Use dispositivos fotoelétricos avançados para simplificar a implantação do sensor de proximidade

Os sensores fotoelétricos (PE) são amplamente usados para detecção de proximidade sem contato em sistemas de produção, industriais e comerciais devido à sua eficácia, robustez e clareza dos princípios operacionais. Entre as aplicações típicas estão a detecção de garrafas ou latas em uma linha de produção de alta velocidade, a busca pela ausência ou presença de um pacote em uma caixa de remessa, a verificação de uma porta aberta ou fechada, ou a detecção de presença humana.

Os sensores de proximidade PE podem ser projetados para diferentes modos de detecção óptica, e a abordagem retrorrefletiva básica é um arranjo típico. Apesar do princípio de operação simples, a configuração de um sensor PE pode exigir tentativas e erros demorados para inicializar, ajustar e otimizar a configuração e o algoritmo de detecção de acordo com as especificidades da aplicação, ou reajustá-lo para uma execução de produção diferente. Os projetistas de sistemas precisam de uma solução mais simplificada para evitar a configuração associada e o atraso nas implementações.

Este artigo apresenta uma breve visão geral dos conceitos básicos de PE. Em seguida, apresenta os sensores de proximidade PE da SICK, Inc. e mostra como eles podem ser aplicados usando um processo de configuração exclusivamente simplificado.

Noções básicas de detecção PE

A detecção de proximidade PE depende de uma fonte de luz com um feixe bem focado e direcionado para o objeto a ser detectado. Esse feixe de luz é então usado de três maneiras, dependendo de como é detectado por um receptor (Figura 1).

Figura 1: O sensor de proximidade PE pode usar um feixe transmitido de luz e um receptor fotossensível correspondente em três arranjos físicos. (Fonte da imagem: Proximity Switch)

• Na detecção por reflexão difusa, o transmissor e o receptor estão alojados juntos, e a detecção ocorre quando o feixe de luz do transmissor incide sobre o objeto de interesse.
• Na detecção retrorrefletiva, o transmissor e o receptor também estão no mesmo compartimento, mas com o refletor no lado oposto do objeto-alvo.
• Na detecção por feixe passante, o fotossensor está situado do outro lado do objeto, e o objeto indica sua presença bloqueando a luz do transmissor para o receptor.

O sensor de proximidade PE também pode ser usado para fins de segurança, como barreiras de luz ou cortinas de luz, em que esses dispositivos são montados estrategicamente e servem como portões de segurança (Figura 2). Quando uma obstrução for detectada, a barreira de luz enviará um sinal para um controlador ou circuito de segurança interligado que desligará a máquina se a obstrução for inesperada ou perigosa.

Figura 2: O sensor de proximidade pode ser usado em uma barreira ou cortina de luz relacionada à segurança. (Fonte da imagem: SICK, Inc.)

A detecção PE é atraente porque usa um princípio operacional e um arranjo físico intuitivos. As abordagens de reflexões também são desejáveis, pois exigem um dispositivo interligado em apenas um lado, simplificando a logística de instalação.

Um novo design e uma nova interface de usuário resolvem muitos desafios

Apesar de sua simplicidade conceitual, o sensor de proximidade PE exige montagem, instalação e alinhamento cuidadosos em campo. Ambientes visualmente ruidosos podem ser desafiadores e frustrantes para os técnicos, e as considerações de alcance e mira afetam o desempenho e a consistência.

A detecção PE é frequentemente usada com um controlador lógico programável (CLP). Muitas vezes, o instalador precisa configurar, testar, ajustar e testar novamente no CLP, que pode estar a uma certa distância da unidade PE. Além disso, variações na iluminação, reflexos indesejados e variáveis e outras distorções no uso prático podem afetar o desempenho e a precisão.

Os problemas que surgem durante a produção são especialmente incômodos e geralmente são agravados pela urgência em corrigi-los rapidamente.

Para superar esses problemas, a SICK desenvolveu a família W10 de sensores de proximidade (Figura 3).

Figura 3: A série W10 oferece sensores de proximidade PE completos e sofisticados em um invólucro compacto e robusto. (Fonte da imagem: SICK, Inc.)

As unidades são especialmente notáveis por serem os primeiros dispositivos desse tipo com uma tela sensível ao toque (Figura 4).

Figura 4: A exclusiva tela sensível ao toque integrada das unidades W10 proporciona uma experiência de usuário bastante aprimorada. (Fonte da imagem: SICK, Inc.)

Essa interface de exibição oferece facilidade de uso, suporta instalação rápida e acelera a adaptação a cada aplicação. Sua fácil navegação reduz o tempo necessário para colocar o dispositivo em funcionamento e facilita os ajustes durante o uso para diferentes alvos, velocidades ou problemas inesperados. Também elimina a necessidade de interruptores, botões e ajustes físicos na unidade, aumentando assim a confiabilidade, a integridade do gabinete e a segurança.

