使用先进的光电设备简化接近检测的部署

来源：DigiKey
作者：Bill Schweber

光电 (PE) 传感器因其高效、耐用和清晰的工作原理，已广泛用于生产、工业和商业系统中的非接触式接近检测。典型应用包括检测高速生产线上的瓶子或罐子、查看运输箱内是否有包裹、检查门是否打开或关闭，或人的存在检测。

PE 接近传感器可以设计成不同的光学检测模式，基本的逆反射方法是一种典型排列方式。尽管 PE 传感器的工作原理很简单，但在设置时可能需要大量时间进行试错，以便根据应用的具体情况对配置和检测算法进行初始化、微调和优化，或针对不同的生产流程重新调整。系统设计人员需要一个更简化的解决方案，以避免相关的设置和部署延迟。

本文简要介绍 PE 的基础知识。然后介绍 SICK inc. 生产的 PE 接近传感器，并说明如何通过独特的简化设置过程来使用这些传感器。

PE 传感基础知识

PE 接近检测技术依赖于一个光源，光束紧密聚焦，射向待检测物体。光束有三种使用方法（具体视接收器的光束检测方式而定）（图 1）。


图 1：PE 接近检测技术可使用三种物理排列的透射光束、相应的光敏接收器。（图片来源：Proximity Switch）

· 在漫反射检测技术中，发射器和接收器安装在一起，当发射器发出的光束在相关物体上反射时，就会进行检测。
· 在逆反射检测技术中，发射器和接收器也在同一个外壳中，但反射器位于目标物体的远侧。
· 在穿透光束检测技术中，光电传感器位于物体的另一侧，物体通过阻挡从发射器到接收器的光线来显示其存在。

PE 接近检测还可用于安全方面的用途，如光栅或光幕，这些设备安装在战略位置，可用作安全门（图 2）。当检测到障碍物时，光栅会向控制器或硬接线安全电路发送信号，如果障碍物是意外物体或危险物体，则控制器或硬接线安全电路就会使机器停机。


图 2：接近检测可用于与安全相关的光栅或光幕。（图片来源：SICK Inc.）

PE 检测技术具有吸引力，是因为其采用了直观的工作原理和物理排列方式。反射式方法也很不错，因为这种技术只需要在一侧安装有线设备，从而简化安装物流。

全新的设计和用户界面解决了许多难题

尽管概念简单，但 PE 接近检测技术需要进行仔细的现场安装、调试和校准。视觉嘈杂的环境会给技术人员带来挑战，使其产生挫败感，距离和目标方面的考虑因素也会影响性能和一致性。

PE 检测技术通常与可编程逻辑控制器 (PLC) 配合使用。通常情况下，安装人员必须在 PLC 上进行设置、测试、调整和重新测试，而 PLC 离 PE 设备可能有一段距离。此外，光照变化、无关的和不断变化的反射以及实际环境中的其他失真都可能影响性能和准确性。

在生产运行过程中出现的问题尤其令人头疼，而且往往由于急于快速解决问题而变得更加严重。

为了克服这些问题，SICK 开发出 W10 系列接近传感器（图 3）。


图 3：W10 系列采用紧凑、坚固的外壳，是一种全面、精密的 PE 接近传感器。（图片来源：SICK Inc.）

尤其值得一提的是，该系列传感器在同类设备中率先采用了触摸屏（图 4）。


图 4：W10 设备独特的集成触摸屏大大提升了用户体验。（图片来源：SICK Inc.）

这种显示界面不仅易用，而且支持快速安装，并能加快对各种应用的适应速度。其简便的导航功能缩短了设备启动和运行所需的时间， 并便于在使用过程中针对不同的目标、速度或突发问题进行调整。此外，消除了对设备上的物理开关、旋钮以及调节方面的需求，从而提高了可靠性、外壳完整性和安全性。

