離散/數(shù)字式傳感器的常見(jiàn)類型、技術(shù)特點(diǎn)和使用技巧

離散或數(shù)字式傳感器在自動(dòng)化系統(tǒng)中無(wú)處不在。在繼電器邏輯時(shí)代，甚至在可編程邏輯控制器（PLC）出現(xiàn)之前，已經(jīng)開(kāi)始使用數(shù)字式傳感器，在簡(jiǎn)化PLC邏輯方面，現(xiàn)在仍發(fā)揮著作用。離散傳感器發(fā)送開(kāi)/關(guān)（是/否）信號(hào)，通常允許PLC忽略模擬閾值、死區(qū)、檢測(cè)速度和其他復(fù)雜性。

這些信號(hào)可能意味著“檢測(cè)到部件”、“設(shè)備氣壓高于80PSI”、“執(zhí)行機(jī)構(gòu)已到達(dá)預(yù)定位置”、“在某一溫度下的加熱器”或其它工況。強(qiáng)大的設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)，高度依賴于以正確的方式使用適合的傳感器。上述每個(gè)工況，都可能使用不同類型的傳感器。

常見(jiàn)離散傳感器類型

下面是用于自動(dòng)化的各種常見(jiàn)的離散傳感器。

限位開(kāi)關(guān)

目前仍在廣泛應(yīng)用的限位開(kāi)關(guān)，配置一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，與零件接觸時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉。它們的形狀和尺寸各異，并可以提供諸如冗余觸點(diǎn)之類的選項(xiàng)。盡管機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)具有簡(jiǎn)單、實(shí)用等特點(diǎn)，但許多應(yīng)用已開(kāi)始轉(zhuǎn)而使用非接觸式固態(tài)傳感器，因?yàn)樗`活、使用壽命更長(zhǎng)。限位開(kāi)關(guān)也有其局限性，因?yàn)樗枰c被感知部分接觸。

簧片開(kāi)關(guān)

簧片開(kāi)關(guān)，主要用于氣動(dòng)領(lǐng)域，配置了一個(gè)由磁鐵打開(kāi)/關(guān)閉的機(jī)械開(kāi)關(guān)。它們通常安裝在氣缸上，氣缸活塞內(nèi)有磁鐵。請(qǐng)注意，測(cè)量氣缸位置并不總是最佳的做法。例如，當(dāng)氣缸驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)軸將部件推入預(yù)定位置時(shí)，如果活塞從連接中出來(lái)怎么辦？如果連接有溢出或反沖呢？更好的方式是測(cè)量接觸部件的板，而不是測(cè)量氣缸的位置。由于這些都是機(jī)械設(shè)備，因此同限位開(kāi)關(guān)一樣，它們也有類似的壽命問(wèn)題。因此可以使用固態(tài)繼電器形式的氣缸開(kāi)關(guān)作為替代。

圖1：屏蔽與非屏蔽接近開(kāi)關(guān)。注意非屏蔽類型上附加的黃色塑料。圖片來(lái)源：Breen設(shè)備自動(dòng)化服務(wù)

接近開(kāi)關(guān)

接近開(kāi)關(guān)是另一種常見(jiàn)傳感器，通常采用電感原理，這就需要使用金屬（優(yōu)先選用含鐵的金屬）以便能正常工作。也可以使用有色金屬，如鋁和銅，但不能像檢測(cè)鐵一樣直接檢測(cè)這些金屬。在這種情況下，感知距離比較近，并且需要更大的感知目標(biāo)（有時(shí)甚至?xí)蟮綗o(wú)法使用）。在這種情況下，有兩種方法可以改善檢測(cè)：

1、把鋼質(zhì)螺絲安裝在有色金屬目標(biāo)上，以便接近開(kāi)關(guān)能夠檢測(cè)到。

2、使用“大量程”或“非屏蔽”接近開(kāi)關(guān)。因?yàn)檫@兩種類型的趨近式傳感器的頂端，有較少的金屬覆蓋，因此靈敏度也就更高。

確實(shí)存在某些其它類型的趨近式傳感器，利用非電感原理（電容和超聲波），可以測(cè)量非金屬零件。但是，這種傳感器并不常見(jiàn)，因此，在談到接近開(kāi)關(guān)時(shí)，通常認(rèn)為是電感類型的。

光電傳感器

光電傳感器，有一個(gè)光“發(fā)射器”和“接收器”。它們可集成安裝，也可分散安裝。這通常是跟蹤系統(tǒng)部件的一種低成本的方法。有時(shí)，光通過(guò)光纖的引導(dǎo)，或者直接在發(fā)射器/接收機(jī)中使用。檢測(cè)部件，通過(guò)將光反射回接收機(jī)（反射應(yīng)用）或通過(guò)阻斷光束到達(dá)接收器（直通光束應(yīng)用）來(lái)完成。

