Промышленная автоматика

В настоящее время современная промышленность находится на таком этапе развития, что любой технологический процесс не обходится без средств автоматизации, и с каждым днём их востребованность в мире возрастает. Одним из основных средств при этом являются промышленные датчики обратной связи и концевые выключатели. Нет ни одной отрасли промышленности, в которой в той или иной степени не задействовались бы датчики. Они широко используются в полиграфических, текстильных машинах, медицинской аппаратуре, для дистанционного управления и регулирования, при автоматизации машин и устройств, работающих в агрессивных средах, в условиях пожаро- и взрывоопасности, радиации, а также при значительных вибрациях, высоких температурах и т.д.

Компания Leuze Electronic, являясь одним из мировых лидеров в области разработки и внедрения устройств для автоматизации производственных процессов, уже на протяжении 50 лет разрабатывает, производит и поставляет оптоэлектронные, ультразвуковые, ёмкостные и индуктивные датчики, системы идентификации, обработки изображения, системы передачи данных, а также системы промышленной безопасности с возможностью подключения всех видов промышленных сетей и интерфейсов, отвечающих современным потребностям производства, на динамично развивающемся рынке автоматизации.

Классификация

Выбирая датчик, нужно определиться с его характеристиками, которые будут необходимы для выполнения имеющейся технологической задачи. Основными критериями выбора являются разрешающая способность, рабочее расстояние, быстродействие, степень защиты корпуса, надёжность, габаритные размеры, стоимость и некоторые другие. Компания Leuze Electronic имеет огромную номенклатуру продукции и производит большинство известных типов промышленных датчиков и систем автоматизации, которые могут быть классифицированы следующим образом.

По типу выходного сигнала

• Дискретные – к ним относят электромеханические, фотоэлектрические, ультразвуковые и другие датчики (нормально разомкнутые и нормально замкнутые) – устройства, которые имеют только два коммутационных состояния (открыт или закрыт) и которые предназначены для преобразования установленной физической величины или результата обнаружения промышленных объектов в число импульсов.
• Аналоговые – это датчики, выходным сигналом которых является аналоговое напряжение или ток, пропорциональный изменению входной величины. Наиболее важным параметром для аналоговых выходов является скорость обновления и колебания выходного сигнала.
• Цифровые – используют последовательный или параллельный код, либо специальные интерфейсы, такие как импульсный (время между сигналами запроса и ответа прямо пропорционально установленной величине), синхронно-последовательный SSI (сигнал о величине посылается на контроллер последовательно в кодовой последовательности данных), протоколы полевых шин, таких как CANopen (информация об объекте отправляется на контроллер через шину CAN – BUS в виде так называемых Объектов Обработки Данных), DeviceNet (сетевой шинный протокол, который позволяет осуществить связь между сенсорами и контроллером с запоминающим устройством), а также ProfiBUS, Ethernet, и другие.

По типу взаимодействия с объектом управления

• Контактные датчики – это датчики, предназначенные для использования в прямом механическом контакте с объектом контроля.
• Бесконтактные датчики – это устройства промышленной автоматики, предназначенные для контроля положения объектов без механического контакта с ними.

По принципу действия

Оптические, ультразвуковые, емкостные, индуктивные.

По типу измеряемой величины или признака

Положение, расстояние, скорость, ускорение, форма объекта, цвет, контраст, люминесценция.

По способу применения и предназначения

Датчики промышленной автоматики, системы безопасности на производстве, системы идентификации и логистики.

Отрасли

Вышеприведённая классификация соответствует типам промышленных датчиков и систем идентификации и безопасности компании Leuze Electronic, применяемых в автоматизированных системах управления и контроля. Основные усилия промышленной автоматики Leuze Electronic сосредоточены в следующих отраслях:

• Полиграфия (типографии, производители печатного оборудования) – в частности, Bielomatik, Koenig & Bauer, Manroland, Pitney Bowes, KBA, Colorman и др.
• Складская отрасль (предприятия с автоматизированными складскими системами и системами внутренней логистики) – Michelin, Kodak, Stora Enso, BHS, Dematic, Miele, Procter & Gamble, Witron и др.
• Упаковка (производители упаковочных машин) – Krones AG, PAGO, Multivac, Bosch, Uhlmann и др.
• Пищевая промышленность (предприятия лёгкой промышленности и автоматизированные конвейерных линии розлива) – Coca-Cola, Efes Pilsener , Krones, Stratec Control-Systems и др.
• Медицинская промышленность (фармацевтическое производство) – Aventis, Fresenius, Novartis, Roche и др.
• Машиностроение (станкостроение, приборостроение, автомобилестроение) – в частности, крупнейшие машиностроительные концерны AUDI, BMW, VW, Toyota, Porsche, Borries, Claas и др.

