المشفّرات الدورانية والحساسات الكهروضوئية من SICK: دليل رصد الحركة وكشف الأجسام

غالباً ما يراقب المشفّر الدوراني والحساس الكهروضوئي الحركة نفسها في خط الأتمتة، لكنهما لا ينتجان المعلومات نفسها. يحوّل المشفّر الدوراني معلومات موضع عمود الدوران وسرعته واتجاهه، أو الحركة الدورانية المنقولة إلى آلية خطية، إلى إشارة كهربائية. أما الحساس الكهروضوئي فيكشف وجود جسم أو مروره أو حافته أو وجوده ضمن نطاق مسافة محدد، اعتماداً على إرسال الضوء واستقباله. لذلك، لا يبدأ الحل الصحيح بمجرد اختيار مسافة الكشف أو عدد النبضات من الكتالوج، بل بتحديد الحدث الفيزيائي الذي يحتاج نظام التحكم إلى معرفته، والدقة وزمن الاستجابة المطلوبين.

يتناول هذا الكتالوج ودليل الاختيار عائلة المشفّرات الدورانية التزايدية SICK DFS60 وعائلة الحساسات الكهروضوئية المصغّرة W4 بوصفهما مثالين عمليين. ويجب مراعاة أن الخصائص المذكورة على مستوى العائلة لا تتوافر بالتوليفة نفسها في كل رمز طلب. فنوع العمود والواجهة الكهربائية والتوصيل ومادة الهيكل والمبدأ البصري ومصدر الضوء وخرج التبديل ومقاومة الظروف البيئية تختلف باختلاف الطراز. ويجب التحقق من رمز المنتج النهائي بالرجوع إلى البيانات الفنية الحالية وتعليمات التركيب ومواصفات مدخل الجهاز المتصل، وباستخدام عينة فعلية من التطبيق.

حدّد أولاً الحدث المراد قياسه وقرار التحكم

قد تبدو مهام تنظيم السرعة وطول القطع وعدّ المنتجات ومراقبة الانحشار على ناقل متقاربة، لكنها تتطلب معلومات مختلفة من الحساسات. تتيح سلسلة النبضات الواردة من المشفّر لوحدة التحكم حساب مقدار الحركة، وحساب السرعة من التردد. أما إشارة التبديل الصادرة عن الحساس الكهروضوئي فتؤكد وصول المنتج إلى نقطة محددة. عند استخدام المشفّر وحده، قد لا يُكتشف انزلاق السير أو تأخر المنتج عليه؛ وعند استخدام الحساس الكهروضوئي وحده، لا يكون منحنى الحركة التفصيلي بين نقطتي الكشف معروفاً. وفي العمليات الحرجة، تتكامل الإشارتان لإتاحة مقارنة الحركة المتوقعة بالمرور الفعلي للمنتج.

لا يكفي ذكر «مشفّر دوراني» أو «حساس كهروضوئي» في المواصفات. بل يجب تحديد المحور المراد قياسه، والسرعتين القصوى والدنيا، والتسارع، واتجاه الدوران، ودقة التمييز المتوقعة، وحجم الجسم، ولون سطحه، ولمعانه، وشفافيته، ومسافة الخلفية، وزمن الدورة، ومعدل الكشف الخاطئ المسموح به. كما يجب معرفة مستوى جهد مدخل التحكم، وتردد العد، ومرشح الإدخال، والبنية التحتية لوحدة IO-Link الرئيسية قبل اختيار الحساس. وبذلك يُتجنب حل يمكن توصيله فعلياً، لكنه غير متوافق كهربائياً أو زمنياً.

عائلة المشفّرات الدورانية التزايدية DFS60: الواجهة لا تقل أهمية عن دقة التمييز

تقدّم SICK عائلة DFS60 بوصفها مشفّرات دورانية تزايدية قابلة للبرمجة وعالية دقة التمييز، بقطر هيكل يبلغ 60 mm. وتذكر صفحة المنتج الرسمية ضمن خصائص العائلة حداً أقصى يبلغ 65.536 نبضة لكل دورة، وخيارات عمود مصمت، وعمود مجوّف غير نافذ، وعمود مجوّف نافذ؛ وخيارات اتصال TTL RS-422 وHTL Push Pull وSin/Cos؛ وتوصيلات عبر موصلات ذكر M12 أو M23 أو كابل عام الاستخدام. كما تُدرج درجتي الحماية IP65 وIP67. وهذه تمثل نطاق خيارات عائلة المنتجات، ولا تعني توافر جميع الخصائص معاً في طراز واحد.

