2.1　接近開關(guān)及其應(yīng)用

2.1.1　磁性開關(guān)簡介及應(yīng)用

YL-335B所使用的氣缸都是帶磁性開關(guān)的氣缸。這些氣缸的缸筒采用導(dǎo)磁性弱、隔磁性強的材料，如硬鋁、不銹鋼等。在非磁性體的活塞上安裝一個永久磁鐵環(huán)，這樣就提供了一個反映氣缸活塞位置的磁場。安裝在氣缸外側(cè)的磁性開關(guān)則是用來檢測氣缸活塞位置，即檢測活塞的運動行程的。

有觸點式的磁性開關(guān)用舌簧開關(guān)作磁場檢測元件。舌簧開關(guān)安裝于合成樹脂塊內(nèi)，并且一般將動作指示燈、過電壓保護電路也塑封在內(nèi)。圖2-1所示是帶磁性開關(guān)氣缸的工作原理圖。當氣缸中隨活塞移動的磁環(huán)靠近開關(guān)時，舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點閉合；當磁環(huán)離開開關(guān)后，簧片失磁，觸點斷開。當觸點閉合或斷開時發(fā)出電控信號，在PLC的自動控制中，可以利用該信號判斷氣缸活塞的運動狀態(tài)或所處的位置，檢測活塞的運動行程。

在磁性開關(guān)上設(shè)置的LED顯示用于顯示其信號狀態(tài)，供調(diào)試與運行監(jiān)視時使用。當氣缸活塞靠近，磁性開關(guān)動作時，輸出信號“1”，LED亮；當沒有氣缸活塞靠近，磁性開關(guān)不動作時，輸出信號“0”，LED不亮。

磁性開關(guān)有棕色和藍色2根引出線，使用時藍色引出線應(yīng)連接到PLC輸入公共端，棕色引出線應(yīng)連接到PLC輸入端。磁性開關(guān)的內(nèi)部電路如圖2-2（b）虛線框內(nèi)所示。

磁性開關(guān)的安裝位置可以調(diào)整，調(diào)整方法是松開它的緊定螺栓，讓磁性開關(guān)順著氣缸滑動，到達指定位置后，再旋緊緊定螺栓。

2.1.2　電感式接近開關(guān)簡介及應(yīng)用

電感式接近開關(guān)是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。電渦流效應(yīng)是指：當金屬物體處于一個交變的磁場中，在金屬內(nèi)部會產(chǎn)生交變的電渦流，該渦流又會反作用于產(chǎn)生它的磁場。如果這個交變的磁場是由一個電感線圈產(chǎn)生的，則這個電感線圈中的電流就會發(fā)生變化，用于平衡渦流產(chǎn)生的磁場。

基于上述原理，可利用LC高頻振蕩器和放大處理電路組成電感式接近開關(guān)，金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，物體內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，這個電渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體靠近，進而控制開關(guān)的通與斷。電感式接近開關(guān)工作原理圖如圖2-3所示。供料單元中，為了檢測待加工工件是否為金屬材料，在供料管底座側(cè)面安裝了一個電感式接近開關(guān)，如圖2-4所示。

2.1.3　漫反射光電接近開關(guān)簡介及應(yīng)用

1.光電式接近開關(guān)

光電傳感器是利用光的各種性質(zhì)，檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等的傳感器，其中輸出形式為開關(guān)量的傳感器為光電式接近開關(guān)。光電式接近開關(guān)通常在環(huán)境較好、無粉塵污染的場合下使用。光電開關(guān)工作時對被測對象幾乎無任何影響，因此，在生產(chǎn)線上被廣泛應(yīng)用。

光電式接近開關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器構(gòu)成。如果光發(fā)射器發(fā)射的光線因檢測物體不同而被遮掩或反射，到達光接收器的量將會發(fā)生變化。光接收器的敏感元件將檢測出這種變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，輸出電信號傳送到PLC中。

按照接收器接收光的方式的不同，光電式接近開關(guān)可分為對射式、反射式和漫射式3種，如圖2-5所示。

2.漫射式光電開關(guān)

漫射式光電開關(guān)是利用照射到被測物體上后被反射回來的光線工作的，由于物體反射的光線為漫射光，故稱為漫射式光電接近開關(guān)。它的光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)，且為一體化結(jié)構(gòu)。

在工作時，光發(fā)射器始終發(fā)射檢測光，若接近開關(guān)前方一定距離內(nèi)沒有物體，則沒有光被反射到接收器，接近開關(guān)處于常態(tài)而不動作；反之，若接近開關(guān)的前方一定距離內(nèi)出現(xiàn)物體，只要反射回來的光強度足夠，則接收器接收到足夠的漫射光后會使接近開關(guān)動作而改變輸出的狀態(tài)。圖2-5（b）為漫射式光電接近開關(guān)的工作原理示意圖。

