Руководство по ИК-автоматизации Часть 1

Инженеры-технологи находятся под постоянным давлением, стремясь сделать производственные системы и процессы более эффективными и менее дорогостоящими. Часто в решениях используются методы автоматизации для повышения производительности и качества продукции. ИК (инфракрасная) радиационная визуализация открывает возможности для улучшения множества приложений промышленного производства, включая мониторинг и контроль технологических процессов, обеспечение качества, управление производственными объектами и мониторинг состояния оборудования.

Это руководство предназначено для тех, кто рассматривает возможность создания или совершенствования систем автоматизации производства или мониторинга с помощью ИК-камер. Здесь будут представлены многочисленные примеры применения с объяснениями того, как эти системы ИК-изображения могут быть реализованы наилучшим образом.

Некоторые из основных тем, которые будут рассмотрены, включают:

• Интеграция ИК-камер в системы автоматизации
• Интерфейсы передачи данных
• Команды и управление термографическими камерами
• Принципы термографических измерений
• Взаимодействие с ПК или PLC-контроллером
• Стандартные пакеты программного обеспечения для систем ИК-камер

Эти сложные вопросы требуют внимания ко многим деталям; поэтому данное руководство не может ответить на все вопросы, которые могут возникнуть у разработчика системы об использовании ИК-камер в автоматизированных системах. Оно предназначено только для того, чтобы служить путевой картой для решения основных проблем, с которыми возможно придется столкнуться при проектировании системы ИК-изображения.

Типичные приложения для мониторинга и управления

Измерение температуры с помощью ИК-камер

Инфракрасное (ИК) излучение не обнаруживается человеческим глазом, но ИК-камера может преобразовать его в визуальное изображение, отображающее тепловые колебания объекта или места. ИК–излучение охватывает часть электромагнитного спектра от 900 до 14 000 нанометров (0,9-14 мкм). ИК излучается всеми объектами при температурах выше абсолютного нуля, и количество излучения увеличивается с повышением температуры. Правильно откалиброванная ИК-камера может захватывать термографические изображения целевых объектов и обеспечивать точные бесконтактные измерения температуры этих объектов. Эти количественные измерения могут быть использованы в различных приложениях мониторинга и управления.  

В отличие от этого, другие типы ИК-тепловизоров обеспечивают только относительную разницу температур между объектом или сценой. Следовательно, они используются для качественной оценки целевых объектов, в первую очередь в приложениях мониторинга, где тепловые изображения интерпретируются на основе температурного контраста. Одним из примеров является определение областей изображения, которые коррелируют с физическими аномалиями, такими как детали конструкции или подповерхности, уровни жидкости и т.д.

В некоторых случаях ИК-камеру справедливо называют интеллектуальным датчиком. В этих случаях ИК-камера имеет встроенную логику и аналитику, которая позволяет сравнивать измерения с данными о температуре, предоставленными пользователем. Он также имеет цифровой интерфейс ввода-вывода, так что дифференциальная температура может использоваться для функций сигнализации и управления. Кроме того, интеллектуальная ИК-камера представляет собой откалиброванный термографический прибор, способный проводить точные бесконтактные измерения.

ИК-камеры с этими возможностями работают так же, как и другие типы интеллектуальных датчиков температуры. Они оснащены быстрыми аналого-цифровыми преобразователями с высоким разрешением, которые отбирают поступающие данные, пропускают их через функцию калибровки и обеспечивают считывание температуры. Они также могут иметь другие коммуникационные интерфейсы, которые обеспечивают выходной поток аналоговых или цифровых данных. Они также могут иметь другие коммуникационные интерфейсы, которые обеспечивают выходной поток аналоговых или цифровых данных. Это позволяет передавать термографические изображения и данные о температуре в удаленные места для мониторинга и управления процессом.

