Impara a costruire un sistema di sensori fotoelettrici utilizzando Arduino Uno e OpenPLC

Un componente vitale utilizzato nel settore dei controlli (e altri, ovviamente) è il sensore elettronico. L'importanza del sensore elettronico nella produzione è la capacità di ottenere dati sulle prestazioni da vari sistemi di automazione basati sulla meccatronica. La meccatronica è un campo multi-interdisciplinare che combina sistemi meccanici con sistemi elettrici che includono controlli digitali, sensori elettronici e software di controllo.

Un approccio tipico alla gestione della meccatronica consiste nell'utilizzare un controller computerizzato in grado di monitorare i processi industriali e controllare gli attuatori elettromeccanici. Il PLC (controllore logico programmabile) è un controllore industriale computerizzato in grado di eseguire tali compiti di tipo industriale. Con un sensore elettronico, il PLC può monitorare vari processi di produzione e contribuire a migliorare le prestazioni dell'attuatore elettromeccanico.

Tenendo presenti queste informazioni di base, questo progetto esplorerà la creazione di un sensore elettronico specifico, l'interruttore fotoelettrico (noto anche come sensore fotoelettrico) e il suo utilizzo con la piattaforma Arduino OpenPLC.

Un fototransistor è un componente semiconduttore che rileva e converte la luce in un segnale elettrico ed è progettato per rispondere alla luce anziché a una tensione di ingresso. Come un tipico transistor, un fototransistor è composto da strati di base, collettore ed emettitore. Lo strato sensibile alla luce è la giunzione base-collettore. Quando la luce cade sulla giunzione base-collettore, si crea un flusso di elettroni che consente l'amplificazione della corrente all'interno del transistor. I fototransistor sono confezionati come due componenti conduttore o filo, come illustrato nella Figura 1.

Inoltre, il simbolo elettronico del fototransistor è mostrato nella Figura 2.

Poiché la giunzione base-collettore costituisce lo strato sensibile, il componente a due pin costituito dai conduttori del collettore e dell'emettitore è la parte semiconduttrice comunemente prodotta e venduta tramite i distributori di componenti elettronici. Il fototransistor è tipicamente configurato come un dispositivo NPN che utilizza la giunzione base-collettore come elemento di rilevamento della luce interno. Quando è presente la luce, la giunzione base-collettore consente la conduzione della giunzione base-emettitore, trasformando così il dispositivo in un interruttore optoelettrico. Un altro termine usato per descrivere la presenza di luce è fotoemissività, ovvero quando il collettore di base di un fototransistor è in presenza di luce e l'emissione di elettroni accende questo componente a stato solido radiante.

Come un interruttore di limite, la funzione di commutazione optoelettrica del fototransistor può rilevare oggetti senza contatto fisico. A differenza del finecorsa, la commutazione optoelettrica del fototransistor non ha parti mobili. Pertanto, il fototransistor ha una durata operativa più lunga per la commutazione rispetto al finecorsa. Nel complesso, la maggiore durata operativa del fototransistor si basa sull'assenza di usura dei contatti meccanici come il tipico interruttore di finecorsa.

La Figura 3 mostra la struttura interna di un tipico fototransistor.

Con una comprensione del fototransistor, costruiremo un interruttore fotoelettrico per interagire con il nostro PLC Arduino concettuale utilizzando un diagramma ladder OpenPLC (LD).

Un interruttore fotoelettrico (o sensore) è un dispositivo elettronico in grado di rilevare l'assenza o la presenza di un oggetto utilizzando la luce e utilizza dispositivi fotoemissivi come fotodiodi o fototransistor per rilevare la luce. L'interruttore fotoelettrico dispone di vari metodi di rilevamento della luce per rilevare l'assenza o la presenza di luce, tra cui:

Il metodo riflettente, mostrato nella Figura 4, utilizza un alloggiamento per imballare il trasmettitore di luce e il ricevitore di luce. Con questo metodo, il ricevitore di luce è dotato di un fotodiodo o fototransistor per rilevare la luce emessa da un laser o LED (diodo emettitore di luce). La luce emessa da un LED o da un laser viene riflessa dall'oggetto (bersaglio) e rilevata dal fototransistor o dal fotodiodo.

L'approccio a fascio passante (Figura 5) separa i componenti del trasmettitore e del ricevitore, dove posizionando un bersaglio tra il trasmettitore e il ricevitore si interrompe la luce.