Научитесь создавать систему фотоэлектрических датчиков с использованием Arduino Uno и OpenPLC.

Важнейшим компонентом, используемым в сфере управления (и других, конечно), является электронный датчик. Важность электронного датчика в производстве заключается в возможности получать данные о производительности от различных систем автоматизации на основе мехатроники. Мехатроника — это междисциплинарная область, которая объединяет механические системы с электрическими системами, включающими цифровое управление, электронные датчики и управляющее программное обеспечение.

Типичный подход к управлению мехатроникой заключается в использовании компьютеризированного контроллера, способного контролировать технологические процессы и управлять электромеханическими приводами. ПЛК (программируемый логический контроллер) — это компьютеризированный промышленный контроллер, способный выполнять такие промышленные задачи. Благодаря электронному датчику ПЛК может контролировать различные производственные процессы и способствовать улучшению характеристик электромеханического привода.

Учитывая эту исходную информацию, в этом проекте будет рассмотрено создание специального электронного датчика, фотоэлектрического переключателя (также известного как фотоэлектрический датчик), и его использование с платформой Arduino OpenPLC.

Фототранзистор — это полупроводниковый компонент, который обнаруживает и преобразует свет в электрический сигнал и предназначен для реагирования на свет, а не на входное напряжение. Как и обычный транзистор, фототранзистор состоит из базового, коллекторного и эмиттерного слоев. Светочувствительным слоем является переход база-коллектор. Когда свет падает на переход база-коллектор, создается поток электронов, обеспечивающий усиление тока внутри транзистора. Фототранзисторы упакованы в виде двух выводных или резьбовых компонентов, как показано на рисунке 1.

Кроме того, электронное обозначение фототранзистора показано на рисунке 2.

Поскольку переход база-коллектор является чувствительным слоем, двухконтактный компонент, состоящий из выводов коллектора и эмиттера, представляет собой обычно производимую полупроводниковую деталь, продаваемую через дистрибьюторов электронных компонентов. Фототранзистор обычно конфигурируется как NPN-устройство, использующее переход база-коллектор в качестве внутреннего светочувствительного элемента. При наличии света переход база-коллектор обеспечивает проводимость перехода база-эмиттер, превращая устройство в оптоэлектрический переключатель. Другой термин, используемый для описания присутствия света, — это фотоэмиссионность, то есть когда базовый коллектор фототранзистора находится в присутствии света, и испускание электронов включает этот твердотельный компонент излучения.

Как и концевой выключатель, функция оптоэлектрического переключения фототранзистора может обнаруживать объекты без физического контакта. В отличие от концевого выключателя, оптоэлектрическое переключение фототранзистора не имеет движущихся частей. Следовательно, фототранзистор имеет более длительный срок службы при переключении, чем концевой выключатель. В целом, более длительный срок службы фототранзистора обусловлен отсутствием механического износа контактов, как у типичного концевого выключателя.

На рисунке 3 показана внутренняя структура типичного фототранзистора.

Понимая работу фототранзистора, мы создадим фотоэлектрический переключатель для взаимодействия с нашим концептуальным ПЛК Arduino, используя лестничную диаграмму OpenPLC (LD).

Фотоэлектрический переключатель (или датчик) — это электронное устройство, которое может обнаруживать отсутствие или присутствие объекта с помощью света и использует фотоэмиссионные устройства, такие как фотодиоды или фототранзисторы, для обнаружения света. Фотоэлектрический переключатель имеет различные методы обнаружения света для определения отсутствия или присутствия света, в том числе:

В отражательном методе, показанном на рисунке 4, используется один корпус для упаковки передатчика и приемника света. При этом методе светоприемник имеет фотодиод или фототранзистор для обнаружения света, излучаемого лазером или светодиодом (светоизлучающим диодом). Свет, излучаемый светодиодом или лазером, отражается от объекта (мишени) и обнаруживается фототранзистором или фотодиодом.

Метод сквозного луча (рис. 5) разделяет компоненты передатчика и приемника, при этом размещение мишени между передатчиком и приемником прерывает свет.