供料單元中，用來檢測工件不足或工件有無的漫射式光電接近開關(guān)選用神視（OMRON）公司的CX-441（E3Z-L61）型放大器內(nèi)置型光電開關(guān)（細小光束型，NPN型晶體管集電極開路輸出）。該光電開關(guān)的外形和頂端面上的調(diào)節(jié)旋鈕與顯示燈如圖2-6所示。

圖2-6（b）中動作轉(zhuǎn)換開關(guān)的功能是選擇入光動作（Light）或遮光動作（Dark）模式。當此開關(guān)按順時針方向充分旋轉(zhuǎn)時（L側(cè)），則進入檢測-ON模式；當此開關(guān)按逆時針方向充分旋轉(zhuǎn)時（D側(cè)），則進入檢測-OFF模式。入光動作和遮光動作說明見表2-2。

圖2-7為該光電開關(guān)的內(nèi)部電路原理圖。由圖可知，將光電開關(guān)的棕色線接PLC輸入模塊電源“+”端，藍色線接PLC輸入模塊電源“-”端，黑色線接PLC的輸入點。

供料單元中用來檢測物料臺上有無物料的光電開關(guān)是一個圓柱形漫射式光電接近開關(guān)，工作時向上發(fā)出光線，從而透過小孔檢測是否有工件存在。該光電開關(guān)選用SICK公司產(chǎn)品MHT15-N2317型，其外形如圖2-8所示。

2.1.4　光纖式接近開關(guān)簡介及應(yīng)用

光纖式接近開關(guān)由光纖檢測頭、光纖放大器兩部分組成，放大器和光纖檢測頭是分離的兩個部分，光纖檢測頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時分別插入放大器的兩個光纖孔。光纖式接近開關(guān)組件如圖2-9所示。圖2-10是放大器的安裝示意圖。

1.光纖檢測原理

如圖2-11所示，光纖由中間的核心和外圍部分曲折率較小的外包金屬構(gòu)成。如果光線入射到核心部分，光線將會在核心與外包金屬的交界面上一邊反復(fù)進行全反射，一邊行進。通過光纖內(nèi)部從端面發(fā)出的光線以約60°的角度擴散，照射到被檢測物體上。

表2-3所示為光纖的種類與特性。

2.光纖式接近開關(guān)的特點

由于光纖檢測頭中完全沒有電氣部分，不產(chǎn)生熱量，只利用很少的光能，這些特點使光纖式接近開關(guān)成為危險環(huán)境下的理想選擇，如圖2-12所示。

光纖式接近開關(guān)具有下述優(yōu)點：抗電磁干擾，可工作于惡劣環(huán)境，傳輸距離遠，使用壽命長，此外，由于光纖頭具有較小的體積，所以可以安裝在很小空間的地方。

3.靈敏度調(diào)節(jié)

光纖式接近開關(guān)中放大器的靈敏度調(diào)節(jié)范圍較大，當靈敏度調(diào)得較小時，對于反射性較差的黑色物體，光電探測器無法接收到反射信號，而反射性較好的白色物體，光電探測器就可以接收到反射信號。反之，若調(diào)高靈敏度，則即使對反射性較差的黑色物體，光電探測器也可以接收到反射信號。

圖2-13給出了放大器單元的俯視圖，調(diào)節(jié)其中部的8旋轉(zhuǎn)靈敏度高速旋鈕，就可進行放大器靈敏度調(diào)節(jié)（順時針旋轉(zhuǎn)靈敏度增大）。調(diào)節(jié)時，會看到“入光量顯示燈”發(fā)光的變化。當探測器檢測到物料時，動作顯示燈會亮，提示檢測到物料。

YL-335B自動生產(chǎn)線的分揀單元中傳送帶上方分別裝有兩個光纖式接近開關(guān)，為了能對黑色和白色的工件進行區(qū)分，兩個光纖式接近開關(guān)的靈敏度調(diào)整成不一樣。

E3Z-NA11型光纖式接近開關(guān)電路框圖如圖2-14所示。接線時請注意根據(jù)導(dǎo)線顏色判斷電源極性和信號輸出線，切勿把信號輸出線直接連接到電源+24V端。

2.1.5　接近開關(guān)的選用及安裝

每種接近開關(guān)的使用場合和要求不同，檢測距離、安裝方式、輸出接口電氣特性都不同，因此需要在安裝調(diào)試中與檢測對象、執(zhí)行機構(gòu)、控制器等綜合考慮。

在接近開關(guān)的選用和安裝中，必須認真考慮檢測距離、設(shè)定距離，保證生產(chǎn)線上的傳感器可靠動作。安裝距離注意說明如圖2-15所示。

在實際生產(chǎn)線中還有許多其他的開關(guān)類傳感器，如表2-4所示。