自动化生产线安装与调试教案基础篇-传感器与检测技术.docx

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1、单元2传感器与检测技术在生产中，人可以通过眼睛看到工件进入自动化生产线的哪个工作站, 但自动化生产线如何判别工件的位置呢？在自动化生产线中，各种信号的判 别和控制都是通过传感器来实现的。传感器是一种能够感受规定的被测量， 并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器就像人的眼睛、 耳朵、鼻子等器官，是自动化生产线的检测元件。自动化生产线中所使用的 传感器多为非接触式传感器，又称为接近开关，它能在一定的距离内检测有 无物体靠近，当物体与其接近到设定的距离时，系统就可以发出动作信号。 接近开关的核心部分是感辨头，它必须对正物体，才能在物体接近时发挥最 强的感辨能力。2.1 磁性开关YL-1

2、633B所使用的气缸都是带磁性开关的。这些气缸的缸筒采用导磁 性弱、隔磁性强的材料制成，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装 一个永久磁环，这样就形成了一个可以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是用来检测气缸活塞位置，即活塞的运动行程的。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，动作指示灯、过电压保护电路通常也塑封在内。如图2-1所示 为带磁性开关的气缸的工作原理。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自动控制系 统

3、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。在磁性开关上设置的LED指示灯用于显示其信号状态，供调试时参考。 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，方法是松开紧定螺钉，让磁性开关沿 着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺钉。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 公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。2.2 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。电涡流效应是指当金属物体处于交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流

4、，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会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。利用这一原理，以高频振荡器（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件，当被测金属物体接近电感线时产生了电涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，则传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电 路）会将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。选用和安装接近开关时，必须认真考虑检测距离和设定距离，以保证 生产线上的传感器能够可靠动作。2.3 漫射式光电接近开关.光电式接近开关光电式传感器（光电式接近开关）是利用光的各种性质来检测物

5、体的 有无和表面状态的变化等的传感器，其输出形式为开关量。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。光线多使 用可视光（主要为红色，有时也用绿色、蓝色）和红外光。按照光接收器接收方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、漫射 式和反射式3种.漫射式光电接近开关漫射式光电接近开关是利用光照射到被测物体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，因此得名。它的光发射器与光接收器 处于同一侧，且为一体化结构。工作时，光发射器始终发射检测光，若接近

6、 开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到光接收器，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 来的光的强度足够，则光接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而 改变输出状态。如图2-5 （b）所示为漫射式光电接近开关的工作原理。YL-1633B供料单元中用于检测工件不足或工件有无的漫射式光电接 近开关为欧姆龙（OMRON）公司的CX-441 （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）。动作转换开关的功能是选择受光动作（Light）或遮光动作（Drag）模 式。即将该开关顺时针方向旋转（L侧），则进入检测-

7、ON模式；逆时针方 向旋转（D侧），则进入检测-OFF模式。距离设定旋钮是5回转调节器，调整距离时注意逐步轻微旋转，否则 充分旋转时会空转。调整方法：首先按逆时针方向将距离调节器充分旋至最 小检测距离（E3Z-L61约20mm）；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，找到传感器进入检测条件的点；拉开检测物体 与其的距离，按顺时针方向进一步旋转距离调节器，传感器再次进入检测状 态；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。YL-1633B供料单元中用于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，工作时向

8、上发出光线，从而透过小孔检测是否 有工件存在。该光电开关选用SICK公司的MHT15-N2317型产品光纤传感器光纤传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，这两个部分是分 离的，光纤检测头的尾部分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤 孔。光纤传感器是光电传感器的一种。光纤传感器具有以下优点：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，由于光纤头的 体积很小，因此可以安装在狭小空间内。光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当灵敏度调得 较低时，对于反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；对 于反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反

9、之，当灵 敏度调得较高时，即使是反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到 反射信号。如图2-12所示为光纤放大器的俯视图，调节其中部的8旋转灵敏度高 速旋钮即可进行灵敏度调节（顺时针旋转时灵敏度增大）。调节时，会看到 “入光量显示灯”的变化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”亮，提 示检测到物料。E3X-NA11型光纤传感器接线时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+24V端。2.4 旋转编码器旋转编码器是通过光电转换将输出至轴上的机械、几何位移量转换成 脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的旋 转编码器主要由光栅盘和光电检

10、测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆盘上 等分地开若干个长方形狭缝。由于光栅盘与电机同轴，因此电机旋转时，光 栅盘与电机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若 干脉冲信号。通过计算每秒钟旋转编码器输出的脉冲个数就能得出当前电机 的转速。通常，根据旋转编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对 式和复合式三大类，自动化生产线上常采用的是增量式旋转编码器。增量式旋转编码器直接利用光电转换原理输出3组方波脉冲一一A、B、 Z相，如图2-15所示。A、B两组脉冲相位差90。，用于变向：当A相脉冲 超前B相时为正转方向，当B相脉冲超前A相时则为反转方向。Z相为每 转一个脉冲，用于基准

11、点定位。YL-1633B的分拣单元采用了这种具有A、B两相90相位差的通用型 旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。该旋转编码器直接连接到传 送带主动轴上，三相脉冲采用NPN型集电极开路输出，分辨率为500线， 工作电源为DC1224V。本工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端 直接连接到PLC （S7-224XPAC/DC/RLY主单元）的高速计数器输入端。计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲 当量。分拣单元主动轴的直径为七43mm,则减速电机每旋转一周，皮带上 的工件的移动距离 L=Z=3.14x43= 135.02mm。故脉冲当量 ju=L/5000.27

12、0mmo当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器 约发出430个脉冲；移至第一个推杆中心点时，约发出614个脉冲；移至第 二个推杆中心点时，约发出963个脉冲；移至第三个推杆中心点时，约发出 1284个脉冲。应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上，各种误 差因素不可避免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传 送带的安装偏差和张紧度，分拣单元整体在工作台面上的定位偏差，等等， 都将影响理论计算值。因此，理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差 所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增加而迅速增大，甚至 达到不可容忍的地步。所以说，在对分拣单元进行安装调试时，除了要仔细 调整，尽量减少安装偏差外，还应现场测试脉冲当量值。