Arduino Uno 및 OpenPLC를 사용하여 광전 센서 시스템을 구축하는 방법 알아보기

제어 산업(및 기타 산업)에서 사용되는 핵심 구성 요소는 전자 센서입니다. 제조에서 전자 센서의 중요성은 다양한 메카트로닉스 기반 자동화 시스템에서 성능 데이터를 얻을 수 있는 능력입니다. 메카트로닉스는 디지털 제어, 전자 센서 및 제어 소프트웨어를 포함하는 전기 시스템과 기계 시스템을 결합하는 다학제간 분야입니다.

메카트로닉스를 관리하는 일반적인 접근 방식은 산업 프로세스를 모니터링하고 전기 기계 액추에이터를 제어할 수 있는 컴퓨터 기반 컨트롤러를 사용하는 것입니다. PLC(Programmable Logic Controller)는 이러한 산업 관련 작업을 수행할 수 있는 컴퓨터화된 산업용 컨트롤러입니다. 전자 센서를 사용하여 PLC는 다양한 제조 프로세스를 모니터링하고 전기 기계 액추에이터 성능을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.

이러한 배경 정보를 염두에 두고 이 프로젝트에서는 특정 전자 센서인 광전 스위치(광전 센서라고도 함)를 만들고 이를 Arduino OpenPLC 플랫폼과 함께 사용하는 방법을 살펴보겠습니다.

포토 트랜지스터는 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하는 반도체 부품으로, 입력 전압 대신 빛에 반응하도록 설계되었습니다. 일반적인 트랜지스터와 마찬가지로 포토트랜지스터도 베이스층, 컬렉터층, 이미터층으로 구성됩니다. 빛에 민감한 층은 베이스-컬렉터 접합입니다. 빛이 베이스-컬렉터 접합에 떨어지면 전자의 흐름이 생성되어 트랜지스터 내에서 전류 증폭이 가능해집니다. 포토트랜지스터는 그림 1에서 볼 수 있듯이 두 개의 리드 또는 스레드 리드 구성 요소로 패키지됩니다.

또한 포토트랜지스터의 전자 기호는 그림 2에 나와 있습니다.

베이스-컬렉터 접합이 민감한 층인 경우 컬렉터와 이미터 리드로 구성된 2핀 구성 요소는 전자 부품 유통업체를 통해 판매되는 일반적으로 제조되는 반도체 부품입니다. 포토트랜지스터는 일반적으로 베이스-컬렉터 접합을 내부 감광 요소로 사용하는 NPN 장치로 구성됩니다. 빛이 존재할 때 베이스-컬렉터 접합은 베이스-에미터 접합이 전도되도록 하여 장치를 광전기 스위치로 전환시킵니다. 빛의 존재를 설명하는 데 사용되는 또 다른 용어는 광방사율(photoemissivity)입니다. 이는 광트랜지스터의 베이스 컬렉터에 빛이 있을 때 발생하며, 전자 방출로 인해 이 복사 고체 성분이 켜집니다.

리미트 스위치와 마찬가지로 포토트랜지스터의 광전기 전환 기능은 물리적 접촉 없이 물체를 감지할 수 있습니다. 리미트 스위치와 달리 포토트랜지스터의 광전기 스위칭에는 움직이는 부분이 없습니다. 따라서 포토 트랜지스터는 리미트 스위치보다 스위칭 작동 수명이 더 깁니다. 전반적으로 광트랜지스터의 더 긴 작동 수명은 일반적인 리미트 스위치와 같이 기계적 접점 마모가 없음을 기반으로 합니다.

그림 3은 일반적인 포토트랜지스터의 내부 구조를 보여준다.

광트랜지스터에 대한 이해를 바탕으로 OpenPLC 래더 다이어그램(LD)을 사용하여 개념적 Arduino PLC와 상호 작용하는 광전 스위치를 구축합니다.

광전스위치(또는 센서)는 빛을 이용하여 물체의 유무를 감지할 수 있는 전자소자로서, 포토다이오드나 포토트랜지스터와 같은 광발광소자를 이용하여 빛을 감지한다. 광전 스위치에는 다음을 포함하여 빛의 유무를 감지하는 다양한 빛 감지 방법이 있습니다.

그림 4에 표시된 반사 방식은 하나의 하우징을 사용하여 광 송신기와 광 수신기를 패키지합니다. 이 방법을 사용하면 수광부에 포토다이오드나 포토트랜지스터가 있어 레이저나 LED(발광 다이오드)에서 방출되는 빛을 감지합니다. LED나 레이저에서 방출된 빛은 물체(대상)에서 반사되어 포토트랜지스터나 포토다이오드에 의해 감지됩니다.

투과형 접근 방식(그림 5)은 송신기와 수신기 구성 요소를 분리하며, 송신기와 수신기 사이에 타겟을 배치하면 빛이 차단됩니다.