王劍 樊毅

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，對生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化要求日益增強(qiáng)。生產(chǎn)過程對物件的檢測與分類控制技術(shù)也提出更高要求，傳統(tǒng)的人工分類和接觸式檢測技術(shù)已不適用于現(xiàn)有生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。本文通過對產(chǎn)品包裝檢測的應(yīng)用實(shí)例，對基于接近式、光電式檢測的自動(dòng)檢測與分類控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：信號(hào)檢測與處理，優(yōu)化控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

引 言 在自動(dòng)化包裝過程中，自動(dòng)包裝機(jī)械能夠在控制系統(tǒng)的引導(dǎo)下完成一系列物品的包裝工藝流程，但在自動(dòng)包裝過程中難免出現(xiàn)漏裝、錯(cuò)裝等情況。自動(dòng)包裝檢測成為保證包裝質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前，生產(chǎn)現(xiàn)場仍普遍依靠人工檢測包裝產(chǎn)品的質(zhì)量。在需要人工操作的生產(chǎn)線上，仍采用機(jī)械式的限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)計(jì)件檢測，限位開關(guān)存在機(jī)械磨損、抗震能力差、精度低等問題。

為此，在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中對于包含金屬物件的產(chǎn)品，使用接近式傳感器進(jìn)行包裝內(nèi)的產(chǎn)品檢測，可代替人工勞動(dòng)，更加持續(xù)穩(wěn)定的檢測產(chǎn)品包裝質(zhì)量。使用光電式檢測技術(shù)具有使用壽命長、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無機(jī)械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強(qiáng)等優(yōu)勢。

1、傳感器簡介

1.1接近式傳感器，是代替限位開關(guān)等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進(jìn)行檢測為目的的傳感器的總稱。在工控環(huán)境下常用的有以下幾種：

（1）電容式接近傳感器

電容式接近傳感器是一個(gè)以電極為檢測端的經(jīng)電電容接近開關(guān)，它由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。

需要注意的是：電容式接近傳感器檢測的被測物體是金屬導(dǎo)體，非金屬導(dǎo)體不能用該方法測量。

（2）電感式接近傳感器

電感式接近傳感器由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。

1.2光電式傳感器

光電式傳感器中，發(fā)光二極管（或半導(dǎo)體激光管）的光束軸線和光電三極管的軸線在一個(gè)平面上，并成一定的夾角，兩軸線在傳感器前方交于一點(diǎn)。當(dāng)被檢測物體表面經(jīng)過交點(diǎn)時(shí)，發(fā)光二極管的反射光被光電三極管接收，產(chǎn)生電信號(hào)。當(dāng)物體離開交點(diǎn)時(shí)，反射區(qū)不在光電三極管的視角內(nèi)，檢測電路沒有輸出。

通常來講，接近開關(guān)的檢測方式，檢測距離非常有限，還受被測對象屬性影響；而光電開關(guān)的檢測方式，則沒有像接近開關(guān)那樣太多的限制。對它們的使用各有千秋，不見得選用哪一種一定會(huì)更好，得因工況而異。

2、優(yōu)化控制策略

下文以在產(chǎn)品包裝過程中的隱蔽式包裝物件檢測與分類控制和崗位計(jì)數(shù)器兩個(gè)應(yīng)用場景簡述接近式、光電式傳感器在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用。

2.1接近式隱蔽包裝物件檢測與分類控制應(yīng)用

在某食品加工現(xiàn)場，灌裝旋蓋完成后的成品在經(jīng)過全自動(dòng)封箱機(jī)分批次的密封包裝后，形成最終產(chǎn)品。全自動(dòng)封箱機(jī)完成規(guī)格為4*6為一箱的批次包裝，在包裝過程中，存在漏裝、產(chǎn)品傾倒、無蓋等現(xiàn)象。如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和剔除次品包裝箱，將進(jìn)入產(chǎn)品合格庫房，在倒運(yùn)過程中，會(huì)對庫房環(huán)境產(chǎn)生不利影響，增加庫房管理難度，同時(shí)，如果一旦進(jìn)入市場，將對產(chǎn)品的形象造成嚴(yán)重不利影響。

