اتوماسيون صنعتي

پرده نوري ايمني يا Safety Light Curtain، يك ابزار گسترده‌اي است كه به عنوان وسيله‌اي براي حفظ ايمني و محافظت از پرسنل در سراسر جهان مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين تكنولوژي كه بيش از ۷۰ سال پيش معرفي شده است، هنوز هم كاربردهاي فراواني دارد كه به نظر مي‌رسد همچنان از قابليت‌ها و امكانات آن بهره‌مند نشده است. در اين مقاله، تأثيرات پرده‌هاي نوري ايمني بر ايمني ماشين‌آلات، كنترل كارخانه و بهره‌وري را بررسي خواهيم كرد و قابليت‌ها و امكانات آن را مورد بررسي قرار مي‌دهيم.

اگرچه بسياري از افراد پرده نوري ايمني را به سادگي به عنوان يك دستگاه روشن/خاموش مي‌پندارند كه تنها به عنوان يك پرده محافظ نصب مي‌شود و بعد از آن فراموش مي‌شود، اما واقعيت اين است كه پرده‌هاي نوري به گسترده‌ترين شكل ممكن ساخته شده‌اند. آن‌ها مي‌توانند انعطاف‌پذيري و كاركردهاي مختلفي داشته باشند و با شبكه‌هاي محلي كارخانه ادغام شده و در اتوماسيون سراسر كارخانه بهترين عملكرد را ارائه دهند.

در حال حاضر، استاندارد EN ISO 13855 به عنوان استاندارد جامع براي موقعيت‌دهي سيستم‌هاي پرتوئي نور ايمني شناخته شده است و در تعيين خصوصيات فيزيكي مورد نياز به شما كمك خواهد كرد. همچنين مواردي از قبيل درجه‌بندي IP، مصرف جريان، نشانگرهاي بصري و ديگر ويژگي‌ها نيز وجود دارند كه در اينجا به آن‌ها پرداخته نشده است.

يكي از نكات اساسي در هر كاربرد ايمني، تعيين خطراتي است كه قصد داريد در برابر آنها محافظت ايجاد كنيد و فضايي كه در آن عمل مي‌كنند. به عنوان مثال، استفاده از پرده نوري آتونيكس با محدوده اسكن مناسب اطمينان حاصل مي‌كند كه سيستم بهترين عملكرد را در كاربردهاي خاص ارائه مي‌دهد، برخي از دستگاه‌ها ممكن است براي محافظت از سطوح بزرگ نياز به پرتوهاي با توان بالا داشته باشند، در حالي‌كه برخي ديگر براي حفاظت از نقاط خاص ممكن است به پرتوهاي مختص به اين نقاط نياز داشته باشند.

علاوه بر اين، ارتفاع يك سيستم پرتو نور ايمني بايد بر اساس خطر مورد نظر انتخاب شود. اين تعيين ارتفاع بايد بر اساس انتظارات نسبت به نقاط مختلف كاربردي، مثل محافظت پوينت يا محافظت از دسترسي، صورت گيرد. در نهايت، توجه به ويژگي‌هايي مانند محدوده اسكن، درجه‌بندي IP، مصرف جريان و نشانگرهاي بصري نيز از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.

سنسورهاي نوري، نوعي ديگر از سنسورهاي مجاورتي هستند كه بر اساس ارسال و دريافت نور مدوله شده عمل مي‌كنند. نور مدوله شده در اين سنسورها پالس‌هايي با فركانس ميانگين ۳۰ تا ۵ kHz دارد و استفاده از آن سبب افزايش رنج تشخيص سنسور و كاهش تأثير نور محيط بر آن مي‌شود. اين نور مي‌تواند در طيف نور از سبز تا نامرئي مادون قرمز باشد.

در بيشتر مواقع، براي ساخت سنسورهاي نوري از نور مادون قرمز با طول موج ۸۸۰mm استفاده مي‌شود. دليل اين انتخاب كاهش تداخل نور مادون قرمز با نور محيط و افزايش فاصله سوئيچينگ سنسور است. بر روي اين سنسورها يك پتانسيومتر نيز براي تنظيم حساسيت نصب مي‌شود. اين سنسورها به سه دسته سنسورهاي نوري يك‌طرفه (Diffuse)، سنسورهاي نوري رفلكتوري (Retro-reflection) و سنسورهاي نوري دوطرفه (Through Beam) تقسيم مي‌شوند.

