Автоматизация производства с применением фотоэлектрических датчиков и фотореле

Фотоэлектрические датчики и фотореле играют ключевую роль в автоматизации различных технологических процессов в промышленности и на производстве. Они позволяют бесконтактно получать информацию о состоянии объектов и управлять электрическими системами в зависимости от уровня освещенности.

Применение фотоэлектрических датчиков

Фотоэлектрические датчики применяются в закрытых помещениях для автоматизации различных видов технологических процессов в промышленности и на производстве, а также для выполнения широкого перечня других задач. Основной функцией устройства является бесконтактное получение информации о состоянии находящегося перед ним объекта: определение соответствия заданным параметрам скорости его перемещения, размеров, степени прозрачности и других данных. Полученные при помощи отраженного светового пучка данные преобразуются в электрический сигнал, который поступает на контроллер.

Основные компоненты фотоэлектрического датчика:

• Излучатель (источник светового луча). В качестве этого элемента применяют светодиод - полупроводник, излучающий свет с определенной длиной волн или цветом при прохождении через него электрического тока. Применяются инфракрасные светодиоды, позволяющие отслеживать направление луча, создающие больше света и выделяющие меньше тепла по сравнению с другими типами, а также желтые, синие и красные, оптимальные для применения в ситуациях, когда необходимо отслеживать цвет или оттенок наблюдаемого объекта.
• Приемник светового сигнала (фотодетектор). Фототранзистор или фотодиод чувствительный к длине волн света и его интенсивности.
• Выходное устройство. С дискретным или аналоговым выходом, осуществляющее переключение в пользовательской цепи. Особенности конструкции определяются сферой применения и требованиями к прибору.

В большинство датчиков для обеспечения искусственного светового потока применяются лампы накаливания, с целью обеспечения более долгого срока службы работающие на напряжении 70-80% от номинального.

Типы фотоэлектрических датчиков:

1. Фотоэлектрические датчики, воспринимающие изменение характеристик светового потока при передвижении исследуемого объекта, а также при изменении его формы или размеров. Конструкция таких устройств предусматривает создание параллельного и равномерного светового излучения при помощи излучателя и линзы. Исследуемый объект или связанная с ним механическим способом заслонка размещаются в световом потоке. В случае изменения размера или месторасположения наблюдаемого элемента, а также при изменении положения заслонки изменяется количество света, попадающего на приемник светового сигнала (фотодетектор). Для получения более точных данных о происходящих изменениях перед попаданием на фотодетектор световой поток предварительно проходит через оптическую систему.
2. Фотоэлектрические датчики, работающие по принципу анализа изменений отраженного от наблюдаемого объекта светового луча. Сформированный светодиодом луч, проходя через оптическую систему, сужается и попадает на поверхность объекта. Отраженный свет проходит через фокусирующую линзу и поступает на приемник светового сигнала. Количество поступившего света зависит от особенностей поверхности исследуемого объекта: качества и вида обработки, отражающей способности, наличия защитных или декоративных покрытий и других факторов.
3. Фотодатчики, принимающие световой поток, создаваемый самим исследуемым объектом. Излучаемый поток света фокусируется линзой и поступает на датчик.

Разновидности фотоэлементов:

• Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) преобразовывают энергию светового излучения в электрический сигнал при помощи вакуумных или наполненных газом стеклянных колб с напылением на части внутренней поверхности тонкого металлического слоя, выполняющего функцию катода и предназначенного для получения электрического тока малой мощности. В роли анода выступает размещенная внутри колбы проволочная петля или металлический диск, предназначенный для улавливания фотоэлектронов. К катоду и аноду подключается внешний источник электрического тока. При воздействии излучения на катод часть электронов получает дополнительную энергию, после чего они попадают в вакуумную среду колбы и, благодаря возникшему в результате подключения к электродам источника питания электрическому полю, направляются к аноду. Величина возникающего фототока прямо пропорциональна силе светового потока.
• Вентильные фотоэлементы (с запорным слоем) состоят из нижнего металлического электрода, электронных и запирающего слоев, а также верхнего полупрозрачного металлического электрода. Все элементы помещены в пластиковый корпус с отверстием, пропускающим световой поток. При прохождении светового потока и попадании его на фотослой проводник и полупроводник приобретают разноименные заряды. Основными преимуществами таких элементов является устойчивость к механическим повреждениям, высокая чувствительность и отсутствие потребности в источнике питания.
• Фотодиоды - полупроводниковые диоды, способные изменять свои свойства под воздействием светового потока. При отсутствии воздействия света диод обладает стандартными характеристиками. В зависимости от схемы расположения в электрической цепи фотодиод может выполнять различные функции. При работе в вентильном режиме потребность в дополнительном источнике питания отсутствует, а сам диод совмещает функции фотодиода и триода, являясь усилителем фототока, возникающего под воздействием светового излучения. Такой режим применяется для выполнения измерений размеров исследуемого объекта, его перемещений и температуры.
• Фоторезисторы - при воздействии светового потока на фотоэлемент возрастает их проводимость и увеличивается сила тока в цепи. Такие элементы компактны, прочны, высокочувствительны, а также могут работать и на переменном, и на постоянном токе.

Основные характеристики фотоэлектрических датчиков:

• Максимальное и минимальное расстояние до объекта. В зависимости от характеристик конкретной модели этот показатель может составлять от 5 мм до 250 м.
• Время реагирования, скорость включения, выключения и обработки объекта.
• Энергопотребление датчиков.

Применение фотореле в автоматизации

Фотореле - это устройство, которое реагирует на изменения освещенности и используется для автоматического управления освещением. Фотореле работает на основе фоточувствительного элемента (обычно фотодиода или фоторезистора), который изменяет свое сопротивление или выходное напряжение в зависимости от количества падающего света.

Фотореле широко используются в системах уличного освещения, автоматических выключателях, системах безопасности, садово-огородных участках для управления поливом и др. Фотореле используют различные типы фоточувствительных элементов, таких как фотосопротивления, фотодиоды и фототранзисторы.

Электронная схема фотореле обычно состоит из фоточувствительного элемента, усилителя, компаратора (для сравнения уровня освещенности с заданным порогом) и выходного устройства (которое переключает нагрузку).

Типы фотореле:

• Статические фотореле: используются для контроля постоянного освещения.
• Динамические фотореле: реагируют на изменения освещенности в реальном времени.
• Фотореле с программируемыми функциями: обладают дополнительными возможностями настройки, такими как задержка включения/выключения, таймеры и пр.

Компания Finder предлагает широкий ассортимент фотореле, что позволяет подобрать оптимальное решение для различных задач.

Основные параметры и характеристики фотореле:

• Пороговое напряжение срабатывания - это уровень освещенности, при котором фотореле переключает свое состояние. Фотореле с ручной регулировкой позволяют пользователю самостоятельно устанавливать порог освещенности, при котором фотореле должно срабатывать. Эти фотореле имеют возможность автоматической настройки порогового уровня освещенности. Они используют встроенные датчики и умные алгоритмы для определения оптимального уровня света, при котором необходимо срабатывание.
• Фотореле с цифровой индикацией имеют встроенный цифровой дисплей, который отображает информацию о текущем состоянии и настройках устройства.
• Чувствительность фотореле определяет минимальный уровень освещенности, при котором оно начинает реагировать.
• Диапазон рабочих освещенностей указывает на минимальное и максимальное значение освещенности, при которых фотореле может корректно функционировать.
• Время реакции фотореле определяет скорость переключения устройства при изменении уровня освещенности.
• Этот параметр указывает на максимальное значение мощности нагрузки, которую фотореле способно коммутировать.
• Температурный диапазон определяет диапазон температур, при которых фотореле может надежно работать.

Эти характеристики и параметры фотореле важны для выбора подходящего устройства для конкретных условий эксплуатации.