Полиграфия

В печатной промышленности при ролевой печати уже на стадии загрузки и смены рулонного материала (рис. 1) фотоэлектрические датчики Leuze Electronic обеспечивают бесперебойную работу системы благодаря своей высокой надёжности и отказоустойчивости. Сканеры штрих-кодов BCL 8 и BCL 34 и системы машинного зрения LSIS и visionPOWERBOX обеспечивают в это время надёжную идентификацию и позиционирование печатных форм. Системы контроля места склейки на полимерных и бумажных рулонных материалах, системы обрыва полотна с настраиваемым затемнением заднего фона, а также системы контроля кромок с аналоговым выходом по току или напряжению – все они в режиме реального времени следят за печатным процессом и гарантируют безошибочную работу машины. Для обеспечения безопасности персонала на производстве применяются одно- и многолучевые барьеры безопасности, световые завесы и панорамные лазерные сканеры безопасности, предотвращающие столкновения самодвижущихся вагонеток-манипуляторов.

Рис. 1. Смена рулонного материала.

В листовой печати решения Leuze Electronic хорошо зарекомендовали себя в самых ответственных механизмах: сервоприводе подачи стапеля, устройстве высоты стапеля, а также в системе контроля наслоения листа (рис. 2).

Рис. 2. Система контроля наслоения листов Leuze DB 14B.

Все промышленные датчики позволяют эффективно обнаруживать объект и точно измерять расстояния до него, включая объекты с блестящими поверхностями сложной структуры и прозрачные материалы. В загрязненной и пыльной среде широкое применение находят ёмкостные датчики. Системы машинного зрения, идентификации по штрих-коду и RFID автоматизируют процессы подготовки к печати и используются в периферийном оборудовании.

В послепечатной обработке, например, в штамповочных прессах используются ёмкостные и ультразвуковые системы контроля наслоения листового материала VDB 14B. Для определения наличия листов в резательно-фальцевальных и переплётных машинах работают датчики, которые безошибочно распознают разнообразные поверхности.

Складская отрасль, логистика

Промышленные датчики Leuze Electronic обеспечивают высокую производительность при помещении товара на склад или отгрузке его со склада, что достигается за счет быстрого и точного позиционирования передвижных систем с учетом всех параметров (рис. 3), даже в условиях воздействия постороннего внешнего освещения.

Рис. 3. Передвижные складские системы.

Высокая степень повторяемости и воспроизводимости сигналов, а также простота настройки датчиков делают их подготовку к использованию или восстановление ранее установленных режимов работы быстрыми и легкими обеспечивая бесперебойную работу системы (рис. 4).

Рис. 4. Бесперебойная обработка грузов.

При позиционировании транспортной каретки с грузом у заданной складской ячейки оптические датчики HRTR 46B-Teach и HRTL 96B позволяют определить степень заполнения складских ячеек и предотвратить установку товаров в уже занятые ячейки, не допуская тем самым падения товаров со стеллажа. Точность пороговых точек переключения и быстрый алгоритм обучения датчиков Leuze Electronic гарантируют предотвращение сквозного проталкивания грузов в ячейках.

Индивидуально выбираемые принципы считывания, например, по линейному штрих-коду, двухмерному 2D-коду или радиочастотным меткам RFID гарантируют высокие эксплуатационные показатели устройств сканирования. Наши промышленные датчики демонстрируют отличное распознавание и высшую степень надежности при работе с частично поврежденными кодами, блестящими, темными или обмотанными лентой упаковками, а также при работе в неблагоприятных условиях окружающей среды (рис. 5).

Рис. 5. Системы идентификации по штрих-коду.

Постоянно возрастающие требования к динамическим характеристикам напольных безоператорных транспортных систем, широко использующихся в складских и производственных помещениях, диктуют необходимость применения самых лучших датчиков. Промышленные датчики должны быть достаточно интеллектуальными, чтобы не допустить столкновений и обеспечить плавное и равномерное движение при одновременной работе нескольких автоматических транспортных систем FTS на одном маршруте движения.