سنسورهاي نوري يك‌طرفه (Diffuse):
در اين سنسورها، نور مدوله شده توسط فرستنده مستقيماً در فضا پخش مي‌شود و در صورت برخورد با موانع، به صورت مستقيم و يا غيرمستقيم منعكس مي‌شود. اين سنسورها به وسيله يك كيس كه بخش فرستنده و گيرنده در آن قرار دارند، عمل مي‌كنند.

سنسورهاي نوري رفلكتوري (Retro-reflection):
در اين نوع سنسورها، نور مدوله شده ارسالي توسط فرستنده از رفلكتوري كه در مقابل سنسور قرار دارد، منعكس مي‌شود. در صورت وجود موانع در مسير انعكاس نور، سنسور اين موانع را تشخيص داده و وضعيت خروجي را تغيير مي‌دهد.

سنسورهاي نوري دوطرفه (Through Beam):
در اين نوع سنسورها، فرستنده و گيرنده مجزا از يكديگر قرار دارند. نور مدوله شده توسط فرستنده ارسال شده و توسط گيرنده در مقابل آن دريافت مي‌شود. درصورت وجود موانع در مسير انعكاس نور، سنسور اين موانع را تشخيص داده و خروجي را تغيير مي‌دهد. سنسور نوري آتونيكس داراي بيشترين فاصله سوئيچينگ بين انواع سنسورهاي نوري است، حدود ۱۰۰ متر يا بيشتر.

پنل متر، يك ابزار كارآمد و با كارايي بالا است كه براي نمايش و كنترل متغيرهاي آنالوگ مانند ولتاژ، جريان، فركانس و سرعت در دستگاه‌هاي مختلف به كار مي‌رود. اين ميترها و ترمومترها براي اندازه‌گيري و نمايش مقادير فيزيكي و الكتريكي مختلف استفاده مي‌شوند و معمولاً بر روي تابلوها و تجهيزات صنعتي نصب مي‌شوند. انواع مختلفي از پنل ميترها وجود دارند كه از جمله آن‌ها مي‌توان به پنل ميتر دما، پنل ميتر ولتاژ، پنل ميتر جريان، پنل ميتر توان الكتريكي و پنل ميتر وزن اشاره كرد كه از رايج‌ترين انواع در صنعت اتوماسيون مي‌باشند.

در كل، پنل ميتر وظيفه اصلي دريافت سيگنال ورودي و تبديل آن به مقدار قابل نمايش پارامتر فيزيكي دارد. ورودي پنل ميترها معمولاً شامل ولتاژ، جريان، مقاومت يا شار است و اين سيگنال‌ها از طريق سنسورها به پنل ميتر منتقل مي‌شوند و پس از آن به مقادير پارامتر فيزيكي مربوطه تبديل مي‌شوند. بسياري از پنل ميترها از خروجي‌هاي مختلفي برخوردارند كه مي‌توانند به عنوان يك كنترلر ساده نيز عمل كنند.

اين دستگاه‌ها داراي ترمينال‌هاي مختلفي براي اتصال به برق تغذيه خود، سيم‌هاي CT براي اندازه‌گيري جريان فازها و اتصال هر سه فاز براي اندازه‌گيري ولتاژ هستند. با اتصال اتصالات مربوطه، اين دستگاه قادر خواهد بود تمام اطلاعات مورد نياز را نمايش دهد.

نمايشگرها از نظر امكانات متفاوت هستند، برخي از آن‌ها قابليت نمايش جريان ولتاژ سه فاز و يا تك فاز و نمايش جريان مصرفي سه فاز مدار را دارند. بعضي از نمايشگرها همچنين قابليت اندازه‌گيري فركانس را نيز دارند. بنابراين، انتخاب دستگاه مناسب بايد با توجه به نيازهاي خاص خود انجام شود.

پنل متر آتونيكس يكي از تجهيزات استفاده شده در سيستم‌هاي اتوماسيون صنعتي است كه سيگنال آنالوگ ورودي را به صورت آنالوگ يا ديجيتال نشان مي‌دهد. اين ميترها علاوه بر نمايش سيگنال ورودي، قابليت ارسال خروجي آلارم و آنالوگ را نيز دارند و مي‌توانند اطلاعات را به كامپيوترها منتقل كنند. آن‌ها مقادير ورودي را به صورت نمونه‌برداري ولتاژي يا جرياني دريافت مي‌كنند كه اين مقادير در واقع نمايانگر مقادير اندازه‌گيري شده توسط سنسورها در فرآيند هستند.