Процесс настройки и подключения фотореле Finder включает следующие этапы:

1. Определение параметров: Перед подключением необходимо определить параметры фотореле, такие как рабочее напряжение, тип нагрузки и режим работы.
2. Подготовка оборудования.
3. Подключение к источнику питания: Фотореле должно быть подключено к соответствующему источнику питания согласно технической документации.
4. Подключение нагрузки: Подключите нагрузку (например, освещение или другой электрический прибор) к выходным клеммам фотореле.
5. Настройка параметров: Используя кнопки или переключатели на корпусе фотореле, настройте необходимые параметры, такие как порог срабатывания, время задержки и другие функции.
6. Тестирование системы: После подключения и настройки необходимо протестировать систему, чтобы убедиться в правильности работы фотореле.

Таким образом, фотореле Finder представляет собой надежное и универсальное решение для автоматизации и управления электрическими системами. Разнообразие моделей позволяет подобрать оптимальное устройство для любой задачи, обеспечивая высокую эффективность и безопасность эксплуатации.

Преимущества использования фотореле

Актуальность использования фотореле подтверждается их способностью способствовать энергосбережению, повышению удобства и безопасности, а также интеграции с современными системами автоматизации.

• Бесконтактное управление: Фотореле работают на основе изменений освещенности, поэтому им не требуется физическое воздействие для активации.
• Простота установки и эксплуатации: Большинство фотореле легко устанавливаются и настраиваются без необходимости специальных навыков или оборудования.

Однако, следует учитывать и ограничения по мощности коммутируемой нагрузки: Фотореле имеют ограничения по мощности коммутируемой нагрузки.

Примеры применения

• Одним из основных применений фотореле является автоматическое управление освещением. Фотореле позволяют включать и выключать освещение в зависимости от уровня окружающей освещенности.
• В охранных и сигнализационных системах фотореле используются для обнаружения движения или наличия объектов в зоне наблюдения.
• Фотоэлементы также используются в воротах для автоматической остановки или реверса при обнаружении препятствия. В случае пересечения инфракрасного луча в блок управления поступает сигнал о появлении препятствия в опасной зоне действия автоматической системы, и система вырабатывает реакцию, соответствующую установленной логике работы - остановка или реверс полотна ворот.

Фотореле широко используются во многих областях благодаря своей универсальности и надежности.

Принцип работы и применение фотореле в системах автоматического управления освещением

Новые разработки в области фотореле

Toshiba Electronics Europe выпустила новое фотореле TLP3122A, предназначенное для систем автоматизации производства и других промышленных устройств, включая системы автоматизации зданий, системы безопасности и оборудование для испытания полупроводниковых приборов. В новом фотореле использованы МОП-транзисторы, изготовленные с применением самого современного технологического процесса U-MOS IX для снижения сопротивления во включенном состоянии.

Основные характеристики TLP3122A:

• Корпус: миниатюрный SO6 с 4 выводами
• Напряжение на выходе в отключенном состоянии (VOFF): 60 В
• Непрерывный ток во включенном состоянии (ION): 1,4 А
• Импульсный ток во включенном состоянии (IONP): до 4,2 А
• Время переключения: 3 мс (tON, время включения) и 1 мс (tOFF, время выключения)
• Напряжение изоляции: 3750 В (среднеквадратичное значение)

Фотореле TLP3122A с нормально разомкнутым выходом служит заменой механических реле с одним замыкающим контактом (1-Form-A) в целях повышения надежности систем и экономии пространства, необходимого для размещения реле и их драйверов. Новое фотореле TLP3122A напрямую совместимо с фотореле TLP3122 в традиционном корпусе 2.54SOP4.

Характеристика	Значение
Напряжение на выходе в отключенном состоянии (VOFF)	60 В
Непрерывный ток во включенном состоянии (ION)	1,4 А
Импульсный ток во включенном состоянии (IONP)	до 4,2 А
Время включения (tON)	3 мс
Время выключения (tOFF)	1 мс
Напряжение изоляции	3750 В (среднеквадратичное значение)