttaa vastaanottimen, ja pois päältä, kun valon pääsy vastaanottimelle estyy. Pimeätilassa anturin lähtö sitä vastoin kytkeytyy päälle, kun valon pääsy estyy, ja pois päältä, kun valo saavuttaa vastaanottimen.

Fyysinen kotelointi on tärkeää, koska näitä laitteita käytetään tyypillisesti teollisuusympäristöissä. W10-laitteilla on lujatekoinen rakenne ruostumattoman 316L-teräskotelon ansiosta ja se tarjoaa IP67- ja IP69k-kotelointiluokat. Niitä on saatavilla 18 × 57 × 42,2 millimetrin (mm) kotelossa, ja ne on määritelty käytettäväksi ympäristön lämpötila-alueella −10 °C ... +55 °C.

Teollisuusantureiden haasteisiin kuuluu tarve tukea erilaisia laitteita kentällä ja tehtaassa. Tämä vaikeuttaa yrityksen sisäistä varastonhallintaa ja laitetukea. Tuoteperheeseen tarvitaan kuitenkin vain kaksi kotelomallia W10-sarjan joustavuuden ansiosta (kuva 6). Kumpikin sisältää kaksi mittausaluetta, joten erilaisia malleja on yhteensä vain neljä, mikä yksinkertaistaa valintaprosessia.

Kuva 6: W10-tuotesarjan toiminnallisesti vastaavia laitteita on saatavana kahtena kotelomallina, joista kumpikin sisältää kaksi mittausaluetta. (Kuvan lähde: (SICK, Inc.)

W10-sarjan malli 1133545 on saatavana suorakulmaisessa kotelossa vakiomallisella 1 tuuman (in.) läpiasennuksella ja objektietäisyydellä 25–400 mm, kun taas vastaava malli 1133547 tukee objektietäisyyttä 25–700 mm. Mallissa 1133544 on edessä tai sivulla 1 tuuman kierteellä varustettu M18-kiinnitysreikä hybridiasennuksia varten ja sen objektietäisyys on 25–400 mm. Vastaavassa W10-mallissa 1133546 on sama kotelo, mutta se on tarkoitettu objektietäisyydelle 25–700 mm.

Yhteenveto

W10 PE -anturiyksiköt ovat monipuolisia ja lujatekoisia diffuusioheijastusratkaisuja teollisiin sovelluksiin. Niiden edistyneisiin ominaisuuksiin kuuluu alan ensimmäinen integroitu kosketusnäytöllinen käyttöliittymä, joka helpottaa asennusta, käyttöönottoa ja säätöjä, kun taas niiden sofistikoituneet algoritmit tarjoavat paremmat toiminnot ja tarkkuuden.