تايمر صنعتي به عنوان يك عنصر اساسي در مدارهاي الكتريكي، در صنايع مختلف كاربردهاي گسترده‌اي دارد. اين واحد به منظور زمان‌بندي جريان برق و كنترل آن به كار مي‌رود. در زمينه‌هاي مدارهاي فرمان و اتوماسيون، تايمر صنعتي به منظور راه‌اندازي خودكار دستگاه‌ها و تجهيزات، همچنين شروع و كنترل فرآيندهاي صنعتي به كار مي‌رود. اين مقاله به بررسي كاربردها و انواع مختلف تايمر صنعتي مي‌پردازد و به حالت‌هاي كاري (Mode) آن مي‌پردازد.

تايمر آتونيكس از نظر شكل ظاهري و روش كاركرد به دو دسته تقسيم مي‌شوند: تايمر صنعتي آنالوگ و تايمر صنعتي ديجيتال. در ادامه، هر يك از اين دسته‌ها به طور مفصل بررسي مي‌شود.

- تايمر صنعتي آنالوگ:
- اين نوع تايمر عمدتاً زمان سپري شده را نمايش نمي‌دهد؛ با اين حال، از طريق نمايشگرهاي خود، وضعيت تايمر را در حين زمان‌سنجي يا پايان آن نمايان مي‌كند.

- تايمر صنعتي ديجيتال:
- تايمرهاي ديجيتال امكان مشاهده زمان سپري شده را دارند و اين زمان قابل تنظيم است. اين نوع تايمر نسبت به تايمرهاي الكتريكي، با دقت بيشتر عمل مي‌كند.

در شرايطي كه نياز به حفظ دما در محدوده ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتي‌گراد وجود دارد، از يك سيستم هيتر به منظور افزايش دما استفاده مي‌شود. در اين فرآيند، از يك دماسنج براي دقيق‌ترين اندازه‌گيري دما بهره مي‌گيريم. اما، چگونه مي‌توان هيتر را با روش كنترل on/off مديريت كرد؟ يكي از روش‌هاي معمول براي اين منظور، استفاده از رله SSR (Solid State Relay) است.

رله SSR، يك تجهيز الكترونيكي مبتني بر نيمه هادي است كه از عناصر نيمه هادي مانند تريستور، تراياك و ماسفت براي سوئيچينگ (on/off) استفاده مي‌كند. اين دستگاه به عنوان واسطه‌اي بين برق شبكه و مصرف‌كننده عمل مي‌كند. با اعمال يك سيگنال ولتاژ پايين به ترمينال‌هاي كنترل رله SSR، مي‌توان آن را فعال يا غيرفعال كرد.

رله SSR بدون كنتاكت متحرك عمل مي‌كند، اين ويژگي باعث ايجاد امكان عملكرد با فركانس بالا مي‌شود. اين روش كنترل بر اساس كوپلينگ نور انجام مي‌شود، كه توسط اپتوكوپلر انجام مي‌پذيرد. به اين ترتيب، با اعمال سيگنال ولتاژ پايين، رله فعال شده و مصرف‌كننده به برق متصل مي‌شود. از سوي ديگر، با قطع سيگنال، رله به حالت استراحت در مي‌آيد.

از طريق اين فرآيند، از تكنولوژي كوپلينگ نوري با استفاده از اپتوكوپلر بهره گرفته مي‌شود. اين روش به ما اين امكان را مي‌دهد كه با دقت دما را كنترل كرده و هيتر را با كارايي بالا فعال يا غيرفعال نماييم.

ويژگي‌هاي رله SSR آتونيكس:

1. بدون كنتاكت مكانيكي:
- عدم وجود قسمت‌هاي مكانيكي در رله SSR.

2. مقاومت در برابر فرسايش مكانيكي:
- عدم تحت‌تاثير قرار گرفتن از سايش يا فرسايش مكانيكي.

3. عدم ايجاد جرقه، لرزش و ضربه:
- عدم توليد جرقه، لرزش يا ضربه در زمان عملكرد.

4. عملكرد بي‌صدا:
- اجتناب از توليد هر گونه صدا در فرآيند عملكرد.

5. سوئيچ با سرعت بالا:
- توانايي سوئيچينگ با سرعت بالا در فعاليت‌هاي مختلف.

6. تحمل جريان بالا:
- قابليت تحمل جريان بيش از حد در مقايسه با رله‌هاي ديگر.

7. نياز به خنك‌كاري:
- نياز به سيستم خنك‌كاري جهت حفظ عملكرد بهينه.

8. عمر طولاني:
- داراي عمر مفيد بالا و توانايي انجام وظايف براي مدت زمان طولاني.

9. سوئيچينگ سيگنال كم توان:
- امكان سوئيچ كردن سيگنال با توان كم.

10. سوئيچينگ بر روي خروجي AC يا DC:
- امكان سوئيچ كردن بين خروجي AC يا DC در تنظيمات مختلف.

