2.1　接近开关及其应用

2.1.1　磁性开关简介及应用

YL-335B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环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。

有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关安装于合成树脂块内，并且一般将动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。图2-1所示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；当磁环离开开关后，簧片失磁，触点断开。当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气缸活塞的运动状态或所处的位置，检测活塞的运动行程。

在磁性开关上设置的LED显示用于显示其信号状态，供调试与运行监视时使用。当气缸活塞靠近，磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；当没有气缸活塞靠近，磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED不亮。

磁性开关有棕色和蓝色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。磁性开关的内部电路如图2-2（b）虚线框内所示。

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。

2.1.2　电感式接近开关简介及应用

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：当金属物体处于一个交变的磁场中，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。

基于上述原理，可利用LC高频振荡器和放大处理电路组成电感式接近开关，金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，物体内部产生电涡流，这个电涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路参数发生变化，由此识别出有无金属物体靠近，进而控制开关的通与断。电感式接近开关工作原理图如图2-3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接近开关，如图2-4所示。

2.1.3　漫反射光电接近开关简介及应用

1.光电式接近开关

光电传感器是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器，其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。光电式接近开关通常在环境较好、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。

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，并将其转换为电信号，输出电信号传送到PLC中。

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2-5所示。

2.漫射式光电开关

漫射式光电开关是利用照射到被测物体上后被反射回来的光线工作的，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，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后会使接近开关动作而改变输出的状态。图2-5（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（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）。该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮与显示灯如图2-6所示。

图2-6（b）中动作转换开关的功能是选择入光动作（Light）或遮光动作（Dark）模式。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。入光动作和遮光动作说明见表2-2。

图2-7为该光电开关的内部电路原理图。由图可知，将光电开关的棕色线接PLC输入模块电源“+”端，蓝色线接PLC输入模块电源“-”端，黑色线接PLC的输入点。

供料单元中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，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在。该光电开关选用SICK公司产品MHT15-N2317型，其外形如图2-8所示。

2.1.4　光纤式接近开关简介及应用

光纤式接近开关由光纤检测头、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。光纤式接近开关组件如图2-9所示。图2-10是放大器的安装示意图。

1.光纤检测原理

如图2-11所示，光纤由中间的核心和外围部分曲折率较小的外包金属构成。如果光线入射到核心部分，光线将会在核心与外包金属的交界面上一边反复进行全反射，一边行进。通过光纤内部从端面发出的光线以约60°的角度扩散，照射到被检测物体上。

表2-3所示为光纤的种类与特性。

2.光纤式接近开关的特点

由于光纤检测头中完全没有电气部分，不产生热量，只利用很少的光能，这些特点使光纤式接近开关成为危险环境下的理想选择，如图2-12所示。

光纤式接近开关具有下述优点：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，所以可以安装在很小空间的地方。

3.灵敏度调节

光纤式接近开关中放大器的灵敏度调节范围较大，当灵敏度调得较小时，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，而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。反之，若调高灵敏度，则即使对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。

图2-13给出了放大器单元的俯视图，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮，就可进行放大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。当探测器检测到物料时，动作显示灯会亮，提示检测到物料。

YL-335B自动生产线的分拣单元中传送带上方分别装有两个光纤式接近开关，为了能对黑色和白色的工件进行区分，两个光纤式接近开关的灵敏度调整成不一样。

E3Z-NA11型光纤式接近开关电路框图如图2-14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+24V端。

2.1.5　接近开关的选用及安装

每种接近开关的使用场合和要求不同，检测距离、安装方式、输出接口电气特性都不同，因此需要在安装调试中与检测对象、执行机构、控制器等综合考虑。

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2-15所示。

在实际生产线中还有许多其他的开关类传感器，如表2-4所示。