第二篇 项目备战——自动线核心技术应用

自动线中经常用到传感器技术、电机技术、气动技术、控制技术、伺服驱动技术、通信技术，就像人的感官系统、运动系统、大脑及神经系统。下面以YL-335A自动线为载体对以上关键技术进行阐述，分拣站如图2-1所示。正所谓“工欲善其事，必先利其器”。 任务一 自动线中传感器的使用

如图2-2所示，当工件进入自动线中的分拣站，人的眼睛可以清楚地观察到，但自动线是如何判别的呢？如何使自动线具有人眼睛的功能呢？

传感器像人的眼睛、耳朵、鼻子等感官器件，是自动线的检测元件，能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成电信号输出。在YL-335A自动线中主要用到了磁性开关、光电开关、光纤传感器3种传感器。 子任务一 磁性开关及应用

1.磁性开关介绍

在YL-335A自动线中，磁性开关用于各类气缸的位置检测。图2-3所示是用两个磁性开关来检测机械手上气缸伸出和缩回到位的位置。

磁力式接近开关（简称磁性开关）是一种非接触式位置检测开关，这种非接触式位置检测不会磨损和损伤监测对象物，相应速度高。生产线上常用的接近开关还有感应性、静电容量型、光电型等接近开关。感应型接近开关用于检测金属物体的存在，静电容量型接近开关用于检测金属及非金属物体的存在，磁性开关用于检测此时的存在，安装方式上有导线引出型、接插件式、接插件中继型；根据安装场所环境的要求接近开关可选择屏蔽式和非屏蔽式。其实物图及电气图形符号如图2-4所示。

当有磁性物质接近图2-5所示的磁性开关传感器时，传感器动作，并输出开关信号。在实际应用中，可在被测物体（如气缸的活塞或活塞杆）上安装磁性物质，在汽缸缸筒外面的两端各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。

磁性开关的内部电路如图2-6中点画线框内所示，为了防止因错误接线损坏接近开关，通常在使用此行开关时都串联了限流电阻和保护二极管。这样，即使引出线极性接反，磁性开关也不会烧毁，只是该磁性开关不能正常工作。

2.磁性开关的安装与调试 在生产线的自动控制中，可以利用该信号判断气缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推迟或气缸是否返回。 （1）电气接线与检查

重点要考虑传感器的尺寸、位置、安装方式、布线工艺、电缆长度以及周围工作环境等因素对传感器工作的影响。按照图2-6所示将磁性开关型开关与PLC的输入端口连接。 注意：如果用的是图2-6所示的传感器，应将棕颜色的线与电源正极相连。

在磁性开关上设置有LED，用于显示传感器的信号状态，供调试与运行监视是观察。当气缸活塞靠近，接近开关输出动作，输出“1”信号，LED亮；当没有气缸活塞靠近，接近开关输出不动作，输出“0”信号，LED不亮，如图2-3所示。

（2）磁性开关在气缸上的安装与调整

磁性开关与气缸配合使用时，如果安装不合理，可能使气缸动作不正确。当气缸活塞移向磁性开关，并接近一定距离时，磁性开关才有“感知”，开关才会动作，通常把这个距离叫“检出距离”。

在气缸上安装磁性开关时，先把磁性开关装在气缸上，磁性开关的安装位置根据控制对象的要求调整，调整方法简单，只要让磁性开关到达指定位置后，用螺丝刀旋紧固定螺钉（或螺母）即可，如图2-7所示。

磁性开关通常用于检测气缸活塞的位置，如果检测其他类型的工件的位置，比如一个浅色塑料工件，这时就可以选择其他类型的接近开关，如光电开关。 子任务二 光电开关及应用

1.光电开关简介

光电接近开关（简称光电开关）通常在环境条件比较好、无粉尘污染的场合下使用。光电开关工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在生产线上被广泛应用。

在供料单元中，料仓中工件的检测利用的就是光电开关，如图2-8所示。在料仓底层和第4层分别装设2个光电开关，分别用于缺料和供料不足检测。如料仓内没有工件，则处于底层和第4层位置的第2个漫射式光电接近开关均处于常态；若仅在底层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而次底层处光电接近开关均处于常态；若仅在底层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而次底层处光电开关常态，表明工件已经用完了。这样料仓中有无储料或储料是否足够，就可以用这2个光电接近开关的信号状态反映出来。在控制程序中，就可以利用该信号的状态来判断底座和装料管中储料的情况。本单元中采用细小光束、放大器内置型漫反射式光电开关，其外形和顶端面上的调节旋钮和显示灯如图2-9所示。漫射式光电接近开关是利用光照射到被测工件上后反射回来的光线工作的，由于工件反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电开关。它由光源（发射光）和光敏元件（接收光）两部分构成，光发射器宇光接收器同处于一侧。

在工作时，光发射器始终发射检测光，如接近开管前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，光电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2-10 所示为漫射式接近开关的工作原理示意图。

在生产线上除了有漫射型光电开关，或敬爱有投射型和回归型，都由发光的光源和接收光的光敏元件构成，如图2-11所示。如果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将会发生变化。受光部将检测出这种变化，并转换为电信号，进行输出。根据生产线上被检测物的特性、安装方式，我们可以选择不同的类型的光电开关。

2.光电开光在分拣单元的应用 在自动线的分拣单元中，当工件进入分拣输送带时，分拣站上光电开关发出的光线遇到工件反射回自身的光敏元件，光电开光输出信号启动输送带运转。