روتاري انكودرها براي اندازه‌گيري حركت چرخشي يك محور به كار مي‌روند. در اين ساختار، اجزاي اصلي يك روتاري انكودر به صورت زير توضيح داده مي‌شوند: يك ديود نورگسيل (LED) يا منبع نور، يك ديسك، و يك آشكارساز نور در سمت مقابل ديسك.

در ديسك كه بر روي محور چرخشي نصب مي‌شود، الگوهاي مات و شفاف وجود دارند كه روي ديسك كد شده‌اند. با چرخش ديسك، بخش‌هاي مات نور را مسدود مي‌كنند و از بخش‌هاي شفاف، نور عبور دارد. اين فرآيند باعث ايجاد پالس‌هاي موج مربعي (square-wave) مي‌شود. اين پالس‌ها مي‌توانند به عنوان ورودي براي سيستم كنترلي براي تفسير موقعيت يا حركت استفاده شوند.

خصوصيات انكودرها:

- انكودرها معمولاً داراي ۱۰۰ تا ۶۰۰۰ بخش در هر چرخه هستند. اين به اين معناست كه اين انكودرها مي‌توانند رزولوشني به اندازه ۳٫۶ درجه براي انكودر با ۱۰۰ بخش و ۰٫۰۶ درجه براي انكودر با ۶۰۰۰ بخش ارائه دهند.

انكودرهاي خطي:
- انكودرهاي خطي از اصل كاركرد مشابه انكودرهاي روتاري بهره مي‌برند با اين تفاوت كه به جاي ديسك چرخشي، از يك نوار مات ثابت كه برش‌هاي شفاف را دارد و يك آشكارساز LED كه به بدنه متحرك آن متصل است، استفاده مي‌كنند.

استفاده از دو ترك كد:
- انكودر آتونيكس به يك مجموعه از پالس‌ها محدود نمي‌شوند زيرا نمي‌توانند نشانگر چرخش باشند. با استفاده از دو ترك كد با بخش‌هايي كه ۹۰ درجه خارج از فاز هستند، دو كانال خروجي انكودر، هم موقعيت و هم جهت چرخش را نشان مي‌دهد.

نظارت بر هر دو تعداد پالس و فاز نسبي:
- با نظارت بر هر دو تعداد پالس‌ها و فاز نسبي سيگنال‌هاي A و B، مي‌توانيد هم موقعيت و هم جهت چرخش را دقيقاً زير نظر بگيريد. اين اطلاعات حياتي در سيستم‌هاي كنترلي و مكانيكي به‌كار مي‌روند.

سنسورهاي خازني، از نوع سنسورهاي بدون تماس و بدون كنتاكت الكتريكي هستند كه در برابر فلزات و اغلب غيرفلزات عمل مي‌نمايند. اين سنسورها به‌طور خاص براي كنترل سطوح در مخازني كه از مواد پودري، مايع، و دانه‌دانه پر شده‌اند، مناسب مي‌باشند. همچنين، در زمينه كنترل وضعيت ماشين‌آلات براي شمارنده‌ها و آشكارسازي تقريباً تمام مواد فلزي و غيرفلزي نيز استفاده مي‌شوند.

استفاده‌ها و كاربردها:

1. كنترل فاصله هد از سطح:
- در سيستم‌هاي كنترل يك هد كه به سرعت و دقت بالا در حركت بر روي يك سطح مشخص مي‌باشد، سنسورهاي خازني با حساسيت و پهناي باند بالا به كار مي‌روند. اين سنسورها مي‌توانند تغييرات موقعيت هد را به سرعت و با دقت حس كنند.

2. سيستم وزن‌كردن در حركت براي وسايل نقليه:
- سنسورهاي خازني در سيستم‌هاي وزن‌كردن در حال حركت (WIM)، به‌طور مثال در ايستگاه‌هاي وزن‌كردن خودروها، براي اندازه‌گيري وزن بدون نياز به توقف كامل وسيله نقليه به كار مي‌روند.

3. اندازه‌گيري ضخامت مواد عايق:
- سنسورهاي خازني مي‌توانند ضخامت مواد عايق را اندازه‌گيري كنند، از جمله استفاده در كنترل كيفيت مواد ساخته شده.

4. تشخيص پر شدن بطري‌ها:
- در صنعت تشخيص پر شدن بطري‌ها از مايع مورد نظر، سنسورهاي خازني به‌عنوان ابزارهاي حساس براي اين كار به‌كار مي‌روند.  سنسور خازني آتونيكس مي‌توانند حضور بطري‌ها و ميزان مايع درون آنها را تشخيص دهند.

