位置開關在在自動化控制中用于設備的移動位置判斷,比較常見的是行程開關(限位開關)和接近開關。 位置開關種類 位置開關有接觸式的行程開關(限位開關)和非接觸式的接近開關兩類。 1、行程開關(限位開關) 行程開關(限位開關)屬于接觸式機械開關,是由設備運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器,常用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置。常見的如用于行車上用來改變運行方向的限位開關。常見實物如圖所示: 2、接近開關 接近開關屬于非接觸式無觸點行程開關,當某種物體與接近開關接近到一定距離時,接近開關就發(fā)出動作信號,它不像機械行程開關那樣需要施加機械力,而是通過其探頭與被測物體間介質能量的變化來獲取信號。接近開關的應用極其廣泛已經(jīng)超出了限位和保護的范疇,常用的有用來測量速度,對液面位置的控制,檢測金屬體等等。 行程開關工作原理及優(yōu)缺點 行程開關(限位開關)的工作原理相對于比較簡單,其內部有常開和常閉的觸點,主要靠生產(chǎn)機械某些運動部件碰撞開關的連桿驅動開關的觸點引起動作,使閉合的觸點分斷或者斷開的觸點閉合。由開關觸點狀態(tài)的改變去控制電路和機構的動作。 ◆ 行程開關優(yōu)點 ①無論何種材質,只要接觸的操作力達到一定值,就出發(fā)開關。 ②采用接點輸出方式,可以隨外接電壓不同而輸出不同,無漏電現(xiàn)象。 ③不受相鄰傳感器的影響,輸出穩(wěn)定。 ◆ 行程開關缺點: ①接觸式行程開關會磨損和損傷檢測對象物,精密物體不建議采用該方法 ②接觸式行程開關機械壽命有限制。 在前面行程開關的缺點中提到了,行程開關會磨損和損傷被測對象,同時測量精度不高,使用壽命有限制等這些缺點。而接近開關的出現(xiàn)很好的解決了這些問題,那么接近開關有那些優(yōu)缺點呢? 接近開關優(yōu)缺點 ◆ 接近開關的優(yōu)點 ①接近開關為非接觸測量,不會磨損和損傷檢測對象物。 ②接近開關采用無觸點輸出方式,因此壽命延長,采用NPN/PNP輸出,對觸點的壽命無影響. ③接近開關不受檢測對象的污漬和油、水等的影響。 ④接近開關高速響應可達3kHz ◆ 接近開關的缺點 ①根據(jù)檢測物體的材料不同,接近開關檢測距離有著顯著的差別,一般檢測物體為非磁性金屬(例如鋁等),接近開關檢測距離會變小。 ②接近開關會受相鄰傳感器磁性(或靜電容量)的影響而相互干擾,輸出處于不穩(wěn)定的狀態(tài) ③接近傳感器OFF時,因電路的運行而有少量的電流泄漏,因此,會發(fā)生負載內殘留少量電流(負載殘留電壓),負載的復位不好。 接近開關按其工作原理來分,可以分為電感式、電容式、磁感應式和光電式等形式。也可以根據(jù)應用電路電流的類型可以分為交流型和直流型。 ①電感式接近開關,實物如圖所示: 電感式接近開關的感應頭是一個具有鐵氧體磁芯的電感線圈,因此只能用來檢測金屬體,在工業(yè)應用中使用非常廣泛。 ②電容式感應開關,實物如圖所示: 電容式接近開關的感應頭是一個圓形平板電極,而另一個極板是物體的本身,當物體移向接近開關時,物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化,從而產(chǎn)生信號輸出。電容式接近開關不僅可以檢測金屬物,也可以檢測非金屬物體或是液體等。 ③磁感應式接近開關:實物如圖所示: 磁感應式接近開關主要指的是霍爾接近開關,霍爾接近開關的工作原理是霍爾效應,當帶磁性的物體靠近霍爾開關時有信號輸出。常用的如用來判斷氣缸是否推出或是縮回到位的判斷。 ④光電式開關,實物如圖所示: 光電開關,克服了前面提到的三種接近開關作用距離短,不能直接檢測非金屬材料的特點,同時他具有抗電磁干擾能力的優(yōu)點。