供料单元相关传感器使用介绍（附图1-3）

位置A 和位置B 光电开关感应距离为0～100 mm，颜色检测光电开关应距离可调（系统已调好，请不要随意调整感应距离）。材质检测接近开关感应距离为0～5 mm，用来区分金属和非金属物料。请确保系统运行时，各传感器前不存在其他物品。

图1-3　传感器示意图

YL-335B 型自动线各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也被称为接近开关。

接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起检测对象的金属体中产生涡电流的方式、捕捉检测体接近引起电气信号容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等。YL-335B 型自动线所使用的是磁感应式接近开关（或称磁性开关）、电感式接近开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器等。

1. 磁性开关

YL-335B 型自动线所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程。有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也一起被塑封在内。图1-4是带磁性开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC 的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。

图1-4　带磁性开关气缸的工作原理图

在磁性开关上设置的LED（发光二极管）用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED 亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED 不亮。

磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。磁性开关有蓝色和棕色2 根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC 输入模块的COM 端子上，棕色引出线应连接到PLC 输入的对应X 端子上。磁性开关的内部电路如图1-5 中虚线框内所示。

图1-5　磁性开关内部电路

2. 电感式接近开关

电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。电涡流效应是指这样一种物理效应：当金属物体处于一个交变磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。利用这一原理，可以用高频振荡器（LC 振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。电感式接近传感器工作原理如图1-6 所示。供料单元中，为了检测待加工工件是否为金属材料，在供料管底座侧面安装了一个电感式传感器，如图1-7 所示。

图1-6　电感式接近传感器原理框图

图1-7　供料单元上的电感式传感器

在接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。安装距离注意说明如图1-8 所示。

图1-8　安装距离注意说明

3. 漫射式光电接近开关

1）光电式接近开关

光电传感器是利用光的各种性质，检测有无物体和表面状态变化等的传感器。其中，输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号输出。光发射器大多使用可见光和红外光。按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3 种，如图1-9 所示。

图1-9　光电式接近开关

2）漫射式光电开关

漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。图1-9（b）为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。供料单元中，用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用神视或OMRON 公司的CX-441 型或E3Z-L61 型放大器内置型光电开关（细小光束型，NPN 型晶体管集电极开路输出）。该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮及显示灯如图1-10 所示。图中动作选择开关的功能是选择受光动作（Light）或遮光动作（Drag）模式。即当此开关按顺时针方向充分旋转时（L 侧），则进入“检测-ON”模式；当此开关按逆时针方向充分旋转时（D 侧），则进入“检测-OFF”模式。距离设定旋钮是回转调节器，调整距离时注意逐步轻微旋转，否则旋转幅度过大距离调节器会空转。调整的方法是：首先按逆时针方向将距离调节器充分旋到最小检测距离（E3Z-L61约20 mm），然后根据要求距离放置检测物体，按顺时针方向逐步旋转距离调节器，使传感器进入检测条件的点；拉开检测物体距离，按顺时针方向进一步旋转距离调节器，使传感器再次进入检测状态，一旦进入，向后旋转距离调节器直到传感器回到非检测状态的点。两点之间的中点为稳定检测物体的最佳位置。图1-11 给出了该光电开关的内部电路原理框图。

图1-10　CX-441（E3Z-L61）型光电开关的外形和调节旋钮、显示灯

图1-11　CX-441（E3Z-L61）光电开关电路原理图(www.xing528.com)

用来检测物料台上有无物料的光电开关是一个圆柱形漫射式光电接近开关。它工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，本物料台上选用SICK 公司的MHT15-N2317型光电开关，其外形如图1-12 所示。

图1-12　MHT15-N2317 型光电开关外形

3）光纤式光电接近开关

光纤型传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成。放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤型传感器以光纤本身作为敏感元件，使光纤兼有感受和传递被测信息的作用。它没有电路连接，不产生热量，只利用很少的光能。光纤传感器组件如图1-13 所示。图1-14 是放大器的安装示意。

图1-13　光纤传感器组件

图1-14　光纤传感器组件外形及放大器的安装示意

光纤传感器也是光电传感器的一种。光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰，可工作于恶劣环境，传输距离远，使用寿命长。此外，由于光纤头体积较小，可以安装在空间很小的地方。光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，光电探测器无法接收到反射性较差的黑色物体的反射信号；而可以接收到反射性较好的白色物体的反射信号。若调高光纤传感器灵敏度，则即使是反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到其反射信号。图1-15 给出了放大器单元的俯视图，调节其中部的旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。调节时，会观察到“入光量显示灯”亮度的变化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。

图1-15　光纤传感器放大器单元的俯视图

E3X-NA11 型光纤传感器电路如图1-16 所示，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线，切勿把信号输出线直接连接到电源+24 V 端。

图1-16　E3X-NA11 型光纤传感器电路框图

4. 常用开关量传感器图形符号

常用开关量传感器图形符号如图1-17 所示。图中（a）（b）（c）三种情况均使用NPN 型三极管集电极开路输出。如果是使用PNP 型三极管，正负极性应反过来。

图1-17　常用开关量传感器图形符号

5. 接近开关、磁性开关、光电开关的区别及特点

通俗来讲，接近开关、磁性开关、光电开关的区别就是感应的对象不一样。

1）接近开关感应的对象是物体

接近开关是一种无须与运动部件进行机械直接接触就可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到达动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给PLC 装置提供控制指令。这是一种理想的电子开关量传感器。

以位移传感器为例，只有当有物体移向接近开关且接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个接一个地离开，如此不断地重复。不同的接近开关对检测对象的响应能力也是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。

接近开关抗干扰性能好，开关频率高，产品有电感式、电容式、霍尔式等。

2）磁性开关感应的对象是磁信号

磁性开关是一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，也叫磁控开关。常用的磁性开关有单触点和双触点两种。

磁性开关具有体积小、结构简单、质量轻、耗电少、使用方便、价格便宜、动作灵敏、抗腐蚀性好、寿命长等优点。如PP、PVDF 材质可适用于强酸碱场所；SUS 304/316 金属材质适用于高温高压桶槽。接线盒规格最齐全，有塑料、铝合金、不锈钢防爆型，防护等级为IP-65以上。

3）光电开关感应的对象是光束

光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线（或者对光线有遮挡作用）的物体均可以被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测，如安防系统中常见的光电开关烟雾报警器。工业中经常用它来计量机械臂的运动次数。

光电开关是传感器的一种，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电绝缘），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT（表面安装工艺）制造的新一代光电开关器件具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。

光电开关按检测方式可分为漫射式、对射式、反射式、槽式和光纤式等不同种类。