黃勇超 鄧發(fā)云

摘 ?要：在自動生產(chǎn)線的分析中，首先對PLC控制電路進行了研究，探討了NPN、PNP型光電傳感器與三菱FX3U的漏、源型接入的一致性;然后，對光電傳感器在自動生產(chǎn)線中的應用進行了研究，分析了光電傳感器的漫反射、鏡反射、對射方式的非接觸工件檢測方式;最后，對自動生產(chǎn)線的PLC編程進行了研究，得出了可調(diào)式光電傳感器的受光開啟、遮光開啟檢測模式分別采用常開、常閉觸點表示，選用的觸點與檢測模式不一致會導致程序無法繼續(xù)運行的結論。

關鍵詞：光電傳感器;自動生產(chǎn)線;檢測

中圖分類號：TP212;TP278 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）14-0162-04

Abstract： In the analysis of automatic production line， firstly， the PLC control circuit is studied， and the consistency of leakage pattern access and source pattern ?access between NPN， PNP photoelectric sensors and Mitsubishi FX3U is discussed; then， the application of photoelectric sensor in automatic production line is studied， and the non-contact work piece detection methods of diffuse reflection， mirror reflection and opposite reflection of photoelectric sensor are analyzed; finally， the PLC programming of the automatic production line is studied， and it is concluded that the light receiving opening and shading opening detection modes of the adjustable photoelectric sensor are represented by normally open and normally closed contacts respectively， and the inconsistency between the selected contacts and the detection mode will lead to the program cannot continue to run.

Keywords： photoelectric sensor; automatic production line; detection

0 ?引 ?言

智能制造是世界發(fā)達國家的國家戰(zhàn)略，它建立在現(xiàn)代傳感技術、網(wǎng)絡技術、人工智能技術等先進技術的基礎上。自動生產(chǎn)線是智能制造實現(xiàn)的重要方式，傳感器技術是自動生產(chǎn)線的“眼睛”，光電傳感器是一類重要傳感器，可以實現(xiàn)工件的非接觸檢測。

光電傳感器由光源、光學系統(tǒng)、光電器件和放大電路組成，利用光照射到光電器件上引起的光致電變現(xiàn)象，檢測光信號的變化從而感知被測對象，為自動生產(chǎn)線的PLC模塊提供控制依據(jù)。光電傳感器與PLC模塊配合完成自動生產(chǎn)線中工件定位、檢測、判斷、限位等的控制，有辨色、反應快、可靠性高、適用范圍廣等特點[1]。因此，光電傳感器廣泛應用于工業(yè)自動生產(chǎn)線。

1 ?PLC的輸入類型與光電傳感器的接線方式

我校自動生產(chǎn)線ZY36809B2是機電一體化教學實訓，年久失修且軟件不完善，長期閑置。它的電控系統(tǒng)使用三菱第3代小型可編程控制器FX3U-48MR/ES-A，直流輸入和直流輸出各24點。光電傳感器將采集到的信號輸入FX3U中，F(xiàn)X3U根據(jù)裝載程序輸出信號，控制電磁換向閥或變頻器。

自動生產(chǎn)線ZY36809B2中，光電傳感器用于轉盤電機、運輸線送料到位的檢測，轉盤電機送料到位則機械手伸出抓取物料，運輸線送料到位則變頻器驅動電機拖動傳輸帶;光纖傳感器（光電傳感器的一種）用于傳輸帶上黑白工件的分揀。光電傳感器引出3根有色導線，通常采用棕色線接電源正極，藍色線接電源負極，黑色線接PLC的輸入信號線?？删幊炭刂破鱂X3U的輸入側S/S端子有漏型（SINK）和源型（SOURCE）兩類接入方式。

FX3U漏型接入方式如圖1（a）所示，將直流電源DC的正極24V接入S/S端，負極0V接入COM端（共陰極公共端）。PLC輸入側的黑色信號線接入NPN型光電傳感器的NPN管集電極，電流從S/S端流入，輸入引出端流出（電流流出為“漏”）。三菱FX3N的源型接入方式與漏型接入方式相反。FX3U源型接入方式如圖1（b）所示，將直流電源DC的負極0V接入S/S端，正極24 V接入COM端（共陽極公共端）。PLC輸入側引出的黑色線接入PNP型光電傳感器的PNP管集電極，電流從輸入引出端流入（電流輸入為“源”），S/S端流出。

