Sensores de fibra óptica en sistemas de automatización industrial
Determinar la presencia de una parte del transportador en una línea automatizada, obtener información sobre el funcionamiento de un dispositivo de iluminación, administrar una máquina compacta pero eficiente.. En todas partes se requiere un mínimo de errores en el control del proceso, y si falla ocurre, es importante conocer la causa del mal funcionamiento, para que los errores no se repitan en el futuro, porque los procesos tecnológicos modernos no toleran la mala calidad. Aquí es donde los sensores vienen al rescate.
Hay muchos tipos de sensores: magnéticos, inductivos, fotoeléctricos, capacitivos; cada uno de ellos tiene sus propias ventajas y desventajas. La fotovoltaica es una de las más versátiles. Aquí hay láser e infrarrojos, de un solo haz y reflectantes. Pero nos fijaremos en los sensores ópticos, ya que tienen las opciones de configuración más amplias y son ideales incluso para los lugares más difíciles de alcanzar.
El sensor óptico óptico se divide en un par de dispositivos: un amplificador fotovoltaico óptico y un cable óptico con cabezal óptico. El cable pasa la luz del amplificador.
El principio es simple.Emisor y receptor trabajan juntos: el receptor detecta la onda de luz emitida por el emisor. Tecnológicamente, este proceso se lleva a cabo de diferentes maneras: rastreando el ángulo de una onda de luz, midiendo la cantidad de luz o midiendo el tiempo de retorno de una onda de luz para medir la distancia a un objeto.
La fuente óptica y el receptor se pueden ubicar simplemente en la cabeza (unidades difusas o reflectantes), o se pueden hacer por separado: dos cabezas (haces simples). El cabezal del sensor de fibra óptica contiene la electrónica en su interior, mientras que el receptor está conectado a la electrónica directamente a través de una fibra óptica. Las ondas recibidas y transmitidas viajan a través de la fibra de manera similar a la transmisión de datos de alta velocidad en las redes ópticas.
La ventaja de esta separación es que el receptor se instala en el objeto medido. El cable de fibra óptica se enruta y conecta al amplificador, que se aloja en un gabinete de control especial que protege al amplificador del entorno exterior, a menudo riguroso, de la planta de fabricación. La elección de opciones es variada. Los amplificadores son simples y complejos, en particular multifuncionales, con la capacidad de realizar operaciones lógicas y de conmutación.
El conjunto básico de amplificadores de sentido de fibra óptica tiene un mínimo de componentes electrónicos y funcionalidad, y los más sofisticados son plug-and-play, con la electrónica completamente personalizada. Algunos sensores electrónicos son capaces de manejar más de 10 fibras de entrada. Por supuesto, también hay una indicación. Los indicadores muestran si el sensor está funcionando correctamente. También tiene otras características.
La interfaz para el controlador está determinada por el formato de salida.Tanto la configuración del sensor como el restablecimiento del amplificador se proporcionan aquí. Las salidas son normalmente abiertas, normalmente cerradas, colector, emisor, empujar. Las conexiones se realizan con un cable multinúcleo. La programación se realiza mediante botones o simplemente un potenciómetro.
Las opciones de sensor proporcionan una flexibilidad adicional como: retardo de encendido/apagado, salidas de pulsos, eliminación de señales intermitentes, — para lograr una mayor libertad para detallar y ajustar los parámetros del amplificador según los requisitos individuales del proceso de producción. Los retrasos le permiten retrasar la reacción del cuerpo de trabajo, las señales de interrupción sirven como una señal de que se violan las condiciones de trabajo. Todo es personalizado.
La indicación LED del estado de salida o la presencia de una pantalla con información sobre señales y estados de salida son opciones avanzadas que permiten el diagnóstico y la programación del transmisor en el campo.
Para mediciones más estables en un entorno cambiante, es adecuado un sensor con una mayor frecuencia de muestreo y filtrado de señales. Aunque el dispositivo seguirá funcionando a baja frecuencia, no obstante para PLC será útil. Los retardos de encendido/apagado ayudan a hacer coincidir las señales de salida y entrada.
El uso de bloques auxiliares ampliará las posibilidades de programación, por ejemplo, puede ajustar la sensibilidad del elemento de medición cuando se trabaja con materiales especiales como vidrio o programas para apagar/encender entre puntos de conmutación: seguimiento de la posición de la pieza de trabajo y su posicionamiento en el espacio.