انواع سنسور خازني:

1. دو سيمه AC:
- دو نوع Normally Open (NO) و Normally Close (NC) را شامل مي‌شود و تنها دو حالت باز يا بسته را نشان مي‌دهند.

2. سه سيمه DC:
- داراي دو نوع NPN و PNP است و سه حالت باز، بسته، و يك حالت وسط را دارا مي‌باشد.

3. چهار سيمه DC:
- داراي دو نوع NPN و PNP و دو حالت NO و NC را دارا مي‌باشد.

كانتر يا شمارنده، يك وسيله الكترونيكي است كه مسئول شمارش تعداد اشياء يا عمليات‌ها مي‌باشد. نام‌گذاري اين دستگاه به عنوان "كانتر" به دليل اين است كه از ورودي‌هايي مانند سوئيچ يا سنسور شمارش (Count) تعداد سيگنال‌هاي ON/OFF را شمارش مي‌كند. اين دستگاه براي افرادي كه تا عدد 10 يا 20 را شمارش مي‌كنند كارآمد است، اما با تكرار اين عمليات و شمارش تا اعداد بزرگتر، كار دشوارتر مي‌شود. كاربرد اصلي كانترها در اتوماسيون صنعتي مشهود است.

كانتر(شمارنده) آتونيكس بر اساس توانايي توليد خروجي به دو دسته تقسيم مي‌شوند:

1. كانتر از پيش تنظيم شده (Preset Counter):
اين نوع كانتر تا زماني كه به مقدار از پيش تنظيم شده شمارش نرسد، شمارش انجام مي‌دهد و سپس سيگنال خروجي را براي كنترل دستگاه خروجي فعال مي‌سازد. عبارت "از پيش تنظيم شده" به اين معناست كه شما مي‌توانيد مقدار مد نظر خود را تنظيم كنيد، به اين معنا كه اين مقدار از قبل تعيين شده و قابل تغيير نيست.

2. توتال كانتر يا شمارنده كل:
اين نوع كانتر فاقد سيگنال ورودي و خروجي است و تنها مقدار شمارش شده فعلي را نمايش مي‌دهد. اين نوع بيشتر زماني كاربرد دارد كه فقط نياز به نمايش عدد توليد شده است و سيگنال ورودي خاصي در نظر گرفته نمي‌شود.

سنسورهاي القايي، به عنوان يكي از مهم‌ترين ابزارهاي صنعت، توانمندي تشخيص حركت، موقعيت و حضور اجسام را بدون هرگونه تماس فيزيكي فراهم مي‌كنند. اين سنسورها به خصوص در برابر فلزات عملكرد بيشتري از خود نشان مي‌دهند و مي‌توانند به طور مستقيم اطلاعات را به سيستم‌هاي كنترل الكتريكي، رله‌ها، و شيرهاي برقي منتقل كنند.

عملكرد اين سنسورها بر مبناي جريان‌هاي القا شده توسط ميدان‌هاي مغناطيسي است كه براي تشخيص اجسام فلزي نزديك به كار مي‌روند. از يك كويل (سلف) براي ايجاد ميدان مغناطيسي با فركانس بالا استفاده مي‌شود. در نزديكي ميدان مغناطيسي كه در حال تغيير است، حتي در صورت عدم وجود اجسام، سنسورهاي القايي همچنان نوسان دارند. اگر جسم فلزي در اين نزديكي وجود داشته باشد، جرياني در آن ايجاد مي‌شود.

استفاده گسترده از سنسور القايي آتونيكس در امروزه جزء ضروريات اتوماسيون صنعتي است. آنها در تشخيص موقعيت اجسام فلزي در صنايع مختلف از جمله الكترونيك، مكانيك، اتومبيل‌سازي، پلاستيك، صنايع غذايي و غيره استفاده مي‌شوند. اين سنسورها معمولاً در شرايط محيطي سخت به كار مي‌روند و براي كاربردهايي كه نياز به دقت، ايمني و اعتماد بالا دارند، انتخاب اوليه مي‌شوند.

تعدادي از كاربردهاي متداول اين سنسورها عبارتند از:

- خطوط توليد
- خطوط مونتاژ
- بسته‌بندي
- تشخيص موقعيت
- تشخيص حركت
- كنترل حركت
- تشخيص دور موتور
- قالب تزريق پلاستيك
- استفاده در صنايع خودرو
- تشخيص موقعيت و حركت قطعات فلزي با سرعت حركت بالا
- استفاده در زمينه‌هاي پزشكي، به عنوان مثال در دستگاه‌هاي MRI
- استفاده در سنسورهاي راهنمايي و رانندگي