Các ứng dụng chính của cảm biến quang điện trong tự động hóa là gì?

Tự động hóa Hệ thống Băng tải với Phát hiện Đối tượng Theo thời gian thực

Phát hiện sự hiện diện của đối tượng theo thời gian thực để khởi động/dừng động cơ đồng bộ

Cảm biến quang điện phát hiện các vật phẩm trên băng chuyền mà không cần tiếp xúc, thay vào đó sử dụng tia hồng ngoại để nhận diện vật thể khi chúng đi qua. Các cảm biến này được kích hoạt khi có vật thể đi vào hoặc rời khỏi khu vực đã định, gửi tín hiệu để khởi động hoặc dừng động cơ nhằm đảm bảo mọi thứ di chuyển trơn tru theo dòng sản phẩm trong hệ thống. Kết quả là? Ít xảy ra tắc nghẽn hơn vì các vật không bị kẹt, các bộ phận kéo dài tuổi thọ do giảm tải trọng, và các nhà máy thực sự tiết kiệm khoảng 40 phần trăm chi phí điện năng so với việc vận hành máy móc suốt cả ngày. Điều làm nên điểm nổi bật của các cảm biến này chính là khả năng hoạt động hiệu quả dù được lắp đặt tại những nơi có rung động từ máy móc nặng – điều kiện khiến hầu hết các thiết bị khác bị ảnh hưởng.

Tích hợp với PLC để tối ưu hóa thời gian và năng suất

Khi các cảm biến quang điện được kết nối với PLC (Những bộ điều khiển logic có thể lập trình), chúng tạo thành một vòng lặp điều khiển đáp ứng hoạt động trong thời gian thực. Cách nó hoạt động khá đơn giản thực sự dữ liệu cảm biến đi thẳng vào bộ não logic của PLC, sau đó làm cho những điều chỉnh siêu nhanh về tốc độ hoặc chậm vận chuyển chuyển giữa các khu vực xử lý khác nhau. Điều này làm là thu hẹp những khoảng cách thời gian khó chịu xảy ra trong quá trình sản xuất, và theo các thử nghiệm thực địa chúng tôi đã thấy tốc độ tăng khoảng 25% ở một số cơ sở. Một điều thú vị khác là lập trình PLC cho phép các thiết lập phản ứng tùy chỉnh tùy thuộc vào loại sản phẩm đang di chuyển qua dòng. Và còn một điều nữa những bộ điều khiển thông minh đi kèm với các tính năng chẩn đoán sẽ thông báo cho nhân viên bảo trì khi cảm biến bắt đầu trôi ra khỏi đường thẳng trước khi ai đó nhận thấy bất kỳ sự sụt giảm nào về chất lượng hiệu suất.

Nghiên cứu điển hình: Điều chỉnh tốc độ băng chuyền trong dây chuyền lắp ráp ô tô bằng cảm biến tia xuyên

Một nhà máy sản xuất ô tô lớn đã lắp đặt các cảm biến loại phá tia dọc theo dây chuyền lắp ráp khung xe để theo dõi việc di chuyển các bộ phận qua những băng chuyền rộng 3 mét. Hệ thống hoạt động khá thông minh - nó sẽ điều chỉnh tốc độ băng chuyền tùy theo tình trạng tại từng trạm. Khi các robot hàn hoàn thành sớm, băng chuyền sẽ tăng tốc. Nhưng bất cứ khi nào có thay đổi dụng cụ ở trạm phía sau, mọi thứ sẽ chậm lại để tránh ùn tắc. Sau sáu tháng theo dõi số liệu cho thấy những cải thiện đáng kể: chu kỳ sản xuất nhanh hơn 18%, tiết kiệm khoảng 22 nghìn đô la mỗi tháng tiền điện, và sự cố hỏng hóc thiết bị giảm gần một phần ba so với trước khi triển khai mạng cảm biến này.