La belleza de los cables de fibra óptica es que transmiten luz en lugar de corriente.Son posibles configuraciones de diferentes materiales, con diferentes grados de sensibilidad de la cabeza.
Un cable de fibra óptica difusa consta de un par de facetas, una de las cuales va al amplificador y la otra al cabezal sensor. Al mismo tiempo, se conectan dos cables al cabezal sensible: uno para la fuente de luz y el otro para la electrónica.
Un cable de fibra óptica de un solo haz contiene un par de cables idénticos, cada uno conectado a un amplificador y con su propio cabezal óptico. Un cable se utiliza para transmitir luz y el otro para recibir.
Las fibras en sí suelen ser de vidrio o plástico. Plástico: más delgado, más barato, más flexible. El vidrio es más fuerte y puede funcionar a temperaturas más altas. El plástico se puede cortar a medida, pero el vidrio solo se corta en la etapa de fabricación. Revestimiento de fibra: desde plástico extruido hasta malla de acero inoxidable de alta resistencia.
Lo más importante a la hora de elegir un sensor óptico es elegir el cabezal óptico adecuado. Después de todo, es precisamente con la sensibilidad del cabezal que se relaciona la precisión de detección de piezas, ya sean pequeñas, estacionarias o en movimiento. ¿En qué ángulo se ubicarán el receptor y el emisor en relación con el objeto, cuál es la dispersión permisible? Si se requiere un haz redondo de fibras para producir una viga redonda o un haz extendido para producir una proyección horizontal.
En cuanto a los haces circulares, en la cabeza difusa se pueden ramificar uniformemente con todas las fibras de salida en una mitad y las fibras receptoras en la otra. Este diseño es común, pero puede causar un retraso al leer la información de una parte que se mueve en ángulo recto con la línea de bifurcación.
La distribución uniforme de las fibras fuente y receptora da como resultado haces más uniformes. Los haces uniformes le permiten igualar los efectos de enviar y recibir ondas, y la detección resultará independientemente de la dirección de movimiento del objeto.
El tipo de cabeza óptica, la longitud del cable y el amplificador tienen un efecto significativo en la distancia de visualización óptica. Es difícil dar una estimación exacta, pero los fabricantes indican estos datos. Un sensor de haz único tiene un rango más amplio que un sensor difuso. Fibras más largas, rango más corto. Mejor amplificador: señal más fuerte, mayor alcance.
Las E/S distribuidas se utilizan cada vez más en la automatización industrial y es posible conectar varios cables desde sensores ópticos a un único colector.
Los amplificadores ópticos suelen ser dispositivos independientes de montaje en riel DIN de un solo canal, fáciles de montar en panel, y el único inconveniente es el enrutamiento de las conexiones de los amplificadores individuales.
El colector puede agrupar múltiples canales ópticos en un centro de control: los colectores están equipados con pantallas controladas por menús y cada canal es programable individualmente. Los canales configurados pueden ser utilizados por la lógica AND/OR, lo que simplifica enormemente el control del PLC.
El uso de fibras ópticas funciona bien en sistemas que funcionan en condiciones de alto ruido eléctrico. Las fibras ópticas no captan ruido eléctrico y el amplificador electrónico está protegido por un gabinete. Las pequeñas líneas de montaje con detección automatizada de piezas en transportadores en el proceso de montaje de dispositivos es otra aplicación muy prometedora y ya bastante extendida de sensores ópticos.
Cabezales con diferente orientación, diferentes tamaños, diferente dispersión para proporcionar el grado deseado de precisión de enfoque, independientemente del tamaño del sensor, todo esto, junto con la lógica de control, abre un enorme potencial de posibilidades. Por ejemplo, un sensor detecta la presencia de una pieza donde comienza el ensamblaje y el segundo confirma el final del ensamblaje.
Además, independientemente de la aplicación, es importante seleccionar el sensor y el cabezal con los parámetros adecuados para la aplicación requerida por el usuario: en términos de dispersión, distancia, muestreo, opción en términos de configuración y programación.
El único inconveniente es que no puedes doblar las fibras en exceso. Es necesario doblar un poco más y se producirá una deformación plástica irreparable de las fibras, el rendimiento disminuirá o desaparecerá por completo. El radio de curvatura permitido depende del tipo de fibra y del tamaño y dispersión de las fibras en el haz. Estas características deben tenerse en cuenta al seleccionar un sensor para su aplicación.