Возможность легкого и быстрого доступа, а также высокая эксплуатационная готовность являются базовыми условиями, определяющими экономическую целесообразность использования стеллажных систем с боковой загрузкой. Для этого требуются сверхточное позиционирование передвижных систем относительно стеллажных секций, а также безопасный доступ в соответствующий межстеллажный проход. Компания Leuze Electronic предлагает индивидуально разработанные технологические решения на основе датчиков SLS 96 и SLSR 46B, обеспечивающие безопасность межстеллажных проходов и напольных складских настилов.

Для того чтобы быстро и правильно рассортировать и распределить товар в соответствии с требованиями коммерческого заказа, необходимо обеспечить надежную и точную идентификацию товаров. Ручные считыватели штрих-кодов Leuze Electronic IT и FIS или современные технологии идентификации по 2D-кодам и RFID-меткам обеспечивают идеальные условия как для ручного, так и для автоматического способов идентификации товаров. Большое количество и разнообразие устройств идентификации компании Leuze Electronic повышают производительность и экономическую эффективность работы всего складского комплекса.

Упаковка

В результате совершенствования и увеличения быстродействия упаковочного оборудования появляются новые, всё более высокие требования к применяемым датчикам. Прецизионное, быстрое и надежное обнаружение блистерной упаковки и картона является приоритетным требованием в этой области. Сокращение интервала запуска оборудования ставит новые условия к быстродействию и времени самодиагностики систем безопасности и датчиков, применяемых в упаковочных машинах.

Несмотря на большую скорость технологических процессов, сканеры штрих-кодов BCL 8 обеспечивают безошибочное считывание фарм- и штрих-кодов на аннотациях и упаковках. Считывание штрих-кода, нанесённого методом струйной печати (Ink-Jet Optik), также не представляет трудностей для сканеров BCL 31/32/34 за счет специальной встроенной оптики. Радиочастотные системы RFID RFI/RFM/RFU позволяют считывать транспондеры через групповую упаковку во время движения по роликовому транспортёру готовой к упаковке продукции.

Промышленные датчики Leuze Electronic обеспечивают надёжную работу при упаковке или распаковке товаров на паллетайзерах и депаллетайзерах благодаря высокой точности позиционирования и повторяемости срабатывания для заданных пороговых точек. Оптические системы безопасности, которые разработаны для этих применений, отвечают за безопасную работу оборудования. Используемые совместно со световыми завесами безопасности датчики для функции подавления (Muting) (рис. 6), на практике существенно увеличивают надежность и отказоустойчивость оборудования и обеспечивают бесперебойность обработки паллетных грузов.

Рис. 6. Контроль проникновения в конвейерной и транспортной зонах.

Можно констатировать, что для машин, которые в повседневной жизни должны обеспечивать близкую к 100% безотказность в работе, необходимы эффективные и не требующие обслуживания датчики. Надежное обнаружение одноразовой и многоразовой упаковки, а также необходимость точного ее учета предъявляют высокие требования к оптическим датчикам. Специально разработанные для этих задач датчики Leuze Electronic рефлекторного (RK, PRK) и диффузионного (RT, HRT) типа призваны обеспечить необходимую надежность оборудования упаковочной отрасли.

Пищевая промышленность: автоматизированные линии розлива

Датчики Leuze Electronic во всем мире обеспечивают бесперебойную работу автоматических линий розлива. Благодаря многолетнему опыту и инновационным решениям наши датчики соответствуют техническим требованиям и могут работать в экстремальных условиях окружающей среды, которые создаются при этих технологических процессах. С задачей обнаружения бесцветного стекла и ПЭТ-бутылок легко справляются датчики Leuze Electronic даже в самых экстремальных условиях окружающей среды (рис. 7), а благодаря новой линейке датчиков серий 53/55 с корпусом из нержавеющей стали, Leuze Electronic опередила многие существующие стандарты и предлагает решение, ориентированное на будущие требования в этой отрасли промышленности.

Рис. 7. Обнаружение бесцветного стекла и ПЭТ-бутылок.

Благодаря короткому времени реакции датчиков обеспечивается высокая повторяемость момента срабатывания и точное позиционирование при скоростях в 120 м/мин. Поэтому при большом многообразии форм и видов этикеток, присутствующих на рынке, датчики этикетки Leuze Electronic обеспечивают достаточный функциональный резерв для их однозначного обнаружения. Для решения задач, определяемых этими высокими требованиями, Leuze Electronic предлагает самый широкий спектр продуктов и решений для этого рынка. Во всех этикетировочных машинах применяются датчики серии 3B, 25B, 46B для обнаружения конца ленты или ее обрыва. Для обнаружения кромок и меток используются датчики контрастных и люминесцентных меток KRT, CRT, LRT . Щелевые датчики GS, GK, GSU определяют край самоклеющихся этикеток на ленте. При помощи специальных датчиков на готовой продукции осуществляется контроль наличия, ориентации, и качества этикетки. Наши датчики, сканеры штрих-кода и радиочастотные системы идентификации могут работать в самых сложных условиях и при этом справляются с такими нетривиальными задачами, как, например, считывание частично поврежденных кодов, обнаружение упакованных в стрейч-пленку объектов, а также объектов с темной или блестящей поверхностью, что обеспечивает надежную бесперебойную работу оборудования.