Tối ưu hóa xử lý vật liệu và dây chuyền đóng gói

Các cảm biến quang điện hiện nay đảm nhận nhiều nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực xử lý vật liệu: đếm sản phẩm, phát hiện khoảng trống giữa các mặt hàng và theo dõi mức độ đầy của các thùng chứa, đồng thời giảm thiểu sai sót khoảng 30% trên toàn bộ dây chuyền đóng gói. Độ chính xác mà chúng mang lại giúp cắt giảm lãng phí nguyên vật liệu, tăng tốc độ vận hành dây chuyền và hỗ trợ doanh nghiệp tuân thủ các nguyên tắc sản xuất tinh gọn – yếu tố đặc biệt quan trọng trong các ngành có quy định nghiêm ngặt như chế biến thực phẩm, sản xuất dược phẩm và lắp ráp hàng tiêu dùng. Trong việc phát hiện khoảng trống, các cảm biến này có thể dừng băng chuyền gần như tức thì nếu có vật cản, từ đó tiết kiệm chi phí bằng cách tránh được các sự cố tốn kém và thời gian ngừng hoạt động bất ngờ. Việc giám sát mức độ đổ đầy đảm bảo mỗi thùng chứa đều được đổ đúng mức, giúp doanh nghiệp không bị lãng phí tới 25% nguyên liệu thô mỗi năm. Và chưa kể đến tính năng đếm thời gian thực, truyền dữ liệu trực tiếp vào hệ thống quản lý tồn kho, giúp các nhà sản xuất kiểm soát tốt hơn việc sản xuất sản phẩm khi nào và số lượng bao nhiêu.

Đếm, phát hiện khoảng trống và giám sát mức độ lấp trong các đường đóng gói

Các ứng dụng này dựa trên các cảm biến quang điện để điều khiển tốc độ cao, độ chính xác cao:

• Đếm số lượng kiểm tra số lượng mặt hàng trên dây đai di chuyển nhanh - thiết yếu cho sự tuân thủ trong bao bì dược phẩm và thực phẩm, khi tính sai rủi ro hình phạt quy định.
• Khám phá khoảng cách xác định các mặt hàng bị thiếu hoặc khoảng cách không đều giữa các sản phẩm, kích hoạt dừng tự động để tránh đống và không được cung cấp.
• Giám sát mức độ lấp kiểm tra mức độ chất lỏng hoặc rắn trong thùng chứa để tối ưu hóa khối lượng lấp và giảm thiểu tràn hoặc không đầy đủ.

Các lợi ích chính bao gồm:

• giảm 15-20% việc làm lại thông qua việc sửa lỗi ngay lập tức
• Chi phí hoạt động thấp hơn thông qua ít kiểm tra thủ công hơn
• Tăng cường tính bền vững bằng cách hạn chế chất thải vật liệu

Các cảm biến khuếch tán so với phản xạ: Hiệu suất trong môi trường bao bì bụi

Việc lựa chọn cảm biến rất quan trọng khi làm việc ở những nơi đầy bụi như nhà máy bột, nhà máy xi măng, hoặc bất cứ nơi nào xử lý ngũ cốc. Các cảm biến phân tán thông thường phát ra ánh sáng hướng tới bất cứ thứ gì chúng đang cố gắng phát hiện, nhưng chúng gặp vấn đề khi có rất nhiều bụi trôi xung quanh bởi vì các tín hiệu bị phân tán khắp mọi nơi. Điều này làm cho chúng không chính xác hầu hết thời gian, thường giảm xuống dưới 85% độ chính xác khi bụi thật sự dày. Mặt khác, các cảm biến phản xạ ngược hoạt động khác bằng cách sử dụng ánh sáng phân cực cùng với các bộ phản xạ đặc biệt giúp chặn các phép đọc sai. Chúng có xu hướng duy trì độ tin cậy ngay cả khi mọi thứ trở nên lộn xộn, giữ tỷ lệ phát hiện trên 95% bất chấp tất cả các hạt cát. Sự khác biệt chính giữa các lựa chọn này là chúng xử lý tốt những điều kiện bụi bặm đầy thách thức.

Việc lựa chọn cảm biến phản xạ ngược trong các dây chuyền đóng gói yêu cầu cao đã được chứng minh là giảm 40% thời gian ngừng hoạt động liên quan đến cảm biến.