（1）电气与机械安装

根据机械安装图将光电开关初步安装固定，然后连接电气接线

图2-12所示是YL-335A自动线中使用的漫反射型光电开关原理图，图中光电开关具有电源极性及输出反接功能。光电开关具有自我诊断功能，当对设置后的环境变化（温度、电压、灰尘等）的余度满足要求，稳定显示灯显示（如果余度足够，则灯亮）。当接受光的光敏元件接收到有效光信号，控制输出的三极管导通，通知动作显示灯显示。光电开关能检测人自身的光轴偏离、透镜面（传感器面）的污染、地面和背景对其影响、外部干涉的状态等传感器的异常和故障，有利于进行养护，一边设备稳定工作。这也是给安装调试工作带来了方便。

在传感器布线过程中注意避免电磁干扰，不要被阳光或其他光源直接照射，不要在产生腐蚀性气体、接触到有机溶剂、灰尘较大的场所使用。

根据土-12 所示，将光电开关褐色线接PLC输入模块电源“+”端，蓝色线接PLC输入端电源“-”端，黑色线接PLC的输入端。 （2）安装调整与调试

光电开关具有检测距离长，对检测物体的限制小、响应速度快、分辨率高、便于调整等优点。但在光电开关的安装过程中必须保证传感器到检测物的距离必须在“检出距离”范围内，同时考虑被检测物的形状、大小、表面粗糙度及移动速度等因素。调试过程如图2-13所示。图2-13（a）中，光电开关调整位置不到位，对工件不敏感，动作灯不亮；图2-13（b）中，光电开关位置调整合适，对工件反应敏感，动作灯亮；图2-13（c）中，当没有工件靠近接近开关时，光电开关没有输出。

调试光电开关的位置，合适后将螺母锁紧。

光电开关的光源采用绿光或蓝光可以判别颜色，根据表面颜色的反射率特性不同，光电传感器可以进行产品的分拣，为了保证光的传输效率、减少衰减，在分拣单元中采用光纤式电开关对黑白两种工件的颜色进行识别。 子任务三 光纤式光电接近开关及应用

1.光纤式光电接近开关简介

在分拣单元传送带上方分别安装有两个光纤式接近开光（简称光纤式光电开关），如图2-14所示，光纤式光电开关有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空。光纤式光电开光的输出连接到PLC。为了能对白色和黑色的工件进行区分，使用中将两个光电开关灵敏度调成不一样。

光纤式接近开关也是光纤传感器的一种，光纤传感器传感部分没有电路连接，不产生热量，只利用很少的光能这些特点使传感器称为危险环境下的理想选择。光纤传感器还可以用于关键生产设备的长期高可靠性和稳定性的监视。相对与传统传感器，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，由于光纤头具有

较小的体积，所以可以安装在空间很小的地方。光纤放大器根据需要来放置。比如有些生产过程中烟火、电火花等可能引起爆炸和火灾，而光能不会成为火源，不会引起爆炸和火灾，所以可将光线检测头设置在危险场所，将放大器单元设置在非危险场所进行是用。安装示意图如图2-15所示。

光纤传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光线检测头是分离的两个部分。光纤传感器分为传感型和传光型两大类。传感型是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。传光型是把由被测对象所调试的光信号输入光纤，通过输出端进行光信号处理而进行测量的，传光型光纤传感器的工作原理与光电传感器类似。在分拣单元中采用的就是传光型的光纤式光电开关，光纤仅作为被调制光的传播线路使用，因而外观如图2-16所示，一个是发光端、一个是光的接收端，分别连接到光纤放大器。

2.光纤式光电开关在分拣单元中的应用

在分拣单元的传送带上方分别装有两个光纤式光电开关，光线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。在分拣单元中光纤式光电开关的放大器的灵敏度可以调节，当光纤传感器灵敏度调得较小时，对于反射性较差的黑色物体，光纤放大器无法接收反射信号；而对于反射性较好的白色物体，光纤放大器光电探测器就可以接收到反射信号，从而可以通过调节光纤光电开关的灵敏度来判别黑白两种颜色物体，将两种物料区分开，从而完成自动分拣工作。

（1）电气与安装接线

安装过程中，首先将光纤检测头固定，将光纤放大器安装在导轨上，然后光纤检测头的尾端两条光纤，分别插入放大器的两个光纤孔。然后根据图2-17所示进行电气接线，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线。

（2）灵敏度调整

在分拣单元中如何来进行调试呢？如图2-14（b）所示是使用螺丝刀来调节传感器灵敏度。图2-18 所示为光纤放大器的俯视图，调节灵敏度旋钮就能进行放大器灵敏度调节。调节时。会看到“入光亮显示灯”发光的变化。在检测距离固定后，当白色工件出现在光纤检测头下方时，“动作显示灯”亮，提示检测到工作；当黑色工件出现在光线检测头下方时，“动作显示灯”不亮，这个光纤式光电开光调试完成。

光纤式光电开关在生产线上应用越来越多，但在一些尘埃多、容易接触到有机溶剂及需要较高性价比的应用场所中，实际上可以选择使用其他区一些传感器来代替，如电容式接近开关、电涡流式接近开关。

子任务四 其他接近开关及应用

根据生产线上被测物的不同，安装环境不同，来选用电容式或电涡流式接近开关。 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的极距或者介电常数发生变化，引起静电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。其工作原理图如图2-19所示。

电涡流式接近开关属于电感传感器的一种，是利用电涡流效应制成的有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生磁场的振荡感应头是，实务题内部产生电涡流。这个电涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体，进而控制开关的通或断。这种接近开光所能检测的物体必须是金属物体。其工作原理如图2-20所示。

无论是哪一种接近传感器，在使用时都必须注意被检测物的材料、形状、尺寸、运动速度等因素，如图2-21所示。