يحدد عدد النبضات عدد الأجزاء التي تُقسّم إليها الدورة الميكانيكية، لكنه لا يمثل بمفرده دقة القياس المطلقة. ويسهم عدم محاذاة العمود، ومرونة القارنة، وخلوص المحامل، والاهتزاز، وسعة عدّاد وحدة التحكم، ونسبة النقل الميكانيكي في عدم اليقين الكلي للقياس. وقد يؤدي عدد نبضات مرتفع جداً إلى تجاوز التردد المسموح به لعتاد الإدخال. ويجب حساب أقصى تردد للنبضات باستخدام عدد النبضات لكل دورة وأقصى سرعة دوران معاً، ثم التحقق من توافقه مع مدخل العدّاد السريع لوحدة التحكم. توفر إشارتا الطور A/B معلومات الاتجاه، وتدعم نبضة الصفر، إن وُجدت، عملية تحديد المرجع؛ ويُتحقق من ترتيب الإشارات وفقاً للطراز الكهربائي المختار.

اعتبر التوصيل الميكانيكي جزءاً من سلسلة القياس

يجب توصيل المشفّر ذي العمود المصمت بعمود المحرك أو الآلة باستخدام قارنة مناسبة. وقد يفرض التوصيل الصلب الذي لا يعوّض عدم المحاذاة أحمالاً شعاعية أو محورية غير مرغوبة على محامل المشفّر. وفي الطرازات ذات العمود المجوّف، يُختار قطر العمود وعنصر التثبيت ودعامة ردّ العزم معاً. ويجب أن تبقى تعامدية سطح التركيب وانحراف دوران العمود وعدم المحاذاة المسموح به للقارنة ضمن حدود الشركة المصنّعة. كما يجب ألا يُترك الكابل مشدوداً بحيث يحاول تدوير هيكل المشفّر، مع توفير تثبيت مناسب وسماحية للانثناء في مناطق الاهتزاز.

لا تتحقق درجة حماية الهيكل إلا مع التركيب الصحيح والتوصيل المتوافق المناسب. فالموصل المفتوح أو الحشية التالفة أو الشد غير الصحيح في جلاند الكابل لا يوفر الحماية نفسها. وفي المواقع المعرضة للغسل أو للمواد الكيميائية المركزة أو للتآكل، يمكن دراسة خيارات DFS60 Inox المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل منفصل؛ لكن يجب التحقق من توافق المادة مع المواد الكيميائية المستخدمة ودرجة الحرارة وطريقة التنظيف. ويجب عدم تعميم البيانات الميكانيكية والبيئية لطراز DFS60 العادي على طراز Inox أو العكس.

تقلل البرمجة تنوع قطع الغيار، لكنها تتطلب انضباطاً في إدارة التهيئة

قد تدعم إمكانية برمجة معلمات مثل دقة التمييز واتجاه العد ونبضة الصفر في طرازات محددة من عائلة DFS60 اعتماد عتاد موحّد لتطبيقات مختلفة. وتعرض صفحة منتجات SICK الجهاز المحمول PGT-10-Pro والأداة المعتمدة على الحاسوب PGT-08-S بوصفهما خيارين للبرمجة. ومع ذلك، تزيد قابلية البرمجة أهمية ملصق تعريف المنتج وإجراءات النسخ الاحتياطي. فقد ينتج عن مشفّرين متماثلين في العتاد سلوك تحكم مختلف تماماً عند ضبطهما بمعلمات مختلفة.

يجب إرفاق ملف المعلمات المعتمد عند التشغيل، ورمز المنتج، وإصدار البرنامج الثابت أو الأداة، وتاريخ التغيير بوثائق الصيانة. وبعد الاستبدال، لا يقتصر التحقق على التركيب الميكانيكي، بل يشمل أيضاً مستوى الخرج وعدد النبضات والاتجاه وإشارة المرجع ومعامل التحجيم في وحدة التحكم، من خلال اختبار وظيفي. وفي الطراز الذي تُستخدم فيه خاصية إعادة الضبط عن بُعد، ينبغي تقييم التدابير الكهربائية والبرمجية التي تمنع تفعيل المدخل المعني عن طريق الخطأ.

الحساسات الكهروضوئية المصغّرة W4: مهام بصرية متنوعة في هيكل صغير

توفر عائلة SICK W4 خيارات عديدة للهيكل والمادة ومصدر الضوء، لكشف خصائص مختلفة للأجسام في مساحات التركيب المحدودة. وتدرج الصفحة الرسمية للعائلة أساليب بصرية مثل DoubleLine وClearSens وV-optik وSpot Size Recognition؛ ووظائف مثل نقطتي تبديل مستقلتين، وخرج سريع لقيمة المسافة، وDustAlert؛ وخيارات PinPoint-Pro وPinPoint وLED بالأشعة تحت الحمراء والليزر الأحمر. وتدعم IO-Link ومساعدة المحاذاة البصرية وعناصر التشغيل الموجودة على الجهاز أعمال التشغيل الأولي والتشخيص، بحسب الطراز.