W10 系列的 1 类激光光源可提供重复精度高的精确检测结果。经过聚焦的红色激光束在物体上产生一个小光斑，并与快速精确的接收器激光三角测量系统和评估线扫描相结合。

这为实现高重复精度和快速决策的检测结果提供了坚实的基础。在高速模式下，响应时间仅为 1.8 毫秒 (ms)，因此即使在机器高速运转时也能保证可靠的开关性能。双色 LED 指示灯可即时反馈检测状态。此外，这些设备还能对具有如光泽、颜色或结构等不同表面特性的物体进行稳健可靠的检测。

PE 接近传感器提供了个性化“Teach-in（学习）”选项，以适应特定的应用。除了通常的单点示教外（检测规定距离处的物体），双点示教模式还能检测不同高度的物体。手动模式增加了示教选择，带来了更大的灵活性。根据需要，可通过显示屏激活三种应用优化型运行模式，以实现前景或背景抑制。

通过内置的触摸屏，操作员可以直观地选择、调整和保存以下各参数的设置：速度、标准或精密操作模式、环境抑制、个人示教设置、预配置参数和极限值。W10 独特的屏幕安全锁功能可防止第三方访问具体设置。

用户界面的灵活性并不局限于触摸屏：同样的功能也可通过 W10 IO-Link 功能实现。这样就可以进行远程配置，并将记录的传感器数据有效地集成到现有自动化网络中。

W10 的电气选项和封装

W10 传感器设备的数字输出是一个重要的设计考虑因素。这些设备提供可调节推挽式 PNP/NPN 输出结构。如果将输出设置为 PNP，则输出信号为正，传感器的输出可为灌电流输入卡提供拉电流；如果将传感器设置为 NPN，则输出信号为负，输出可提供灌电流，用于连接拉电流输入卡（图 5）。有了这两个选项，就能确保件容 PLC 或其他系统控制器的基本信号级。


图 5：W10 设备的输出级可提供灌电流（上）或拉电流（下）两种模式，以确保兼容相关的 PLC。（图片来源：www.topdiode.com）

输出可配置为亮或暗输出模式（“亮-导通”或“暗-导通”）。在光照模式下，当光线可以照射到接收器时，传感器的输出将导通；当光线被遮挡时，传感器的输出将关断。相反，在黑暗模式下，当光线被遮挡时，传感器的输出将导通，而当光线到达接收器时，传感器的输出将关断。

由于这些设备通常用于工业环境，因此其物理封装非常重要。W10 设备设计坚固，采用 316L 不锈钢外壳，防护等级为 IP67 和 IP69k。该设备采用 18 × 57 × 42.2 毫米 (mm) 封装，工作环境温度范围为 -10°C 至 +55°C。

能够支持现场或工厂中的各种设备，是工业传感器面临的挑战之一。这种现实情况使内部库存和支持变得更加复杂。不过，由于 W10 系列的灵活性，该系列只需要两种本体样式（图 6）。每个型号都有两个检测范围，且总共只有四个不同的型号，从而简化了选择。

SICK W10 系列中外壳样式不同，但功能类似的设备
图 6：W10 系列中功能相似的装置有两种外壳样式，且各有两种检测范围。（图片来源：SICK Inc.）

W10 系列 1133545 型采用矩形外壳，标准安装孔为 1 英寸 (in.)，目标检测距离为 25 mm 至 400 mm，而类似的 1133547 型设备的目标距离为 25 mm 至 700 mm。对于混合装置，1133544 型具有一个 1 in. 螺纹式正面或侧面 M18 安装孔，目标距离为 25 mm 至 400 mm，相应的 W10 1133546 型采用相同的外壳，但目标距离为 25 mm 至 700 mm。

结束语

W10 PE 传感器单元为工业应用提供了坚固耐用的多功能漫反射解决方案。其先进的功能包括，业内首款集成触摸屏用户界面简化了安装、设置和调整，而其复杂的算法则增强了功能和准确性。