Как правило, интеллектуальные ИК-камеры используются в приложениях, которые требуют точных измерений разницы температур между целевым объектом и его окружением. Поскольку изменения температуры в большинстве процессов происходят относительно медленно, передача данных в режиме реального времени с помощью интеллектуальных ИК-камер подходит для многих контуров управления технологическими процессами и систем наблюдения.

Приложения для автоматизации

Типичные автоматизированные приложения, использующие ИК-камеры для контроля и управления температурой процесса, включают:

• Непрерывное литье, экструзия и формование валков
• Изготовление отдельных деталей
• Производство, где измерения контактной температуры могут быть причиной возникновения проблем
• Инспекция и контроль качества
• Производство и эксплуатация упаковки
• Мониторинг окружающей среды, оборудования и безопасности
• Мониторинг температуры как показатель других переменных

Приведенные ниже примеры демонстрируют широкий спектр применений с помощью ИК-камер. Потенциальные области применения ограничены только воображением разработчика системы.

Мониторинг машин на фанерном заводе

Проблема: Пар из открытых баков с горячей водой мешает оператору машины видеть бревна, при их перемещении, что создает проблемы при их укладке.

Решение: ИК-камера может предоставить оператору изображение, которое делает облако пара практически прозрачным, тем самым позволяя правильно выровнять бревна в бревенчатом чане. Этот пример качественного приложения показан на рисунке 1.

Производственные испытания автомобильных сидений с подогревом

Проблема: Использование контактных датчиков температуры для обеспечения правильной работы дополнительных обогревателей автомобильных сидений замедляет производство и является неточным, если датчики установлены неправильно.

Решение: ИК-камера может обнаруживать тепловое излучение от нагревательных элементов внутри сидений и обеспечивать точное бесконтактное измерение температуры.

Измерение может быть произведено с помощью камеры, постоянно установленной на приспособлении, которое поворачивается в положение измерения, когда автомобиль достигает определенной точки на сборочной линии. Монитор рядом с этим положением выдает изображение со шкалой температуры, которая показывает температуру элементов обогревателя автокресла, как показано на рисунке 2.

Упаковочные операции

Проблема: на высокоскоростной упаковочной линии эффективных методов неразрушающего контроля клееного уплотнения коробки недостаточно, и большинство из них, как правило, очень громоздки. Кроме того, метод нанесения клея имеет значительную вариабельность, которую необходимо отслеживать и регистрировать с помощью статистических процедур контроля качества.

Решение: поскольку клей нагревается перед нанесением, его температуру и расположение на крышке коробки можно контролировать с помощью ИК-камеры. Кроме того, изображение может быть оцифровано таким образом, чтобы эта информация могла храниться в базе данных статистического контроля качества для анализа тенденций и мониторинга оборудования, как показано на рисунке 3.

Это пример использования дифференциальной температуры в качестве прокси для другой переменной. В этом случае температура заменяет механические методы контроля/тестирования.

Проблема:

• Обнаружение неправильно запечатанной коробки.
• Удаление бракованного продукта с конвейера.
• Генерирование сигнала тревоги при проблеме с большим количеством коробок.
• Регистрация статистических данных о пропуске/ошибке.

Решение:

• Снимок тепловизионного изображение коробки.
• Обнаружение наличия пятен клея.
• Пропуск / ошибка на каждую коробку.
• Регистрация статистики.

Кратко:

Примеры автоматизации, представленные в этой главе, едва коснулись области приложений, которые могут обслуживать интеллектуальные ИК-камеры. В следующих главах будут представлены более подробные примеры, а также практическая информация о внедрении автоматизированных систем, использующих преимущества ИК-камер. Эти главы организованы в соответствии с основными типами приложений, в которых обычно используются ИК-камеры:

• Дистанционный термографический мониторинг
• Бесконтактное измерение температуры для автоматизированных процессов
• Сочетание ИК-изображения с измерением температуры
• Контроль и мониторинг в режиме реального времени - вопросы и ответы

Следующая статья 🠒