傳感器

西克應(yīng)用分享 | 可以測距的光電傳感器

2023年03月23日

1、測距應(yīng)用要求

2、光電測距原理對比

3、IO-LinkVS 模擬量

4、SICKIO-Link 網(wǎng)關(guān)—SIG350&SIG200

5、西克光電測距方案

測距應(yīng)用要求

光學(xué)測距需求常見于3C產(chǎn)品裝配、半導(dǎo)體加工等高精尖行業(yè)。這些行業(yè)對測距精度要求較高，通常是微米級，通過對距離的控制與監(jiān)測實現(xiàn)對產(chǎn)品加工質(zhì)量的正確控制。

近年來，隨著鋰電行業(yè)、重力儲能及瓦楞紙等行業(yè)的快速發(fā)展，光學(xué)測距也逐漸被應(yīng)用在這些新興行業(yè)的重點工藝流程中，例如：

1、鋰電行業(yè)

涂布機(jī)放卷處余料監(jiān)控

輥壓分切機(jī)放卷及收卷處卷徑監(jiān)控

卷繞機(jī)收放卷卷徑測量

2、重力儲能行業(yè)

升降機(jī)高度監(jiān)控

升降機(jī)的到位監(jiān)測

3、瓦楞紙及包裝行業(yè)

接紙機(jī)工位，卷徑測量，調(diào)整張力及相對位置

包裝設(shè)備包裝材料余料檢測，張力調(diào)節(jié)

相比于3C及半導(dǎo)體行業(yè)，這些新興行業(yè)對于光學(xué)測距的精度要求相對較低，通常毫米級的重復(fù)精度即可滿足客戶需求，檢測范圍通常從50mm-2000mm不等。

● 高精度的光學(xué)測距傳感器價格較高，性能遠(yuǎn)超客戶需求，因此產(chǎn)生了一個產(chǎn)品與市場的GAP：

● CMOS原理高精度測距傳感器：精度高，性能高，高價值

ToF 原理測距傳感器：尺寸大，適合遠(yuǎn)距離，近距離盲區(qū)大。

光電測距原理對比

當(dāng)前，主流的光學(xué)測距原理有兩種：時間飛行與激光位移。二者互有優(yōu)劣，根據(jù)其自身特點，有著明顯的應(yīng)用區(qū)別：

● ToF原理：遠(yuǎn)距離測量，最遠(yuǎn)可達(dá)1500m，重復(fù)精度毫米級，適合遠(yuǎn)距離定位，廣泛用于軌道、物流等行業(yè)。

● CMOS激光位移：近距離測量，最小可達(dá)20mm以內(nèi)，重復(fù)精度最高可達(dá)0.01um，適合緊湊空間下的精細(xì)檢測，廣泛用于鋰電、半導(dǎo)體、3C行業(yè)

結(jié)合市場需求，SICK推出了依據(jù)三角原理測距的光電傳感器：將測距功能集成在光電體內(nèi)，最短可達(dá)15mm，最遠(yuǎn)支持850mm。重復(fù)精度毫米級，適合鋰電、包裝及升降機(jī)等行業(yè)的距離控制。

IO-Link VS 模擬量

1、什么是IO-Link

IO-Link是一種獨立于現(xiàn)場總線、開放式的點對點的通信，是適用于工業(yè)控制中最底層的設(shè)備的工業(yè)通訊接口。被稱為“自動化的最后一米”。

一個完整的IO-Link系統(tǒng)，通常包括多個IO-Link設(shè)備(包括IO-Link傳感器，IO-Link集線器及標(biāo)準(zhǔn)I/O傳感器等)，通過標(biāo)準(zhǔn)電纜與IO-Link主站(如SIG200)相連。

● 第一個全球標(biāo)準(zhǔn)化IO技術(shù)(IEC 61131-9)與傳感器和執(zhí)行器通信

● 最大電纜長度為20m

● 提供典型的掃描周期 2.3ms

● 允許訪問大量傳感器數(shù)據(jù) ，能和現(xiàn)場總線連接

2、傳統(tǒng)方案 VS IO-Link方案

傳統(tǒng)方案：

● 所有運算及邏輯都需要PLC編程完

● 如需高速計轉(zhuǎn)速、物體個數(shù)，還需另外搭載高速計數(shù)模塊

● 編程較復(fù)雜，修改和排查耗時長

SICK方案：

● IO-Link網(wǎng)關(guān)從不同的傳感器/執(zhí)行器收集I/O信號或IO-Link信號(例如測量值)