優(yōu)化控制策略：采用電感式接近傳感器制作與產(chǎn)品包裝位置一致的機(jī)械手臂，對應(yīng)生產(chǎn)線已裝箱產(chǎn)品流過位置，當(dāng)產(chǎn)品流經(jīng)傳感器，可檢包裝箱內(nèi)測瓶蓋的位置與數(shù)量是否符合包裝質(zhì)量要求。采用PLC系統(tǒng)控制，在控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了通過傳感器檢測到瓶蓋和信號(hào)消失的時(shí)間計(jì)算皮帶速度的算法，以實(shí)現(xiàn)在不同帶速下的自適應(yīng)檢測。通過傳感器的檢測和PLC內(nèi)設(shè)定的算法判斷是否出現(xiàn)包裝錯(cuò)誤或工序遺漏的不合格產(chǎn)品，自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制，及時(shí)將不合格包裝產(chǎn)品分類剔除。PLC選型為帶高速定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的型號(hào)，以滿足精確的計(jì)算需求。

2.2 光電式崗位計(jì)數(shù)器優(yōu)化

在某食品加工現(xiàn)場，灌裝生產(chǎn)線上，對各灌裝崗位人員進(jìn)行灌裝計(jì)件計(jì)數(shù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，最初采用傳統(tǒng)機(jī)械式裝置加接近開關(guān)的方式進(jìn)行計(jì)件計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，工人完成物件操作后將物件劃過行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)計(jì)件，存在漏計(jì)、多計(jì)、計(jì)數(shù)裝置影響物件在傳送帶上正常運(yùn)行等不良情況，嚴(yán)重耽誤生產(chǎn)。

優(yōu)化控制策略：采用光電式傳感器代替原有機(jī)械裝置加接近開關(guān)的檢測計(jì)數(shù)方式，因光電式傳感器可檢測較大距離內(nèi)的目標(biāo)，將光電傳感器安裝與各灌裝崗位輸送帶外側(cè)，找準(zhǔn)檢測角度即可。工人灌裝操作完成后將物件直接置于傳送帶上，灌裝物件經(jīng)過光電傳感器感應(yīng)檢測點(diǎn)自動(dòng)完成計(jì)件。光電傳感器所收集到的計(jì)件信號(hào)接入PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)過程序計(jì)算處理，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的反映各崗位的工作量情況，在現(xiàn)場配置HMI，實(shí)現(xiàn)計(jì)件數(shù)量的實(shí)時(shí)顯示，便于管理人員進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤管理。

3、應(yīng)用與效果

（1）減少生產(chǎn)人工成本

通過接近式檢測技術(shù)代替了人工檢測與分類的過程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)檢測分類過程的自動(dòng)化控制，及時(shí)判斷不合格產(chǎn)品，提高包裝質(zhì)量。

（2）穩(wěn)定精確的崗位計(jì)數(shù)

通過光電式傳感器的使用，更為精確、可靠的檢測生產(chǎn)線工人的工作效率。

（3）行業(yè)內(nèi)外關(guān)鍵或高危生產(chǎn)線推廣應(yīng)用

該檢測控制優(yōu)化在食品加工行業(yè)的成功應(yīng)用，可推廣到礦山選礦生產(chǎn)過程的磨機(jī)潤滑系統(tǒng)計(jì)數(shù)檢測、濃密機(jī)耙架耙位檢測、旋流器閥門位置檢測等生產(chǎn)過程中，針對高寒、高海拔對電氣設(shè)備的影響，應(yīng)在設(shè)備選型，控制算法優(yōu)化方面深入研究。

4、結(jié)論

接近式、光電式傳感器在工業(yè)自動(dòng)化控制上已普遍使用，隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)的的創(chuàng)新可將接近式、光電式傳感器應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域。

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作者簡介：

王劍（1988-）男，云南嵩明，漢族，大專，區(qū)域工程師，研究方向：檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置.