光電開關由發(fā)射器和接收器組成,發(fā)射器用來發(fā)射紅外線光,接收器用來接收反射的光,然后將光信號轉換成電信號,以開關量的形式輸出。目前常用于物位控制,液位控制,產(chǎn)品計數(shù),色標檢測等場合。 ⑤特殊種類的接近開關 當在一些狹小的空間,或是惡劣的工作環(huán)境如高溫、潮濕、干擾大或者是易爆環(huán)境,精度要求高等條件下進行檢測的時候,我們需要使用如果光纖接近開關和氣動接近開關這種類型的開關。但這種接近開關的價格相對較高。 接近開關選型原則 ①檢測金屬時優(yōu)先選擇感應式接近開關,檢測非金屬時優(yōu)先選擇電容式接近開關,檢測磁信號時優(yōu)先選擇磁感應式接近開關。 ②外觀的選擇,次選擇要根據(jù)實際使用場合及使用情況來進行選擇,常用的有圓柱螺紋形狀的。 ③檢測距離的選擇,根據(jù)需要選用,但要注意同一接近開關檢測距離并不是恒定的,接近開關的檢測距離與被檢測物體的材料、尺寸以及物體的移動方向有關。 ④信號輸出的選擇,選擇輸出的是交流信號還是直流信號,交流接近開關輸出的是交流信號,直流接近開關輸出的是直流信號,直流輸出的信號又有NPN輸出和PNP輸出之分。另外負載的電流一定要小于接近開關的輸出電流。 ⑤觸頭數(shù)量的選擇。接近開關又常開觸頭和常閉觸頭,可根據(jù)具體的情況來進行選擇。 ⑥開關頻率的選擇,開關頻率覺得了這個開關的響應速度,開關頻率指的是每秒從“開”到“關”轉換的次數(shù)。直流接近開關可達200kHz,交流接近開關要小一些只能達到25Hz。 ⑦接近開關額定電壓的選擇,對于交流型的接近開關,優(yōu)先選用AC220V或是AC36V,對于直流型的接近開關,優(yōu)先選擇DC12V或是DC24。 在PLC控制系統(tǒng)中,多數(shù)使用的接近開關都是使用直流型輸出信號的開關。直流電路中使用的接近開關有二線制、三線制和四線制的接近開關,二線制、三線制、四線制接近開關又分為NPN和PNP兩種型號的開關。通常日本和美國多使用NPN型的接近開關,歐洲多使用PNPN型的接近開關。而我國兩者都有使用。 接近開關的導線有多種顏色,常用的有棕色、藍色、黑色、白色。接近開關接線在我以前的文章里有過介紹,大家可以去尋找。 NPN和PNP開關的區(qū)別在于其導通情況,NPN為低電平導通,PNP為高電平導通,換句話說,NPN的接近開關,信號是從負載流向接近開關。而對于PNP的接近開關來說,信號是從接近開關流向負載。 NPN與PNP接近開關如何接入到PLC 以三菱FX3U PLC以及西門子S7-200 PLC為例來說明NPN和PNP開關如何接入到PLC控制系統(tǒng)中。根據(jù)接線開關接線圖,應首先需要找出PLC中的負載是什么。如圖所示: 三菱FX3U系列PLC輸入接線端子 西門子S7-200系列PLC輸入接線端子 大家可以把PLC信號輸入端和信號輸入端的公共端作為是一個負載的兩端,這樣根據(jù)接近開關接線圖以及PNP和NPN的區(qū)別就能夠很好的完成其接線了。 以FX3U的PLC和三線制的NPN開關為例,說明其接線方法(其他的接線方法大家按照相同的方法分析去接線): NPN型的接近開關的特性為低電平導通,信號從負載流向接近開關,而接近開關的信號輸出線必須接PLC的信號輸入點,所以當接NPN型的接近開關時信號是從PLC的輸入信號端流出,這樣負載的另一端(即公共端COM)就必須接高電平(即接24V+)。這樣才能使得信號從輸入點流出。接線圖如下圖所示: 電源可以使用PLC上面提供的一個24V傳感器電源,也可以如上圖所示使用外部的開關電源進線供電。 |
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