Фармацевтика

Растущие требования в области гигиены, функциональности и продолжительности службы в очень тяжелых условиях эксплуатации в фармацевтической промышленности распространяются также и на применяемые датчики. Использование реагентов и высоких температур при производстве стерильных препаратов оказывает негативное влияние на срок службы датчиков, поэтому в соответствии с современными стандартами по химической стойкости к чистящим реагентам и гигиеническим требованиям ECOLAB, CleanProof+ и EHEDG компания Leuze Electronic в сотрудничестве с ведущими производителями оборудования для фармацевтической отрасли разработала промышленные датчики серии 53/55 в корпусе из нержавеющей стали, которые могут работать в самых экстремальных условиях окружающей среды.

Производители оборудования для фармацевтической отрасли больше других нуждаются в снижении рисков, связанных с возникновением брака или дефекта в готовой продукции. Таким образом, идентификация и распознавание брака или несоответствия продукции или упаковки на конечном этапе контроля производства препаратов являются приоритетными направлениями усовершенствования систем считывания штрих-кодов и систем промышленного зрения. Компания Leuze Electronic предлагает широкий выбор сканеров всех видов промышленных кодов, рассчитанных на самые тяжелые условия эксплуатации без снижения быстродействия системы. Системы технического зрения VisionPOWERBOX и смарт - камеры LSIS позволяют с высоким разрешением распознавать дефекты и любые отклонения от нормы как самой продукции, так и её тары.

Машиностроение

Машиностроение на сегодняшний день является ведущей отраслью современной промышленности. Её развитие во всём мире достигло такого высокого уровня, что создание современных машин и приборов нельзя представить без инновационных технологий будущего. Уровень автоматизации на машиностроительных предприятиях позволяет создавать автоматизированные конвейерные, сборочно-покрасочные линии и гибкие производственные системы путём объединения различных мехатронных компонентов с целью получения полностью автоматизированных систем управления технологическими процессами, обеспечивающими необходимые характеристики по точности и быстродействию исполнительных органов системы при производстве конечной продукции. Компания Leuze Electronic, идя в ногу со временем, предлагает решения, основанные на использовании датчиков обратной связи для систем управления технологическими процессами, систем идентификации и позиционирования для контроля, сборки и внутренней логистики.

Машиностроение, являясь плацдармом для разработки, внедрения и применения новых технологий, вбирает в себя все инновационные решения современного производства, поэтому рассмотренные ниже применения датчиков Leuze Electronic являются лишь частными примерами их использования в машиностроении.

Одним из основных направлений машиностроения является автомобилестроение. Высокоточное производство качественных деталей и кузовов автомобилей, а также их транспортировка между производственными участками внутри предприятия требует от систем управления и исполнительных элементов высочайшей точности и отказоустойчивости в процессе работы. Так, например, для обеспечения перемещений кузовов автомобилей между цехами используются монорельсовые тельферные линии. Гибкость и эффективность работы рельсовой транспортной системы существенно зависит от правильного выбора сенсоров. Система позиционирования по штрих-коду BPS с использованием сканеров Leuze Electronic обеспечивает прецизионное позиционирование (с точностью до миллиметра) подвесных грузов на поворотах, наклонных участках и на стрелках рельсов. При транспортировке сборочных деталей по тельферным линиям системы позиционирования BPS и датчики контроля расстояния ODSL обеспечивают гарантированное предупреждение их столкновения. Лазерные сканеры безопасности RS-4, в свою очередь, обеспечивают надежную защиту операторов и персонала на опасных участках, где предусмотрен санкционированный доступ людей. Современные технологии идентификации (штрих-код, 2D-код, метки RFID) гарантируют максимальную производительность рельсовых транспортных систем.

Промышленная безопасность

Наряду с датчиками для автоматизации и системами идентификации и передачи данных, компания Leuze Electronic является одним из мировых лидеров по производству и внедрению систем промышленной безопасности на производственных участках с повышенными рисками. Все устройства фирмы Leuze Electronic спроектированы и произведены по европейским стандартам IEC/EN 61496, EN ISO 13849 с классом безопасности от 2 до 4 включительно.