A fonte de luz laser Classe 1 da série W10 oferece resultados de detecção precisos com elevada exatidão entre repetições. O feixe de laser vermelho focalizado produz um pequeno ponto de luz em um objeto e é combinado com um sistema receptor de triangulação a laser, rápido e preciso, além da varredura de linha para avaliação.

Essa é a base para resultados de detecção com alta exatidão entre repetições e decisões rápidas. No modo de velocidade, o tempo de resposta é de apenas 1,8 milissegundos (ms), de modo que o comportamento de comutação confiável é garantido mesmo em altas velocidades da máquina. Os LEDs indicadores bicolores fornecem resposta visual imediata sobre o status da detecção. Além disso, as unidades oferecem detecção robusta e confiável de objetos com diferentes propriedades de superfície, como brilho, cor ou estrutura.

Os sensores de proximidade PE oferecem opções individuais de aprendizado para adaptações específicas. Além do aprendizado usual de um ponto, que detecta objetos a uma distância definida, um modo de aprendizado de dois pontos permite a detecção de objetos de diferentes alturas. Um modo manual amplia as opções de aprendizado e oferece ainda mais flexibilidade. Três modos de operação, otimizados para aplicações, podem ser ativados usando o display para permitir a supressão de primeiro ou segundo plano, se necessário.

Na tela sensível ao toque integrada, o operador pode selecionar, ajustar e salvar intuitivamente as configurações de velocidade, modos de operação padrão ou de precisão, supressão de ambiente, configurações individuais de aprendizagem, parâmetros pré-configurados e valores-limite. O exclusivo recurso de bloqueio da tela de segurança do W10 protege as configurações contra o acesso de terceiros.

A flexibilidade da interface do usuário não se restringe à tela sensível ao toque: as mesmas funções podem ser acessadas por meio da função IO-Link do W10. Isso oferece a opção de configuração remota e integração eficiente dos dados registrados do sensor em uma rede de automação existente.

Opções elétricas e encapsulamento para o W10

A saída digital dos dispositivos sensores W10 é uma importante consideração de projeto. As unidades oferecem uma estrutura de saída PNP/NPN push/pull ajustável. Se a saída estiver configurada como PNP, ela terá um sinal de saída positivo e a saída do sensor poderá fornecer corrente para uma placa de entrada que consome corrente; se o sensor estiver configurado como NPN, o sinal de saída será negativo e a saída poderá drenar corrente numa conexão com uma placa de entrada que fornece corrente (Figura 5). Ter ambas as opções, garante a compatibilidade básica ao nível de sinal com um CLP ou outros controladores de sistema.

Figura 5: O estágio de saída das unidades W10 pode fornecer modos de consumo de corrente (em cima) ou de fonte de corrente (embaixo) para garantir a compatibilidade com o CLP associado. (Fonte da imagem: www.realpars.com)

A saída pode ser configurada para os modos de saída claro ou escuro (liga no claro ou liga no escuro). No modo de luz, a saída do sensor será ligada quando a luz puder alcançar o receptor e desligada quando a luz for bloqueada. Por outro lado, no modo escuro, a saída do sensor será ativada quando a luz for bloqueada e desativada quando a luz atingir o receptor.

O encapsulamento físico é importante, pois essas unidades são normalmente usadas em ambientes industriais. As unidades W10 têm um design robusto com um invólucro de aço inoxidável 316L e classificações de proteção IP67 e IP69k. Eles são oferecidos em um invólucro de 18 × 57 × 42,2 milímetros (mm) e são especificados para operação na faixa de temperatura ambiente de -10°C a +55°C.

Um dos desafios dos sensores industriais é a necessidade de dar suporte a várias unidades no campo ou na fábrica. Essa realidade complica o inventário e o suporte da fábrica. Entretanto, devido à flexibilidade da série W10, a família requer apenas dois estilos de corpo (Figura 6). Cada um deles tem duas faixas de detecção, totalizando apenas quatro modelos distintos, o que simplifica o processo de seleção.

Figura 6: As unidades funcionalmente semelhantes da família W10 estão disponíveis em dois estilos de invólucro, cada um com duas faixas de detecção. (Fonte da imagem: (SICK, Inc.)

O modelo 1133545 da série W10 está disponível em um invólucro retangular com um furo de montagem padrão de 25,4 milímetros (mm) e uma distância de objeto de 25 mm a 400 mm, enquanto o modelo similar 1133547 suporta uma distância de objeto de 25 mm a 700 mm. Para instalações híbridas, o modelo 1133544 apresenta um furo de montagem M18 de 25,4 mm., rosqueado, frontal ou lateral, com uma distância do objeto de 25 mm a 400 mm, e o modelo W10 correspondente 1133546 tem o mesmo gabinete, mas com uma distância do objeto de 25 mm a 700 mm.

Conclusão

As unidades de sensor PE W10 oferecem soluções versáteis e robustas de refletor difuso para aplicações industriais. Seus recursos avançados incluem a primeira interface de usuário com tela sensível ao toque integrada do setor, simplificando a instalação, a configuração e o ajuste, enquanto seus algoritmos sofisticados oferecem recursos e precisão aprimorados.