11. Промышленная безопасность

Промышленная  безопасность – это сведение к минимуму риска поломки машины, которая повлечет за собой травму обслуживающего персонала или серьезные разрушения. На большинстве современных автоматизированных предприятий промышленная безопасность обеспечивается за счет внедрения комплексных систем безопасности и контроля производства. Комплексные системы безопасности (или, по другому, интегрированные системы безопасности) позволяют устранить потенциально опасные ситуации или свести их последствия к минимуму. Способы ликвидации последствий аварии или ее предотвращения зависят от типов машин или процессов производства. Наиболее простой способ предотвращение аварийных ситуаций – запрещение доступа к устройству, когда оно потенциально опасно. В этом случае оптимальным вариантом является использование защитных устройств, которое сочетают максимальную защиту и минимальное вмешательство в работу оборудования. Для этих целей интегрированные системы безопасности включают в себя различные датчики, фиксирующие приближение или вхождение в опасную зону посторонних объектов. К таким сенсорам относятся индуктивные датчики и фотодатчики. Индуктивные датчики определяют расстояние до проводящих металлических объектов. На неметаллические объекты они практически не реагируют. Индуктивные датчики работают по следующему принципу: определяется уровень токов взаимной индукции между двумя электронами. При введении в поле контроля металлического объекта, индукция поля растет до определенного уровня, после которого датчик срабатывает, отключая или включая систему. При выведении объекта из зоны контроля индукция поля падает, и датчик возвращается в первоначальное состояние. Индуктивные датчики дешевы, просты в производстве и устойчивы к воздействию помех, таких как, например, пыль или машинное масло. Современные индуктивные датчики могут иметь аналоговый выход, быть не более 6 мм в диаметре.  Измеряемое расстояние таких сенсоров составляет 2 мм. Индуктивные датчики имеют маленькое время отклика, что позволяет использовать их в высокоскоростных процессах. Фотодатчики определяют расстояние до всех типов объектов. Принцип их действия следующий: изменение интенсивности освещения светочувствительной пластины вызывает срабатывание датчика. Фотодатчики могут иметь светопередатчик и светоприемник как в разных корпусах, так и в одном корпусе. Фотодатчики срабатывают, когда объект пересекает луч, идущий от передатчика к приемнику.

12. Технические средства автоматизации

Технические средства автоматизации (ТСА) - это устройства и приборы, которые могут как  сами являться средствами автоматизации, так и входить в состав программно-аппаратного комплекса. Системы обеспечения безопасности на современном предприятии включают в свой состав технические средства автоматизации. Наиболее часто ТСА – это базовый элемент системы комплексной безопасности. Технические средства автоматизации включают в себя приборы для фиксирования, переработки и передачи информации на автоматизированном производстве. С помощью них осуществляется контроль, регулирование и управление автоматизированными линиями производства. Системы обеспечения безопасности осуществляют контроль над производственным процессом с помощью разнообразных датчиков. В них входят датчики давления, фотодатчики, датчики емкостные, лазерные и т.д. Датчики служат для автоматического извлечения информации, и первичного ее преобразования. Датчики различаются по принципам действия и по чувствительности к параметрам, которые они контролируют. Технические средства безопасности включают в себя самый широкий спектр сенсоров. Именно комплексное использование датчиков позволяет создавать системы комплексной безопасности, которые контролируют множество факторов. Технические средства информации включают в себя и передающие устройства, которые обеспечивают связь датчиков с контрольным оборудованием. При получении сигнала от датчиков контрольное оборудование приостанавливает процесс производства и ликвидирует причину аварии. В случае невозможности устранения аварийной ситуации технические средства безопасности дают сигнал о неисправности оператору. Наиболее распространенными датчиками, которые включают в состав любой системы комплексной безопасности, являются датчики емкостные. Они позволяют бесконтактно определить присутствие объектов на расстоянии до 25 мм. Датчики емкостные действуют по следующему принципу. Датчики снабжены двумя электродами, между которыми фиксируется проводимость. Если в зоне контроля присутствует какой-либо объект, это вызывает изменение амплитуды колебаний генератора, входящего в состав сенсора. При этом датчики емкостные срабатывают, что предотвращает попадание в оборудование нежелательных предметов. Датчики емкостные отличаются простотой устройства и высокой надежностью, что позволяет использовать их в самых разных сферах производства. Единственным недостатком является малая зона контроля таких датчиков.