選擇適合的傳感器類型

在采購(gòu)離散傳感器時(shí)有多種選擇。選擇過(guò)程中，一旦確定了與機(jī)械接口類型匹配的通用傳感器，還有其它需要考慮的因素：

●PNP與NPN：這是所有固態(tài)設(shè)備必需做的選擇。它代表電流方向。在美國(guó)，一般使用PNP類型的傳感器，但如果設(shè)備來(lái)自于其它國(guó)家，那就必須了解PLC輸入的類型。如果PLC手冊(cè)說(shuō)“漏型輸入（sinkinginput）”，那它就是PNP類型的；如果說(shuō)“源型輸入（sourcinginput）”，那它就是NPN類型的。某些輸入模塊，可以配置為兩者中的任意一個(gè)。在這種情況下，請(qǐng)先確認(rèn)連接到“公共”端的電源端子。如果公共端子為0Vdc，那它就是PNP類型；如果是24Vdc，則為NPN類型。

●2線與3線：這主要是機(jī)械觸點(diǎn)（2線）和固態(tài)觸點(diǎn)（3線）之間的選擇。

●快速斷開(kāi)與集成電纜：許多傳感器提供兩種選擇，永久連接電纜或快速斷開(kāi)連接。雖然成本略高，但“快速斷開(kāi)”類型，通常更易于維護(hù)。如果傳感器斷開(kāi)，則不需要新電纜。

在某一時(shí)期，從本質(zhì)上講，離散傳感器是真正的數(shù)字化，如機(jī)械壓力開(kāi)關(guān)使用彈簧加載的隔膜，或基于汞的恒溫器，但界限正在逐漸模糊?，F(xiàn)代的離散傳感器，通常用于測(cè)量模擬量中的壓力、溫度、電感和亮度等參數(shù)，并使用小型計(jì)算器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字式的“是”或“否”。值得注意的是：現(xiàn)在，很多簡(jiǎn)單的傳感器，都可以通過(guò)IO-Link等技術(shù)，將模擬信息傳遞回PLC。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)產(chǎn)生，并配置了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，為什么不利用它呢？這是最新的趨勢(shì)，在市場(chǎng)上還沒(méi)有太多的應(yīng)用。PLC和梯形邏輯編程語(yǔ)言就是基于離散信號(hào)的概念之上。

光電傳感器的應(yīng)用技巧

可見(jiàn)光與紅外線的選擇。通常情況下，用戶必須將光聚集，如果使用可見(jiàn)光，則相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)光的聚集，所以除非有必須使用紅外線的理由，盡量使用可見(jiàn)光。

串?dāng)_問(wèn)題。這些傳感器的光線，會(huì)干擾其它傳感器和光幕。考慮到光不會(huì)保持一條線，而是一個(gè)錐，并且可能影響使用相同波長(zhǎng)的其它設(shè)備（如圖2所示）。

圖2：光電傳感器的串?dāng)_問(wèn)題。

有幾種方法可以幫助消除光電傳感器的串?dāng)_：

光線方向交替：當(dāng)光電傳感器彼此靠近時(shí)。例如，兩個(gè)光電傳感器測(cè)量傳送帶上6英寸的部件時(shí)，將第一個(gè)發(fā)射器布置在左側(cè)，將第二個(gè)發(fā)射器布置在右側(cè)。

使用不同的波長(zhǎng)：例如，淺色光幕通常使用紅外線。如果在光幕附近使用光電傳感器，請(qǐng)使用可見(jiàn)光光電傳感器。

在發(fā)射器上配置光圈，以便縮小光錐。

亮“開(kāi)”與暗“開(kāi)”：傳感器在檢測(cè)到光時(shí)為開(kāi)，或者當(dāng)它看不到光時(shí)為開(kāi)？通?？梢允褂寐萁z刀或按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

精度：簡(jiǎn)單的光電傳感器應(yīng)用，無(wú)法提供精確的位置檢測(cè)。例如，帶反光式光電傳感器的傳送帶上的傳感盒子，其精度只能達(dá)到一英寸或兩寸。使用光纖或光圈，使發(fā)射光和接收區(qū)域盡可能小，可以有效提高精度。

激光器：雖然成本更高，但可以實(shí)現(xiàn)其它傳感器不能實(shí)現(xiàn)的測(cè)量功能，如測(cè)距離，而不是僅僅檢測(cè)阻擋/反射。它們還能檢測(cè)透明的零件，如塑料或玻璃