在选购离散传感器时需要考虑很多因素,掌握离散传感器适用的应用类型、技术特点和使用技巧,有助于在特定的应用中实现更高的效益。

离散或数字式传感器在自动化系统中无处不在。在继电器逻辑时代,甚至在可编程逻辑控制器 (PLC) 出现之前,已经开始使用数字式传感器,在简化PLC 逻辑方面,现在仍发挥着作用。离散传感器发送开/ 关(是/否)信号,通常允许PLC 忽略模拟阈值、死区、检测速度和其他复杂性。

这些信号可能意味着“检测到部件”、“设备气压高于80PSI”、“执行机构已到达预定位置”、“在某一温度下的加热器”或其它工况。强大的设备功能的实现,高度依赖于以正确的方式使用适合的传感器。上述每个工况,都可能使用不同类型的传感器。

常见离散传感器类型

下面是用于自动化的各种常见的离散传感器。

限位开关

目前仍在广泛应用的限位开关,配置一个机械开关,与零件接触时打开或关闭。它们的形状和尺寸各异,并可以提供诸如冗余触点之类的选项。尽管机械式限位开关具有简单、实用等特点,但许多应用已开始转而使用非接触式固态传感器,因为它更灵活、使用寿命更长。限位开关也有其局限性,因为它需要与被感知部分接触。

波式传感器知识点(选择最适合的离散)(1)

簧片开关

簧片开关,主要用于气动领域,配置了一个由磁铁打开/ 关闭的机械开关。它们通常安装在气缸上,气缸活塞内有磁铁。请注意,测量气缸位置并不总是最佳的做法。例如,当气缸驱动联动轴将部件推入预定位置时,如果活塞从连接中出来怎么办?如果连接有溢出或反冲呢?更好的方式是测量接触部件的板,而不是测量气缸的位置。由于这些都是机械设备,因此同限位开关一样,它们也有类似的寿命问题。因此可以使用固态继电器形式的气缸开关作为替代。

波式传感器知识点(选择最适合的离散)(2)

接近开关

接近开关是另一种常见传感器,通常采用电感原理,这就需要使用金属(优先选用含铁的金属)以便能正常工作。也可以使用有色金属,如铝和铜,但不能像检测铁一样直接检测这些金属。在这种情况下,感知距离比较近,并且需要更大的感知目标( 有时甚至会大到无法使用)。在这种情况下,有两种方法可以改善检测:

1、把钢质螺丝安装在有色金属目标上,以便接近开关能够检测到。

2、使用“大量程”或“非屏蔽”接近开关 。因为这两种类型的趋近式传感器的顶端,有较少的金属覆盖,因此灵敏度也就更高。

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确实存在某些其它类型的趋近式传感器,利用非电感原理 ( 电容和超声波),可以测量非金属零件。但是,这种传感器并不常见,因此,在谈到接近开关时,通常认为是电感类型的。

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图 1 :屏蔽与非屏蔽接近开关。注意非屏蔽类型上附加的黄色塑料。图片来源:Breen 设备自动化服务

光电传感器

光电传感器,有一个光 “发射器” 和 “接收器”。它们可集成安装,也可分散安装。这通常是跟踪系统部件的一种低成本的方法。有时,光通过光纤的引导,或者直接在发射器/接收机中使用。检测部件,通过将光反射回接收机 ( 反射应用) 或通过阻断光束到达接收器( 直通光束应用) 来完成。

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图 2 :光电传感器的串扰问题。

选择最适合的离散传感器

在采购离散传感器时有多种选择。选择过程中,一旦确定了与机械接口类型匹配的通用传感器,还有其它需要考虑的因素:

PNP 与NPN :这是所有固态设备必需做的选择。它代表电流方向。在美国,一般使用PNP 类型的传感器,但如果设备来自于其它国家,那就必须了解PLC 输入的类型。如果PLC 手册说“ 漏型输入(sinking input)”,那它就是PNP 类型的;如果说“源型输入(sourcing input)”,那它就是NPN 类型的。某些输入模块,可以配置为两者中的任意一个。在这种情况下,请先确认连接到“公共”端的电源端子。如果公共端子为0 Vdc,那它就是PNP 类型;如果是24Vdc,则为NPN 类型。

2 线与3 线:这主要是机械触点(2线) 和固态触点(3 线) 之间的选择。

快速断开与集成电缆:许多传感器提供两种选择,永久连接电缆或快速断开连接。虽然成本略高,但“快速断开”类型,通常更易于维护。如果传感器断开,则不需要新电缆。

在某一时期,从本质上讲,离散传感器是真正的数字化,如机械压力开关使用弹簧加载的隔膜,或基于汞的恒温器,但界限正在逐渐模糊。现代的离散传感器,通常用于测量模拟量中的压力、温度、电感和亮度等参数,并使用小型计算器将其转换为数字式的“是”或“否”。

值得注意的是:现在,很多简单的传感器,都可以通过IO-Link 等技术,将模拟信息传递回PLC。如果数据已经产生,并配置了一台计算机,为什么不利用它呢?这是最新的趋势,在市场上还没有太多的应用。PLC 和梯形逻辑编程语言就是基于离散信号的概念之上。

关键概念

■ 探索离散传感器的主要用途。

■ 按类识别常见的离散传感器类型。

■ 学习最佳实践,使用离散传感器来避免落入陷阱。

思考一下

哪种类型的传感器对您的应用最有意义?

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