13. Технические средства безопасности

Технические средства безопасности  предназначаются для контроля потенциально опасных факторов производства на предприятии, автоматизированной ликвидации угрозы, и предупреждении об угрозе обслуживающего персонала. Технические средства безопасности так же фиксируют момент возникновения аварийной ситуации для дальнейшего анализа ее причин. Технические средства безопасности включают в себя датчики (сенсоры), передающие устройства и центры обработки информации. Технические средства безопасности – это базис любой современной системы обеспечения безопасности. Чем больше факторов контролируется техническими средствами, тем меньше риск возникновения аварийных ситуаций. Поэтому комплексные системы безопасности включают в себя самые разнообразные сенсоры (датчики), реагирующие на изменение пространственного положения объекта, его структуры, размеров температуры и так далее. Датчики – это «глаза и уши» системы обеспечения безопасности. От их точности и способности оперативно реагировать на изменение ситуации зависит быстродействие всей системы. Датчики собирают и кодируют первичную информацию о состоянии объекта, которая потом поступает в центр обработки. Самые простые датчики показывают только наличие или отсутствие объекта. Более сложные сенсоры могут определять тип объекта, отслеживать его изменения. Одними из часто используемых в устройстве систем безопасности являются оптические датчики. Они могут отслеживать угол наклона объектов, определять расстояние до предметов, а так же классифицировать их. Часто для классификации товаров применяются щелевые оптические датчики, которые считывают информацию с этикеток, наклеенных на упаковку товара. Оптические датчики на светодиодах или лазерах могут определять расстояния до объектов и тем самым предотвращать столкновения. Оптические датчики используются и в системах машинного зрения. Которые контролируют процесс производства с помощью видеокамер. Оптические датчики различаются по сложности и размерам, а так же по типам работы. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Например, оптические датчики с рассеянным отражением могут измерять расстояния в широких пределах. К их недостаткам относят проблемы с измерением расстояний до окрашенных или отражающих объектов, поскольку такие датчики работают с отраженным светом.

14. Ультразвуковые датчики, энкодеры

Автоматизация складов позволяет существенно  сэкономить время на сортировку и  поиск необходимого товара. Однако, такая автоматизация невозможна без различного рода датчиков и электронных систем контроля. Купить датчики  разработать проект системы, можно, например, у ООО «ЗИК» (российского представительства SICK AG). Однако, прежде чем купить датчики, необходимо выяснить, по какому принципу будет устроена автоматизация складов. Существуют самые разнообразные датчики, которые позволяют контролировать различные параметры объектов. Самые простые датчики работают по принципу «да/нет», то есть способны только обнаружить объект. Более сложные способны определять тип объекта и отслеживать происходящие в нем изменения. Одними из датчиков, на которых базируется автоматизация складов, являются энкодеры. Энкодеры – это датчики угла поворота. Они делятся на инкрементальные и абсолютные. Абсолютные энкодеры более современные, способны достигать высокого разрешения. Инкрементальные энкодеры определяют скорость вращения и угол поворота вращающихся объектов. Такие датчики создают специфический  импульсный цифровой код, в котором содержится информация о скорости вращения и угле наклона объекта. Главный параметр таких датчиков - количество импульсов за один оборот. Основная рабочая характеристика абсолютных энкодеров: число шагов вала. Энкодеры преобразуют их в код, содержащий количество оборотов вала и угол его наклона. Такие датчики не требуют непосредственной установки на вал, так способны считывать информацию на расстоянии за счет оптики или магнитов. Ультразвуковые датчики основаны на излучении импульсов ультразвука и измерении времени, за которое отраженный звуковой импульс вернется к датчику. Точность такого измерения может составлять до 0,2 мм. Современные ультразвуковые датчики содержат только один преобразователь. Он излучает короткий ультразвуковой импульс, одновременно с этим, в датчике запускается таймер. При возвращении импульса таймер останавливается. Расстояние до объекта вычисляется путем деления времени, отсчитанного таймером, на скорость звука. Ультразвуковые датчики могут измерять расстояния до таких сложных объектов, как сыпучие вещества, прозрачные или напротив сильно отражающие поверхности. Но ультразвуковые датчики имеют ряд ограничений. Они не могут измерить расстояние до пены и других объектов, поглощающих ультразвуковые колебания. Затруднения вызовут и сильно изогнутые поверхности, рассеивающие ультразвуковые колебания. Автоматизация складов требует проектировки систем автоматического контроля, которые включают в себя самые разные датчики: контроля расстояния, угла вращения, опознавания объектов и многое другое.

