磁感應(yīng)傳感器在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

黃勇超，鄧發(fā)云

（廣州南洋理工職業(yè)學(xué)院智能工程學(xué)院，廣東 廣州 510900）

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展， 制造業(yè)逐漸以新型傳感器、智能控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等智能制造設(shè)備替代人工制造。應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)線，是智能制造的主要方式。

自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作原理通常為：以壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞，實(shí)現(xiàn)送料、加工、裝配、輸送、分揀等工作。使用非接觸式的磁感應(yīng)傳感器檢測(cè)氣缸內(nèi)活塞的行程，具有響應(yīng)可靠、快速、成本低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)[1]。

1 磁感應(yīng)傳感器的工作原理

磁感應(yīng)傳感器又稱(chēng)磁性接近開(kāi)關(guān)（磁性開(kāi)關(guān)）。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，磁感應(yīng)傳感器被固定在氣缸表面。氣缸缸筒的材料為導(dǎo)磁性弱、隔磁性強(qiáng)的非磁性材料，如硬鋁、不銹鋼等。在氣缸的活塞上，開(kāi)槽并安裝永久磁鐵材料的磁環(huán)。在氣缸的頭部和尾部緊貼活塞位置，各安裝一個(gè)磁感應(yīng)傳感器，可以反映活塞的行程。由于氣缸內(nèi)的活塞依靠壓縮空氣的作用實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此活塞結(jié)束伸出行程時(shí)必停留在氣缸的頭部，結(jié)束返回行程時(shí)必停留在氣缸的尾部。

磁感應(yīng)傳感器在氣缸上的位置如圖1所示。活塞結(jié)束一個(gè)運(yùn)動(dòng)行程時(shí)，頭部或尾部接通電路并輸出信號(hào)，PLC模塊根據(jù)該信號(hào)判斷活塞的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以確定工件或機(jī)械手是否被推出、活塞是否已返回。

圖1 磁感應(yīng)傳感器在氣缸上的位置

磁感應(yīng)傳感器的工作原理如圖2所示。當(dāng)隨活塞移動(dòng)的磁環(huán)靠近磁感應(yīng)傳感器時(shí)，舌簧開(kāi)關(guān)的兩根簧片被磁化，觸點(diǎn)閉合置位；當(dāng)磁環(huán)離開(kāi)磁感應(yīng)傳感器時(shí)，舌簧開(kāi)關(guān)的兩根簧片失磁，觸點(diǎn)斷開(kāi)復(fù)位。

圖2 磁感應(yīng)傳感器的工作原理

2 PLC模塊與磁感應(yīng)傳感器的連接

磁感應(yīng)傳感器與PLC模塊的連接如圖3所示[2]。磁感應(yīng)傳感器有棕色和藍(lán)色2根引出線，棕色線是信號(hào)線，藍(lán)色線是零線。

圖3 磁感應(yīng)傳感器與PLC模塊的連接

棕色線接入PLC模塊的輸入端，通過(guò)PLC模塊連接電源DC24V的正極24V；藍(lán)色線連接負(fù)極。在磁感應(yīng)傳感器上，設(shè)置有發(fā)光二極管（LED燈），用于顯示信號(hào)狀態(tài)，供調(diào)試時(shí)使用。在LED燈電路中，先以串聯(lián)電阻的方式限流，然后以并聯(lián)穩(wěn)壓二極管的方式限壓，最后以串聯(lián)電阻的方式分壓。當(dāng)活塞上的磁環(huán)接近磁感應(yīng)傳感器時(shí)，舌簧開(kāi)關(guān)閉合，輸出信號(hào)為“1”，LED燈亮；反之，LED燈不亮[3]。

3 PLC模塊梯形圖編程與磁感應(yīng)傳感器的位置故障分析

以西門(mén)子自動(dòng)化生產(chǎn)線的送料氣缸為例，說(shuō)明磁感應(yīng)傳感器的位置故障。

送料氣缸尾部、首部的磁感應(yīng)傳感器分別連接PLC模塊的常開(kāi)觸點(diǎn)I2.5、I2.6。觸點(diǎn)I2.5用于檢測(cè)活塞縮回行程，用“送料氣缸后限位”表示；觸點(diǎn)I2.6用于檢測(cè)活塞伸出行程，用“送料氣缸前限位”表示?？刂苹钊斐鏊土虾头祷氐腜LC梯形圖程序如圖4所示[4-7]。

圖4 活塞的伸出送料和返回過(guò)程

由圖4（a）可知，在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，料倉(cāng)中的工件準(zhǔn)備好以后，觸點(diǎn)I2.5閉合。下一工序是送料，通過(guò)氣缸的活塞伸出來(lái)實(shí)現(xiàn)，送料過(guò)程如下：表示“工件準(zhǔn)備好狀態(tài)”的常開(kāi)觸點(diǎn)M1.1在接通3秒后斷開(kāi)，結(jié)束“工件準(zhǔn)備好狀態(tài)”；觸點(diǎn)M1.2閉合，進(jìn)入“送料狀態(tài)”；觸點(diǎn)Q2.1置位，活塞將工件送出。由圖4（b）可知，送料后的返回過(guò)程如下：活塞到達(dá)送料氣缸頭部；接PLC模塊的常開(kāi)觸點(diǎn)I2.6閉合；在接通3秒后斷開(kāi)常開(kāi)觸點(diǎn)M1.2，結(jié)束“送料狀態(tài)”；觸點(diǎn)M1.3閉合，進(jìn)入“送料還原狀態(tài)”；觸點(diǎn)Q2.1復(fù)位，活塞返回送料位；觸點(diǎn)I2.5重新閉合。

Q2.1是PLC模塊輸出接單電控電磁閥線圈的觸點(diǎn)，單電控電磁閥無(wú)“記憶”功能，上電置位掉電就能復(fù)位。

磁感應(yīng)傳感器的常見(jiàn)位置錯(cuò)誤是磁感應(yīng)傳感器的安裝位置離開(kāi)送料氣缸尾部或頭部。如果磁感應(yīng)傳感器的安裝位置離開(kāi)送料氣缸尾部，則磁感應(yīng)傳感器無(wú)法檢測(cè)活塞的位置，將導(dǎo)致內(nèi)部的舌簧開(kāi)關(guān)不能閉合、PLC模塊常開(kāi)觸點(diǎn)I2.5始終處于斷開(kāi)狀態(tài)、活塞不能伸出送料；同理，如果磁感應(yīng)傳感器的安裝位置離開(kāi)氣缸頭部，則磁感應(yīng)傳感器無(wú)法檢測(cè)活塞的伸出行程，將導(dǎo)致PLC模塊常開(kāi)觸點(diǎn)I2.6始終處于斷開(kāi)狀態(tài)、活塞不能返回原位[8-9]。

4 結(jié)論

安裝時(shí)，應(yīng)將磁感應(yīng)傳感器緊貼在導(dǎo)磁性弱、隔磁性強(qiáng)的氣缸頭部和尾部，以便檢測(cè)活塞的行程。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中應(yīng)用磁感應(yīng)傳感器，基本的工作原理為：利用磁場(chǎng)效應(yīng)，通過(guò)控制舌簧開(kāi)關(guān)的通斷實(shí)現(xiàn)活塞的伸出和返回；將磁感應(yīng)傳感器的棕色信號(hào)線和藍(lán)色零線與PLC模塊和電源相連，為PLC模塊提供控制信號(hào)；磁感應(yīng)傳感器的安裝位置不能遠(yuǎn)離氣缸的頭部和尾部，否則活塞將無(wú)法正常地伸出和返回。