● 全面診斷傳感器傳感器的選項

● 數(shù)據(jù)被進(jìn)一步傳輸→SIG200將IO-Link或DI/DO信號轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場總線(Profinet等)或REST API 通訊信息

3、接線方案與成本對比

傳統(tǒng)方案：

● 為減弱現(xiàn)場EMC干擾造成的信號失真，模擬量傳感器需配有專門的屏蔽線纜，而屏蔽線纜的價格往往是普通標(biāo)準(zhǔn)IO線纜的4倍甚至更高

● 接線繁雜、用時長、容易出錯，外包布線后經(jīng)常出現(xiàn)EMC干擾，信號不穩(wěn)定等情況，需額外人工排查

● 需要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，存在信號失真

SICK方案：

● IO-Link數(shù)字量輸出，使用標(biāo)準(zhǔn)IO線纜，接線成本更低廉，且數(shù)字量輸出無懼電磁干擾，信號質(zhì)量高

● 無需數(shù)模轉(zhuǎn)換，直接數(shù)字量輸出，減少信號失真問題

● 一個網(wǎng)關(guān)最多支持8個IO-Link傳感器，接線簡單，布線方便，傳感器出錯易排查。

4、調(diào)試與更換

傳統(tǒng)方案：

● 傳感器出錯后，需要人工排查與重新調(diào)試，停機(jī)維護(hù)成本高

● 部分工廠環(huán)境相對惡劣，人工介入維護(hù)對人體產(chǎn)生損傷

● 更換傳感器時，人工調(diào)試更易引入操作誤差

SICK方案：

● 傳感器數(shù)據(jù)可直接上傳至云端，通過大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，制定相應(yīng)的維護(hù)與保養(yǎng)計劃

● 傳感器狀態(tài)實時監(jiān)控，可以根據(jù)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，減少意外停機(jī)成本

● 更換傳感器可直接從云端下載配置參數(shù)文件，無需人工調(diào)整，即插即用，省時省力

● 傳感器參數(shù)可復(fù)制，可以復(fù)制到其他傳感器，快速批量調(diào)節(jié)

5、方案總結(jié)

IO-Link屬于點對點的數(shù)字量通訊，與傳統(tǒng)的模擬量信號相比，不易受外部干擾，無需使用屏蔽電纜，也可以消除模擬量中數(shù)模轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的信號失真問題，同時IO-Link信號可遠(yuǎn)程讀取傳感器參數(shù)，也可以遠(yuǎn)程監(jiān)控及設(shè)置傳感器

傳統(tǒng)模擬量：

● 容易傳輸線路上受干擾，需使用屏蔽線纜

● 測量值需經(jīng)多次數(shù)模轉(zhuǎn)換，易導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真

IO-Link信號：

● 數(shù)字信號傳輸，不懼干擾，無需使用屏蔽線纜

● 直接輸出數(shù)字量、無需轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)更可靠

● 數(shù)據(jù)雙向通訊、可遠(yuǎn)程監(jiān)控傳感器狀態(tài)，也可遠(yuǎn)程調(diào)試傳感器

● 開關(guān)量與數(shù)字量共用，無需更改接線

SICKIO-Link 網(wǎng)關(guān)——SIG350 & SIG200

SIG350 為工廠自動化和物流自動化而生

● 簡化裝配線的安裝工作

● 監(jiān)控數(shù)據(jù)的動態(tài)變化來預(yù)告風(fēng)險，減少停機(jī)時間

● 高效集成多個傳感器與執(zhí)行器

● 可視化并分析IIOT應(yīng)用中的數(shù)據(jù)，精確到每個傳感器與執(zhí)行器

● 新增端口類型Class B，可支持直流電機(jī)或閥島等的連接

SIG200是IO-LINK工業(yè)網(wǎng)關(guān)，可以收集IO-LINK信號和I/O信號轉(zhuǎn)化為總線信號與上位機(jī)通訊，同時支持REST API(基于HTTP的通訊協(xié)議)。內(nèi)部集成邏輯編輯器，可進(jìn)行與、或、非、計時、計數(shù)等簡單邏輯工作，實現(xiàn)邊緣計算。

五大獲益：

● 運行狀態(tài)可視化，便于診斷與維護(hù)

● 同時搭載普通IO及帶通訊的智能傳感器，由SIG200匯總信息上傳上位機(jī)或云端

● 通過軟件簡易編程，無需修改PLC程序

● 簡潔布線，減少排查時間，提高保護(hù)等級

● 配置時間短，參數(shù)可存儲至云端，更換只需下載