Aprenda a construir um sistema de sensor fotoelétrico usando um Arduino Uno e OpenPLC

Um componente vital usado na indústria de controle (e em outras, é claro) é o sensor eletrônico. A importância do sensor eletrônico na fabricação é a capacidade de obter dados de desempenho de diversos sistemas de automação baseados em mecatrônica. A mecatrônica é um campo multidisciplinar que combina sistemas mecânicos com sistemas elétricos que incluem controles digitais, sensores eletrônicos e software de controle.

Uma abordagem típica para gerenciar a mecatrônica é usar um controlador computadorizado capaz de monitorar processos industriais e controlar atuadores eletromecânicos. O PLC (controlador lógico programável) é um controlador industrial computadorizado capaz de realizar tais tarefas industriais. Com um sensor eletrônico, o PLC pode monitorar diversos processos de fabricação e auxiliar na melhoria do desempenho do atuador eletromecânico.

Com essas informações básicas em mente, este projeto explorará a criação de um sensor eletrônico específico, a chave fotoelétrica (também conhecida como sensor fotoelétrico), e sua utilização com a plataforma Arduino OpenPLC.

Um fototransistor é um componente semicondutor que detecta e converte luz em um sinal elétrico e é projetado para responder à luz em vez de a uma tensão de entrada. Como um transistor típico, um fototransistor é composto por camadas de base, coletor e emissor. A camada sensível à luz é a junção base-coletor. Quando a luz incide na junção base-coletor, um fluxo de elétrons é criado, permitindo a amplificação da corrente dentro do transistor. Os fototransistores são embalados como dois componentes de fio ou fio, que podem ser vistos na Figura 1.

Além disso, o símbolo eletrônico do fototransistor é mostrado na Figura 2.

Com a junção base-coletor sendo a camada sensível, o componente de dois pinos que consiste nos terminais coletor e emissor é a peça semicondutora comumente fabricada e vendida através de distribuidores de peças eletrônicas. O fototransistor é normalmente configurado como um dispositivo NPN usando a junção base-coletor como um elemento interno sensor de luz. Quando a luz está presente, a junção base-coletor permite que a junção base-emissor conduza, transformando assim o dispositivo em um interruptor optoelétrico. Outro termo usado para descrever a presença de luz é fotoemissividade, que ocorre quando o coletor base de um fototransistor está na presença de luz, e a emissão de elétrons ativa esse componente de estado sólido de radiância.

Como uma chave fim de curso, a função de comutação optoelétrica do fototransistor pode detectar objetos sem contato físico. Ao contrário da chave fim de curso, a comutação optoelétrica do fototransistor não possui partes móveis. Portanto, o fototransistor tem uma vida útil operacional mais longa para comutação do que a chave fim de curso. No geral, a vida útil mais longa do fototransistor não se baseia no desgaste mecânico do contato, como acontece com a chave fim de curso típica.

A Figura 3 mostra a estrutura interna de um fototransistor típico.

Com uma compreensão do fototransistor, construiremos uma chave fotoelétrica para interagir com nosso PLC Arduino conceitual usando um diagrama ladder OpenPLC (LD).

Um interruptor fotoelétrico (ou sensor) é um dispositivo eletrônico que pode detectar a ausência ou presença de um objeto usando luz e usa dispositivos fotoemissivos como fotodiodos ou fototransistores para detectar luz. O interruptor fotoelétrico possui vários métodos de detecção de luz para detectar a ausência ou presença de luz, incluindo:

O método reflexivo, mostrado na Figura 4, utiliza um invólucro para embalar o transmissor e o receptor de luz. Com este método, o receptor de luz possui um fotodiodo ou fototransistor para detectar a luz emitida por um laser ou LED (diodo emissor de luz). A luz emitida por um LED ou laser é refletida no objeto (alvo) e detectada pelo fototransistor ou fotodiodo.

A abordagem através do feixe (Figura 5) separa os componentes do transmissor e do receptor, onde colocar um alvo entre o transmissor e o receptor interrompe a luz.