光電傳感器接通時，PLC輸入側該點位的顯示燈點亮，表明工件到達檢測位。在光電傳感器斷開時，信號線與零線間的電壓是24 V，則PLC外接NPN 型光電傳感器;反之，如果信號線與零線間的電壓是OV，則PLC外接PNP型光電傳感器。

PLC接入方式?jīng)Q定了光電傳感器的選用類型。光電傳感器接線前，務必讓光電傳感器類型與PLC接入方式一致，否則會造成PLC或光電傳感器電路燒毀等嚴重后果[2]。

2 ?光電傳感器在自動生產(chǎn)線中的安裝與檢測

光電傳感器的檢測光源是可見光或不可見的近紅外線。在自動生產(chǎn)線運行時，投光部始終發(fā)射光線，受光部感受到由工件引起的光量變化，從而引起光電傳感器的通斷變化。因此，光電傳感器又稱為光電接近開關。

根據(jù)投光部、受光部的位置不同，光電傳感器分為漫反射型、鏡面反射型、對射型三大類。

2.1 ?漫反射型光電傳感器

漫反射型光電傳感器投光部與受光部在同一側，其檢測過程如圖2所示，當一束平行的入射光線照射到工件的表面時，受光部能夠檢測到工件向四周漫反射的光線。根據(jù)檢測結果，漫反射型光電傳感器可分為光電接近開關、光電分揀開關、可調(diào)式光電接近開關三類。

光電接近開關靈敏度較高，凡進入檢測區(qū)域的工件都能檢測。在我校的自動生產(chǎn)線中，漫反射光電接近開關GY6-W2-3E1檢測進入運輸線的工件，以便啟動變頻器驅動電動機拖動運輸帶。機器人的檢測中，漫反射型光電接近開關安裝在機器人的相應部位，根據(jù)檢測到的光線強弱，使其具備人類的觸覺、視覺等功能[3]。

光電分揀開關依據(jù)漫反射信號的強弱分揀深色和淺色工件。相較淺色工件，深色工件對光線的吸收能力較好，反射能力較差。光纖傳感器屬于光電分揀開關。

可調(diào)式光電接近開關可自行設定檢測模式和檢測距離。檢測模式旋鈕用于設定受光開啟和遮光開啟兩種模式;檢測距離旋鈕用于調(diào)節(jié)兩種模式下的檢距，檢測旋鈕順時針旋轉調(diào)遠檢距，檢測旋鈕逆時針旋轉調(diào)近檢距。調(diào)節(jié)檢距最好用反射能力最差的黑色工件，保證檢測的可靠性。因此，可調(diào)式光電接近開關功能完善，可以替代光電接近開關和光電分揀開關。在我校的自動生產(chǎn)線中，可調(diào)式光電接近開關OMRON E3Z-LS61檢測轉盤電機送料，以便啟動機械手抓取物料的一系列動作。

漫反射型光電傳感器常應用在數(shù)控機床加工過程，實現(xiàn)對機床驅動系統(tǒng)、旋轉系統(tǒng)以及軸承系統(tǒng)等各項運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控[3]。根據(jù)受光部接受光的強弱，還能檢測加工工件的表面光潔度、紙張白度等。

工件背景最好空曠或使用深色材料，避免漫反射干擾。如我校自動生產(chǎn)線使用黑色運輸帶。運輸帶上，分揀黑色工件的光纖傳感器需要較高的靈敏度，往往在伸出活塞桿時產(chǎn)生錯誤的接通信號，因此該光纖傳感器的靈敏度調(diào)節(jié)到的能夠檢測即可，可以避免誤接通。

2.2 ?鏡面反射型、對射型光電傳感器

鏡面反射型光電傳感器的投光部與受光部也在同一側，在對面安裝反射鏡，其檢測過程如圖3所示;返回的光線應到達受光部，反射鏡面與投射光線不宜垂直，有較小的偏斜角度。

對射型光電傳感器投光部與受光部分開對面布置，用電纜連接并位于同一軸線，其檢測過程如圖4所示。投光部引出兩根線接電源正負極，受光部引出三根線接電源正負極和信號線。

鏡面反射型、對射型光電傳感器的受光部在被測工件完全或部分阻斷接收光線時產(chǎn)生通斷信號，常用于工件的計數(shù)。圖5是一種U字結構的對射型光電傳感器，可用于并行結構確定懸梁的位置[4];用于不透明檢測，如檢測不確定因素導致的帶材跑偏[5]、加工尺寸、位置等;用于半透明檢測，如檢測溶液透明度、濃度等。對射型光電傳感器通斷信號較強，分開的距離較遠，環(huán)境要求不高。鏡面反射型光電傳感器應保持鏡面的清潔。