Phát hiện tốc độ cao để phân loại và độ chính xác trên dây chuyền sản xuất

Đạt được kiểm tra trên 10.000 chi tiết mỗi phút với công nghệ LED điều chế

Các cảm biến quang điện ngày nay dựa trên công nghệ LED tần số cao, có thể phát hiện các đối tượng di chuyển nhanh hơn 10.000 chi tiết mỗi phút (ppm), điều này gần như là thiết yếu đối với các hoạt động quy mô lớn như dây chuyền phân loại, nhà máy đóng chai và các xưởng lắp ráp linh kiện điện tử. Những cảm biến này không bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng thông thường hay độ rung – những yếu tố gây phiền toái cho các hệ thống cũ, giúp giảm khoảng bốn phần năm các lần kích hoạt nhầm ngay cả khi môi trường sản xuất trở nên phức tạp. Vì chúng hoạt động mà không cần tiếp xúc trực tiếp, nên cảm biến duy trì hiệu suất ổn định trong khi các phương pháp truyền thống bắt đầu xuống cấp. Điều này đồng nghĩa với việc giảm thiểu tình trạng đình trệ sản xuất và nâng cao độ tin cậy tổng thể của hệ thống trong giai đoạn vận hành tối đa.

Định vị dưới một milimét bằng cảm biến quang điện phản xạ phân cực

Khi nói đến những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như đặt các tấm bán dẫn hoặc lắp ráp các bộ phận nhỏ, cảm biến quang điện phản xạ phân cực có thể định vị các đối tượng trong phạm vi khoảng nửa milimét. Những cảm biến này được trang bị bộ lọc đặc biệt giúp loại bỏ các phản xạ gây khó chịu từ bề mặt kim loại bóng, nhờ đó chúng có thể phát hiện đối tượng một cách đáng tin cậy mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Các cánh tay robot được trang bị cảm biến này có thể đặt các bộ phận dễ vỡ một cách lặp lại với độ đồng nhất đáng kinh ngạc—điều mà các công tắc cơ học truyền thống không thể làm được. Các nhà máy áp dụng công nghệ này báo cáo tỷ lệ sản phẩm bị hư hỏng giảm và chi phí bảo trì giảm khoảng từ 35 đến 40 phần trăm. Điều này đang tạo ra sự khác biệt lớn tại những nơi sản xuất mà mỗi phần nhỏ của milimét đều có ý nghĩa.

Tích hợp thông minh: Xu hướng IO-Link và Bảo trì dự đoán

Sự gia tăng của cảm biến quang điện IO-Link trong bảo trì dự đoán

Công nghệ IO-Link biến các cảm biến quang điện thông thường thành các thiết bị biên thông minh vì cho phép chúng gửi và nhận thông tin chẩn đoán theo thời gian thực. Hãy nghĩ đến những điều như khi ống kính bị bẩn, nhiệt độ thay đổi thế nào theo thời gian, hay chất lượng tín hiệu so với nhiễu nền ra sao. Các đội bảo trì thực sự có thể khắc phục sự cố trước khi chúng trở thành vấn đề lớn. Thay vì chờ đợi đến khi một thứ gì đó ngừng hoạt động, công nhân có thể làm sạch những ống kính khó chịu này hoặc điều chỉnh cài đặt trong khi mọi thứ vẫn đang hoạt động tốt. Các cơ sở đóng chai đã ghi nhận những kết quả ấn tượng từ cách tiếp cận này, giảm khoảng 45 phần trăm các lần dừng máy bất ngờ theo báo cáo của Automation World năm ngoái. Lấy ví dụ về hiện tượng tích tụ bụi trên các thành phần quang học: các cảm biến phát hiện những hạt nhỏ này từ rất sớm, lâu trước khi ai đó nhận thấy bất kỳ sự suy giảm độ chính xác nào. Với các hệ thống phân loại ngày càng nhanh hơn lại phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của cảm biến, các nhà sản xuất đang đưa việc tích hợp IO-Link vào danh sách bắt buộc trong kiểm tra kỹ thuật. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ máy móc, tiết kiệm chi phí về lâu dài và làm cho hoạt động sản xuất ít dễ bị gián đoạn hơn.