Многолучевые световые барьеры безопасности серии SOLID, COMPACTplus, MLD и MLC в зависимости от разрешения и корректного монтажа смогут обезопасить зоны или точки доступа персонала к машине, как непосредственно на рабочем месте, так и на всём периметре вокруг него, гарантируя моментальное отключение работающих станков и механизмов при пересечении человеком границ поля безопасности. Подобные системы применяются прежде всего для предотвращения попаданий людей в зоны действия исполнительных механизмов роботизированных комплексов, гидравлических и механических прессов, пробивных и печатных станков, конвейеров и т.д.

Модельный ряд барьеров безопасности в своих сериях представлен моделями как с низкой стоимостью в стандартной базовой версии с функциями автоматического запуска/перезапуска и самотестирования прибора, так и в расширенной - с функциями контроля обмотки двигателя станка и дополнительного юстировочного лазера для монтажа и точной настройки систем. Семисегментный дисплей и различные варианты установки предполагают простое монтирование и эксплуатацию. Данные устройства поставляются с различными промышленными интерфейсами, что очень удобно для их интеграции в систему. При использовании барьеров совместно с реле безопасности MSI программно можно подключать дополнительные функции (Muting и Blanking) (рис.8).

Рис. 8. Функция подавления (Muting).

Функция подавления одного или нескольких лучей или всего блока безопасности позволяет временно и целенаправленно прекратить действие защитной функции: например, чтобы не останавливать каждый раз работу транспортера при поступлении паллет с товаром в охраняемую зону, используется функция подавления, распознающая приближающуюся паллету и временно отключающая срабатывание барьеров безопасности. Подобное распознавание по типу «свой – чужой» обеспечивается дополнительными датчиками, строго настраиваемыми на габариты паллет, поступающих в зону обработки груза.

Для более экономичного варианта контроля безопасности производственного пространства используются модификации барьеров с ограниченным количеством лучей – от одного до четырёх: MLD300/500. Сканеры безопасности Rotoscan RS4 с программно-регулируемыми зонами срабатывания и предупреждения позволяют получать предупреждающий сигнал при приближении человека к зоне срабатывания, и выключать машину при пересечении её границ. При установке на автоматических транспортных тележках сканер используется для предотвращения их столкновений с препятствиями на пути движения. Лазерный сканер Rotoscan RS4 является распространенной и эффективной системой безопасности, широко использующейся на производственных участках. Rotoscan RS4 соответствует высшему стандарту европейской безопасности SILCL 2. В отличие от световых барьеров он постоянно сканирует пространство перед собой в секторе 190º на расстоянии до 60 м с угловым разрешением 0.36°, создавая при этом три зоны: измерения – от 60 м до 20 м, предупреждения – от 20 м до 6 м и зону срабатывания – менее 6 м. В секторе сканирования, путем использования компьютерной графики, возможно создавать 4 пары зон «предупреждения-срабатывания» любой конфигурации – в зависимости от того, какие участки нуждаются в ограждении.

При технологической, конструкционной или экономической невозможности установки барьеров или сканеров безопасности, а также в цехах, где окружающая среда или условия технологических процессов настолько суровы, что мешают работе оптики, используются электромагнитные замки и блокираторы безопасности Leuze Electronic. Различные по физическому принципу действия и области применения защитные блокираторы и замки позволяют ограничивать или предотвращать несанкционированный доступ в защищаемую территорию путём подачи электрического сигнала на блок управления или путём механического или электромагнитного блокирования замка. Также при невозможности остановки станка в штатном режиме, или когда машина или технологическая линия очень большая и имеет множество зон доступа, которые нужно ограничивать, или экстренно выключать оборудование на удалении от реле безопасности или блоков управления, компания Leuze еlectronic предлагает решение, основанное на применении аварийных тросовых выключателей. Путём резкого воздействия оператора на аварийный трос в любом доступном для этого месте, выдаётся управляющий сигнал, несущий информацию об экстренной остановке оборудования.

Таким образом, компания Leuze еlectronic, являясь одним из мировых лидеров по производству промышленных датчиков, на сегодняшний день производит и поставляет устройства промышленной автоматики практически для всех отраслей экономики со всеми известными промышленными интерфейсами и типами выходного сигнала, отличающиеся по принципу действия, по типу измеряемой величины и предназначению.