15. Бесконтактные выключатели

Бесконтактные выключатели - это полупроводниковые преобразователи, управляющие состоянием внешней цепи нагрузки при помощи встроенного коммутационного элемента. Бесконтактные выключатели реагируют на положение объекта воздействия, причем считывание информации об объекте происходит дистанционно. В системах автоматического контроля и безопасности бесконтактные выключатели выполняют функцию первичных преобразователей для контроля положения рабочих элементов оборудования. Они сигнализируют о завершении выполнения команды на перемещение. Возможны и другие варианты использования бесконтактных выключателей. Бесконтактные выключатели основаны на самых разнообразных по техническому решению датчиках. Это могут быть ультразвуковые датчики, энкодеры, датчики движения, датчики температуры, реле и автоматика. Реле и автоматика контролируют работу сетей энергоснабжения и устраняют неполадки в ней. Реле и автоматика отключают оборудование в случае, если нарушен штатный режим электропитания или переводят оборудование на резервный источник питания. Такие датчики эффективны при устранении «пробоев» в электропроводке, скачках напряжения, коротких замыканиях. Датчики измерения угла наклона (энкодеры) позволяют определить скорость вращение объекта и угол его отклонения от вертикальной оси. Различают инкрементальные энкодеры и абсолютные энкодеры. Если инкрементальные энкодеры устанавливаются непосредственно на вращающийся вал, то абсолютные энкодеры способны считывать информацию на расстоянии. В случае недопустимого угла наклона или превышения скорости вращения энкодеры подают сигнал, который отключает оборудование. Ультразвуковые датчики позволяют определять расстояние до объектов, и отключать оборудование, если объект находится в опасной зоне. Ультразвуковые датчики посылают импульс, который отражается, и улавливается приемником датчика. На основании времени, прошедшим между излучением импульса и его возвращением делается расчет расстояния до объекта. Такие датчики отличаются высокой надежностью и точностью измерения. В отличие от оптических датчиков измерения расстояния, ультразвуковые датчики могут «работать» с сыпучими, гранулированными, прозрачными объектами. Ультразвуковые датчики неэффективны в случаях, когда объекты поглощают ультразвук, или имеют сложную геометрию поверхности, которая рассеивает ультразвуковые волны.