光電傳感器應避免電氣、光照干擾，敏感部位的油污通常采用硅油及超聲波加熱清洗，再用清水漂洗，完全去除殘留痕跡。

3 ?光電傳感器的PLC編程

3.1 ?可調(diào)式光電傳感器的調(diào)節(jié)模式與PLC編程

可調(diào)式光電傳感器檢測模式和距離可調(diào)，在自動生產(chǎn)線中得到廣泛使用，其檢測模式與PLC程序選用的觸點密切相關。下面用OMRON E3Z-LS61進行說明。

自動生產(chǎn)線按照工藝順序循環(huán)運行，采用順序功能圖（SFC）編程，圖6是可調(diào)式光電接近開關E3Z-LS61相關的SFC程序。圖6（a）是與E3Z-LS61有關的工步，E3Z-LS61選擇受光開啟模式，則轉換條件如圖6（b）所示，用常開觸點x002表示E3Z-LS61。一旦檢測到工件，E3Z-LS61立即通電，x002閉合，21步激活為當前步，PLC輸出信號驅動電磁閥換向，氣動活塞帶動機械手運動。E3Z-LS61選擇遮光開啟模式，則轉換條件如圖6（c）所示，用常閉觸點x002表示E3Z-LS61。該模式下工件未進入檢測范圍時E3Z-LS61導通，常閉觸點x002斷開;工件一旦進入檢測范圍E3Z-LS61立即斷電，x002閉合，21步激活。

3.2 ?光纖傳感器和其他光電傳感器的轉換條件

除可調(diào)式光電接近開關外，包括光電傳感器在內(nèi)的其他傳感器一般使用受光開啟檢測模式，用符合習慣思維的常開觸點編程。

圖7是與運輸線分揀有關的工步。轉換條件12用常開觸點來表示漫反射光電接近開關，用于檢測運輸線供料，啟動變頻器運行步29;轉換條件14用常開觸點表示光纖傳感器，用于檢測白色工件，啟動分揀步32;轉換條件15用常開觸點表示光纖傳感器，用于檢測黑色工件，啟動分揀步34。在PLC程序中，常開觸點用如圖6（b）中X002下的符號表示。

4 ?結 ?論

自動生產(chǎn)線中的PLC模塊接收光電及其他傳感器的檢測信號，通過裝入的順序功能圖SFC控制程序，輸出信號驅動電磁換向閥或變頻器。目前，自動生產(chǎn)線ZY36809B2在機電一體化實踐教學中收到良好的實訓效果。

光電傳感器以非接觸檢測、反應快、可靠性高在自動生產(chǎn)線的廣泛應用使用，結合其他傳感器，有利于緩解技術工短缺、人力成本上漲等諸多困窘，必將有力地推動智能制造，并在智能制造中大放異彩。

參考文獻：

[1] 魏訪.光電傳感器在自動生產(chǎn)線的應用研究 [J].數(shù)字技術與應用，2017（11）：52-53.

[2] 王海東，王文堂，楊建昌.光電開關在自動生產(chǎn)線中的應用技巧 [J].國防制造技術，2016（2）：54-55.

[3] 周陽.光電傳感器在自動生產(chǎn)線的應用 [J].電子世界，2018（8）：207.

[4] 邵忠良，韓琳.可編程序控制系統(tǒng)設計師——S7-1200系列自動線教程 [M].廣州：華南理工大學出版社，2014.

[5] 周雙喜，童朋，肖雯，等.光電式帶材跑偏檢測系統(tǒng) [J].湖南理工學院學報（自然科學版），2014，27（3）：54-59

作者簡介：黃勇超（1968—），男，漢族，四川南充人，工程師，教師，碩士，主要研究方向：電路分析技術、傳感器技術、電子技術。