Come funzionano le fotocellule e i foto sensori a riflessione? Quanti tipi di sensori ottici reflex per l’automazione industriale esistono? Come si collegano le barriere foto sensibili al plc?
Benvenuto in questa lezione dove parliamo degli apparecchi utilizzati per rilevare oggetti, ostacoli e prodotto sugli impianti industriali.
Ecco cosa impariamo in questa lezione:
La rilevazione ottica ed elettronica nei processi automatizzati.
I diversi tipi di foto-sensore.
I foto sensori a sbarramento.
I sensori a riflessione.
Fotocellule reflex.
Fotosensori a riflessione diretta.
Collegamento delle fotocellule al PLC.
Ingressi digitali PLC di tipo sinking e sourcing.
La rilevazione ottica ed elettronica nei processi automatizzati.
Nelle linee di processo automatiche esiste spesso l’esigenza di “guardare” ciò che avviene sul campo per esempio per rilevare la presenza di oggetti o ostacoli tra due punti, per contare oggetti che viaggiano su nastri trasportatori, oppure per garantire la sicurezza dei macchinari, sia per quanto riguarda il loro funzionamento, che per la sicurezza di chi opera con essi.
L’industria automatizzata oggi può contare su diverse apparecchiature come le fotocellule, le barriere e i sensori ottici, strumenti di vario tipo che a volte troviamo anche nella vita quotidiana. Si pensi alle porte automatiche che si aprono quando ci avviciniamo, oppure alle porte dell’ascensore che si chiudono una volta che siamo entrati in cabina, o ancora alle fotocellule che fermano il nastro trasportatore della cassa del supermarket.
I diversi tipi di fotosensore.
Per rilevare oggetti nei processi automatizzati oggi abbiamo a disposizione apparecchi diversi, questi lavorano sfruttando il comune principio della riflessione della luce.
Nell’industria oggi troviamo foto sensori a sbarramento, a riflessione, fotocellule reflex e a riflessione diretta.
A seconda del tipo d’applicazione sceglieremo la tecnologia più adatta tenendo conto sia delle caratteristiche costruttive e di montaggio di questi apparecchi, che del loro specifico modo di funzionamento.
Alcuni sensori sono adatti a rilevare oggetti che riflettono la luce, altri fluidi, e altri ancora sono abbastanza universali.
Nei prossimi paragrafi conosceremo meglio tutti questi tipi di sensore.
I fotosensori a sbarramento.
Le fotocellule a sbarramento sono composte da due parti che vengono montate una di fronte all’altra. La prima parte emette un fascio luminoso, e l’altra lo riceve, per questo motivo parliamo di emettitore e ricevitore.
In condizioni di assenza di ostacoli il fascio di luce emesso viene ricevuto dal ricevitore, quando invece posizioniamo un oggetto tra emettitore e ricevitore, il fascio di luce si interrompe e l’oggetto (oppure ostacolo) viene rilevato.
Solitamente alla rilevazione corrisponde l’apertura o la chiusura di un contatto (NO o NC) di tipo elettronico.
I sensori a riflessione.
A differenza dei foto sensori a sbarramento, nei sensori a riflessione l’emettitore e il ricevitore si trovano nello stesso involucro e sono quindi montati sullo stesso lato. Il fascio di luce emesso viene riflesso questa volta da un elemento catarifrangente montato sul lato opposto, come avviene con il ricevitore delle barriere di cui abbiamo appena parlato.
L’elemento riflettente ha una superficie prismatica speculare di 90° che permette di rimandare al ricevitore il fascio di luce.
Fotocellule reflex.
Con questo tipo di sensori non è necessario avere l’elemento riflettente dal lato opposto del sensore. Emettitore e ricevitore si trovano sullo stesso lato ma la luce questa volta viene riflessa direttamente dall’oggetto che deve essere rilevato.
Naturalmente il funzionamento di questo tipo di sensore è influenzato dal materiale, dal colore e dalla forma degli oggetti rilevati, dato che queste variabili possono cambiare il modo di riflettere la luce.
Fotosensori a riflessione diretta.
Questi apparecchi funzionano in maniera simile a quelli reflex, tuttavia hanno delle caratteristiche particolari riguardanti l’angolo di riflessione della luce emessa e ricevuta. L’oggetto da rilevare con questi strumenti deve trovarsi in una specifica posizione.
Collegamento delle fotocellule al PLC.
I foto sensori necessitano solitamente di un’alimentazione a 24VDC e forniscono un segnale digitale di rilevamento ostacolo di tipo PNP o NPN.
Per collegare questi segnali digitali si opera esattamente come con gli altri sensori elettronici, assicurandosi di utilizzare moduli di ingressi digitali compatibili col tipo di connessione sourcing o sinking.
Oggi esistono in commercio anche foto sensori che lavorano sui bus di rete e anche con il sistema IO-Link.
Ingressi digitali PLC di tipo sinking e sourcing.
Per meglio comprendere questi concetti sull’alimentazione dei sensori, osserviamo la prossima figura, la quale si riferisce ai moduli di ingresso digitali della Siemens.
Come vediamo nella figura sopra, nel primo circuito in alto a destra abbiamo un ingresso digitale di tipo “sinking”. L’alimentazione 24 VDC viene portata allo switch, il quale rappresenta il nostro oggetto in campo come il pulsante oppure il rilevatore di prossimità; quando questo si attiva la tensione viene portata all’ingresso digitale del modulo PLC che chiude il circuito verso terra. In questo caso la corrente circola dall’esterno verso il plc.
Nel secondo disegno in figura invece abbiamo l’alimentazione che viene portata al modulo di ingresso digitale e da questo a un capo del componente in campo. Quando il circuito viene chiuso dall’oggetto in campo la corrente circola dal modulo plc verso l’apparecchio.
Per esprimere ciò che abbiamo appena visto con altre parole, possiamo dire che nel collegamento di tipo sourcing l’alimentazione viene fornita dal plc, in quello sinking dal componente in campo.