Автоматизированная система управления транспортными конвейерами участка производства шампанского

ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

11. Фотоэлектрические датчики

В этом разделе даны технические характеристики основных типов фотоэлектрических датчиков, выпускаемых международной корпорацией Omron.

Датчики Omron сочетают в себе две важнейшие характеристики: высокий уровень надежности и низкий уровень цен при использовании новейших достижений науки, техники и технологий. Многие из этих достижений принадлежат специалистам корпорации, занимающимся разработками продукции.

Фотоэлектрические датчики могут быть применены практически во всех отраслях промышленности. Они используются как своеобразные бесконтактные выключатели для подсчета, обнаружения, позиционирования и других задач на любой технологической линии. Большое распространение фотодатчики получили не только в производственной области, но и в бытовом хозяйстве. Одним словом везде, где требуется автоматическое управление.

Метод обнаружения

По методу обнаружения объекта фотодатчики Omron подразделяются на 4 основные группы.

Пересечение луча (Through-beam)

В этом методе передатчик (Emitter) и приемник (Receiver) разделены по разным корпусам, что позволяет устанавливать их против друг друга на рабочем расстоянии. Принцип работы основан на том, что передатчик постоянно посылает световой луч, который принимает приемник. Если световой сигнал прекращается вследствие перекрытия сторонним объектом, приемник немедленно реагирует, меняя состояние выхода.

Отражение от рефлектора (Retroreflective)

В этом методе приемник и передатчик находятся в одном корпусе. Напротив датчика устанавливается рефлектор (отражатель). Посылаемый передатчиком световой сигнал, отражаясь от рефлектора, попадает в приемник. Если световой сигнал прекращается, приемник немедленно реагирует, меняя состояние выхода.

Отражение от объекта (Diffuse reflective)

В этом методе приемник и передатчик находятся в одном корпусе. Во время рабочего состояния датчика все объекты, попадающие в его рабочую зону становятся своеобразными рефлекторами. Как только световой луч, отразившись от объекта попадает на приемник, тот немедленно реагирует, меняя состояние выхода.

Фиксированное отражение от объекта (Definite reflective)

В этом методе приемник и передатчик находятся в одном корпусе. Эти датчики имеют два режима работы: «нормальный» и «зона». Принцип действия при «нормальном» режиме такой же, как и у «отражения от объекта», но более чутко реагирующий на отклонение от настройки на объект. Например, возможно детектирование вздутой пробки на бутылке с кефиром, неполное наполнение вакуумной упаковки с продуктами и т.д. При работе в режиме «зона» можно ограничить границы реагирования на объекты в пределах рабочего расстояния.

Назначение датчиков.

По своему назначению фотодатчики делятся на две основные группы: общего применения и специальные. К специальным относятся типы датчиков, предназначенные для решения более узкого круга задач. К примеру, обнаружение цветной метки на объекте, обнаружение контрастной границы, наличие этикетки на прозрачной упаковке и т.д. В некоторых типах датчиков существуют конкретные модели, относящиеся к специальной группе. Поэтому в разных группах может быть упомянут один и тот же тип.

Фотодатчики могут излучать свет в инфракрасном, красном или зеленом спектре. Выходной управляющий сигнал датчика работает по принципу "да" / "нет". Задача датчика обнаружить объект на расстоянии. Это расстояние варьируется в пределах 0,3мм-50м, в зависимости от выбранного типа датчика и метода обнаружения. Выходной сигнал датчиков может быть транзисторным, тиристорным или контакт-реле (типовые схемы подключения приведены ниже).

Конструктивные особенности

Основная часть типов фотоэлектрических датчиков Omron выполнена в прямоугольных корпусах: металлических или пластиковых. Они могут быть "вертикального" исполнения или "горизонтального", в зависимости от расположения оптической системы на корпусе датчика. Некоторые типы имеют подковообразную форму корпуса или цилиндрическую, которая в свою очередь делится на "осевую" и "радиальную"