لا يشير مصطلح «الحساس الكهروضوئي» إلى مبدأ كشف واحد. ففي الحساس ذي الشعاع النافذ، يكون المرسل والمستقبل في هيكلين منفصلين، ويُكتشف الجسم عند قطعه مسار الضوء. وفي الحل ذي العاكس، يكون المرسل والمستقبل في الهيكل نفسه، ويقابلهما عاكس. أما حساس الانعكاس المنتشر فيقيّم الضوء المرتد من الجسم؛ ويساعد التصميم المزود بقمع الخلفية على التمييز بين الهدف والخلفية اعتماداً على المسافة. ويُختار المبدأ المناسب وفقاً لسطح الجسم وإمكانية الوصول للتركيب وتمديد الكابلات ومسافة الكشف ومخاطر الانعكاسات غير المرغوبة.

قيّم الجسم والخلفية باستخدام عينة فعلية

تفرض المنتجات الداكنة أو اللامعة أو المثقّبة أو غير المستوية أو الشفافة تحديات بصرية مختلفة. فالسطح الداكن يعيد كمية قليلة من الضوء، بينما قد يضلل السطح اللامع المستقبل بانعكاس مباشر. وقد يسمح الجسم المثقّب بمرور بقعة ضوئية صغيرة بشكل متقطع، مما يسبب تذبذباً في الخرج. أما الأغشية أو الزجاجات أو الصواني الشفافة، فقد لا تنتج تبايناً كافياً مع طريقة الانعكاس المنتشر القياسية. ويجب اختبار التقنية ومصدر الضوء المناسبين ضمن عائلة W4 باستخدام عينة الهدف والخلفية، عند مسافات وزوايا مختلفة.

يُقيّم حجم البقعة الضوئية بالاقتران مع أصغر تفصيل مطلوب كشفه ومسافة التشغيل. فقد تلتقط البقعة الصغيرة جداً حافة دقيقة، لكنها قد تعطي نتائج أكثر تفاوتاً مع الاهتزاز أو الأسطح المثقّبة. وقد توفر البصريات الخطية أخذ عينات أكثر استقراراً على الأسطح غير المنتظمة. ويجب ألا تُختار مسافة الكشف اعتماداً على القيمة القصوى في الكتالوج؛ بل يجب ترك هامش لتفاوت المحاذاة والاتساخ وأدنى انعكاسية متوقعة للهدف لضمان تشغيل موثوق. كما تُضاف أجزاء الآلة اللامعة القريبة وضوء الحساسات المقابلة إلى سيناريو الاختبار.

لا تنظر إلى IO-Link على أنه مجرد كابل اتصال

في طرازات W4 المناسبة، قد يدعم IO-Link إدارة معلمات الحساس من نظام التحكم والحصول على معلومات المسافة أو الانعكاسية أو ساعات التشغيل أو التشخيص. وتفيد هذه البنية في تحميل المعلمات المرتبطة بوصفة التشغيل عند تغيير المنتج، ومراقبة جودة الكشف، ونقل تنبيه الاتساخ إلى نظام الصيانة. لكن وجود IO-Link لا يعني أن جميع منتجات W4 توفر بيانات العملية والوظائف نفسها. ويجب التحقق من ملف تعريف الجهاز وطول بيانات العملية وزمن الدورة وفئة المنفذ وتوافق الوحدة الرئيسية بالنسبة إلى رمز الطلب المعني.

تُواءم بنية خرج التبديل PNP أو NPN، وسلوك التشغيل والإيقاف، ومخطط التوصيل، وتيار الحمل مع مدخل PLC. وتُسجّل إعدادات التعلّم أو الإعدادات المنفذة على الجهاز في نموذج التشغيل الأولي. وحتى عند استخدام IO-Link، يجب تحديد الحالة الافتراضية الآمنة، والسلوك عند فقد الاتصال، والتحقق من صلاحية القيم في برنامج PLC. ويجب عدم استخدام إشارة حساس كهروضوئي قياسي بديلاً عن جهاز حماية معتمد للسلامة.

الاستخدام المشترك: قارن الحركة المتوقعة بالمنتج الفعلي

في آلة القطع أو وضع الملصقات أو التعبئة، يحسب المشفّر الموضع النظري للمنتج من حركة السير، بينما يتحقق الحساس الكهروضوئي من التوقيت عبر كشف الحافة الأمامية الفعلية للمنتج. ويمكن لـ PLC تشخيص الانزلاق أو انقطاع نقل الحركة أو انحشار المنتج من خلال مراقبة الفرق بين الإشارتين. ويتطلب هذا النهج احتساب تأخير تبديل الحساس الكهروضوئي ومعامل تحجيم المشفّر صراحةً في منطق التحكم. ويجب الحفاظ على مرجع التركيب الميكانيكي بدلاً من الاستمرار في تصحيح موضع الحساس بلا حدود عبر إزاحة برمجية.