16. Энкодеры, ультразвуковые датчики, машинное зрение

Электронные системы  безопасности применяются на автоматизированных предприятиях. В их задачу входит контроль потенциально опасных факторов, предотвращение несчастных случаев и аварийных  ситуаций. Электронные системы безопасности обеспечивают штатный режим работы промышленного оборудования и блокируют доступ к опасным местам. Электронные системы безопасности осуществляют контроль за производством с помощью датчиков. К таким датчикам могут относиться датчики температуры, давления,  энкодеры, ультразвуковые датчики, машинное зрение. Датчики имеют разную конструкцию, отличаются принципами работы, измеряемыми параметрами и чувствительностью. Для того, чтобы осуществлять полный контроль над процессом производства, электронные системы безопасности должны быть оснащены разнообразными датчиками. Энкодеры – это датчики угла поворота и скорости вращения объектов. Они регистрируют скорость вращения вала с помощью подсчета количества числа оборотов за единицу времени, и кодируют информацию. В случае остановки вала работа энкодеров так же прекращается. На основании кодированной информации управляющий процессор принимает решения о соответствии скорости вращения и угла наклона объекта заданным нормам. Выделяют инкрементальные и абсолютные энкодеры. Основным рабочим параметром инкрементального энкодера является количество импульсов за один оборот. Абсолютные энкодеры  имеют основой рабочей характеристикой число шагов, то есть уникальных кодов на оборот и количество таких оборотов. Для измерения расстояния до объектов наиболее часто используются ультразвуковые датчики. Такие датчики рассчитывают расстояние, опираясь на время, прошедшее между подачей ультразвукового сигнала и возвращением его отражения. Ультразвуковые датчики надежны, и позволяют определить расстояние с точностью до нескольких миллиметров. Они прекрасно работают с сыпучими объектами, прозрачными или окрашенными предметами. Машинное зрение – наиболее современная и эффективная система распознавания объектов. Машинное зрение строится на основе видеокамеры высокой скорости работы, управляющего процессора и компьютера. Первоначально информация об объекте фиксируется камерой, в которой проходит первичную обработку. Далее информация поступает в управляющий процессор, который анализирует информацию и передает ее на компьютер. Машинное зрение часто применяют на поточном производстве для контроля за качеством продукции. Оно способно отслеживать одновременно около двух десятков объектов, что делает машинное зрение незаменимым при быстрых темпах работы промышленного оборудования.

17. Автоматика: энкодеры

Автоматика позволяет  существенно ускорить однообразные технологические операции. С помощью  использования современных технических  средств автоматизация складов  или производственных процессов не составляет труда. Однако, автоматика нуждается в постоянном контроле, во избежание сбоев в работе или серьезных аварий. Автоматизация складов – это не только автоматический учет и сортировка поступающей и отгружаемой продукции, но и обеспечение безопасности обслуживающего персонала. Безопасность обеспечивается за счет перекрытия доступа персонала в потенциально опасные зоны и за счет поддержания штатного режима работы оборудования. Автоматизация складов и систем безопасности строится на основе датчиков. Датчики осуществляют первичную обработку информации, и посылают сигналы управляющим системам. Автоматика в случае возникновения аварийных ситуаций принимает меры по их устранению. Одними из распространенных датчиков, встраиваемых в автоматические системы безопасности и контроля, являются энкодеры. Энкодеры, или датчики угла поворота и скорости вращения, подразделяются на инкрементальные энкодеры и абсолютные энкодеры. Абсолютные энкодеры в свою очередь делятся на оптические и магнитные. Инкрементальные энкодеры определяют скорость вращения и угла поворота вращающихся объектов по количеству импульсов за один оборот. Величина угла поворота объекта определяется с помощью подсчёта импульсов от старта. Для вычисления угловой скорости объекта процессор сравнивает дифференцирование количества импульсов во времени. Таким образом, инкрементальные энкодеры показывают величину скорости, то есть число оборотов в минуту. Оптические абсолютные энкодеры имеют жёстко закрепленный на валу стеклянный диск, на который нанесена оптическая шкала. Когда объект вращается, датчик считывает информацию, а электроника преобразовывает её в последовательность дискретных электрических импульсов. Магнитные абсолютные энкодеры регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося объекта непосредственно вблизи чувствительного элемента датчика. Инкрементальные энкодеры и абсолютные энкодеры крепятся к вращающимся объектом посредством нормального или полого вала. Вал вращающегося объекта и вал энкодера соединяют механически с помощью соединительной муфты.