- Цилиндрическая форма

- Прямоугольная форма

- Подковообразная форма

Цилиндрическая форма Прямоугольная форма Подковообразная форма

Рис. 2. Типы датчиков

Оптоволоконные датчики

В отдельную группу по своим конструктивным особенностям можно выделить типы датчиков с оптоволокном (рис 3.). В этом случае электрическая часть датчика находится в доступном и безопасном месте, а приемник и передатчик вынесены непосредственно в зону детектирования. Они передают световой сигнал к усилителю по оптоволоконному кабелю. В этих типах также существуют все методы обнаружения. Фотодатчики с оптоволокном незаменимы при решении задач обнаружения в труднодоступных местах и зонах с тяжелыми условиями окружающей среды, а благодаря миниатюрности такой оптической системы возможно обнаружение объектов до 0,012мм в диаметре. К тому же выход из строя чувствительного элемента в тяжелых условиях работы незначительно влияет на стоимость восстановления датчика. Один усилительный блок работает с множеством оптических кабелей, различающихся и по методу обнаружения и по конструктивным особенностям, так что вам не потребуется менять весь датчик при изменении задачи управления.

Рис. 3. Оптоволоконные датчики

Большинство типов фотодатчиков Omron имеет варианты способа подключения. Либо это встроенный электрический провод (стандартно 2м или 0,5м), либо резьбовой разъем или подключение на клеммы под винт Также почти все основные типы имеют класс защиты от окружающей среды IP67, что практически позволяет им работать под струями воды.

Стандартный объект (Standart detectable object type)

Для всех датчиков в характеристиках приведено описание стандартного объекта обнаружения: его размеры и цвет - белый, матовый. Это совсем не означает, что другие объекты данный тип датчиков не обнаруживает. Просто все остальные параметры характеристики датчика приведены применительно к стандартному объекту обнаружения и любое отклонение от него ведет к изменению, каких либо параметров. Например, смещение цвета объекта к более темному уменьшает рабочую дистанцию.

PNP

NPN

Рис. 4.Типовые схемы подключения (PNP и NPN).

Для детектирования прохождения бутылки по транспортерам конвейера используются датчики фирмы OMRON серии E3Z-B. Данные датчики выбраны потому что данная серия специально предназначена для детектирования полупрозрачных объектов, в данном случае стеклянные бутылки.

12. Описание датчиков фирмы OMRON серии E3Z-B

Рис. 5. Фотоэлектрический датчик компании OMRON серии Е3Z-B

Один из типов фотоэлектрических датчиков серии E3Z Специальный тип для обнаружения объектов из прозрачного материала методом "отражение от рефлектора". Идеален для детектирования бутылок объеме от 500мл до 2л. Имеет подстройку чувствительности. Хорошо видимый луч красного цвета облегчает настройку.

Таблица 4

Технические характеристики Фотоэлектрический датчик компании OMRON серии Е3Z-B

Метод детектирования Отражение от рефлектора

Рабочая дистанция 500mm / 2m (выбором модели)

Спектр излучения красный

Габаритные размеры (мм) 20 x 30 x 10 (вертикальное исполнение)

Напряжение питания 12-24 VDC

Потребляемый ток 30mA

Управляющий выход открытый коллектор 100 mA,

PNP или NPN (выбором модели) NO / NC (переключатель)

Защита цепей защита от короткого замыкания нагрузки

защита от переполюсовки питания

Быстродействие 1мс

Наличие таймера нет

Подстройка дистанции срабатывания Винт на корпусе

Способ подключения Встроенный провод (2m или 500mm)

Разъем М8

Условия эксплуатации от -25°С до 55°С при 35% - 85% влажности

Класс защиты по воде и пыли IP67

13. Частотные преобразователи

Частотные преобразователи предназначены для регулирования частоты вращения вала АД, изменяя скорость в широких пределах. Частотные преобразователи, получившие широкое распространение, являются инверторами напряжения, хотя ещё также существуют и используются инверторы тока. Это объясняется тем, что инверторы напряжения могут работать в многодвигательном приводе, и, самое главное, имеют более широкий диапазон изменения выходной частоты. Последнее обстоятельство открывает дорогу данным устройствам не только в производственную, но и в коммунальную сферу, где, например, нагрузка на водопровод крайне неравномерная. Частотные преобразователи помогают эффективно решить проблему необоснованного перерасхода – когда давление в трубах нормализуется, инвертор автоматически снижает момент на валу насоса, экономя при этом до 30 % энергии. В промышленности при производстве на конвейерах так же часто используются частотные преобразователи для управления транспортерами конвейера. В результате чего достигается синхронизация работы двигателей транспортера, а вследствие и всего конвейера, экономия электроэнергии и повышение производительности конвейера.