عندما تكون السرعة متغيرة، قد يؤدي التحكم القائم فقط على تأخير زمني ثابت إلى موضع غير صحيح. ويحافظ التفعيل المعتمد على المسافة والمستند إلى المشفّر على تباعد فعلي أكثر اتساقاً رغم تغير السرعة؛ بينما يؤكد الحساس الكهروضوئي وجود المنتج فعلياً. وللحصول على نتائج موثوقة، تُقيّم كل إشارة من حيث الطابع الزمني ومرشح الإدخال ودورة مهمة PLC. وعند التعامل مع أجسام سريعة جداً، يجب أن يكون زمن استجابة الحساس والحد الأدنى لعرض نبضة الخرج ضمن الحدود التي تستطيع وحدة التحكم رصدها.

خطة قبول التشغيل الأولي والصيانة

عند التشغيل الأولي للمشفّر، يُفحص عدم المحاذاة الميكانيكية وإحكام التوصيلات وتدريع الكابل؛ ثم يُختبر الاتجاه وعدّ النبضات عند سرعة منخفضة، وبعد ذلك التردد واستقرار الإشارة عند أعلى سرعة. وتُراقب إجراءات تحديد المرجع عند فصل الطاقة وإعادتها. وبالنسبة إلى الحساس الكهروضوئي، تُختبر العينات الأفتح والأغمق والأكثر لمعاناً والأكثر شفافية، إلى جانب السير الفارغ والخلفيات المختلفة وحالة الاتساخ المتوقعة. وتسهّل المراقبة المتزامنة لمؤشر LED في الحساس ومدخل PLC التمييز بين الكشف البصري وسلوك البرنامج.

لا تقتصر خطة الصيانة على الاستبدال بعد حدوث العطل. تُفحص قارنة المشفّر ووصلة العمود والكابل والموصّل دورياً للتحقق من عدم وجود تلف ميكانيكي. تُنظَّف عدسات الحساسات الكهروضوئية بالطريقة المناسبة، ويُفحص العاكس وحامل التثبيت والمحاذاة. تُحفظ النسخ الاحتياطية لإعدادات الأجهزة القابلة للتهيئة مع ضبط الإصدارات. وبعد الاستبدال، يُعاد التحقق من التهيئة والتوصيلات الكهربائية وإجراء الاختبار الوظيفي، حتى إن بدا رمز المنتج مطابقاً.

البيانات المطلوبة لعرض السعر والاختيار

1. حدّد الوظيفة: حدّد ما إذا كان المطلوب قياس السرعة أو الموضع أو العدّ أو كشف الوجود أو الحافة أو تحديد التزامن.
2. قدّم ملف الحركة: اذكر قطر العمود وسرعة الدوران والتسارع والاتجاه وآلية نقل الحركة والانحراف عن المحاذاة المسموح به.
3. حدّد مجموعة الأجسام: قدّم أصغر الأبعاد وأكبرها، مع أمثلة على اللون واللمعان والشفافية والسطح والخلفية.
4. حدّد واجهة التحكم: اذكر التغذية الكهربائية وTTL/HTL/Sin-Cos وتردد الإدخال وPNP/NPN ووحدة IO-Link master وطول الكابل.
5. وثّق الظروف البيئية: حدّد درجة الحرارة والتعرّض للماء والغبار والزيوت والمواد الكيميائية والاهتزاز والإضاءة المحيطة وطريقة التنظيف.
6. قِس مساحة التركيب: قيّم الشفة والعمود وحامل التثبيت ومخرج الموصّل وانحناء الكابل وإمكانية الوصول للصيانة في الأبعاد الثلاثة.
7. حدّد معايير القبول: حدّد الخطأ المسموح به في العدّ/الموضع والكشف الخاطئ والسرعة القصوى والسلوك بعد حدوث الخطأ.

تبدأ Oskon اختيار المشفّرات والحساسات الكهروضوئية من سلسلة القياس، لا من اسم المنتج. فالهدف ليس اختيار أعلى قيمة في الكتالوج، بل بناء حلّ ينتج بيانات قابلة للتكرار ضمن الحدود الميكانيكية والبصرية والكهربائية، ويُدمج بصورة صحيحة في نظام التحكم، ويمكن اختباره ميدانياً. ويُؤكَّد توفّر المنتج ومدة التسليم بشكل منفصل بتاريخ عرض السعر؛ ولا يتضمن هذا الدليل تعهداً بتوفّر المخزون أو بالملاءمة التلقائية للتطبيق.