PLC與接近光電開關的接線問題

1、PLC與接近、光電開關的接線問題一:引言PLC的數(shù)字量輸入接口并不復雜，我們都知道PLC為了提高抗干擾能力，輸入接口都采用光電耦合器來隔離輸入信號與內(nèi)部處理電路的傳輸。因此，輸入端的信號只是驅(qū)動光電耦合器的內(nèi)部LED導通，被光電耦合器的光電管接收，即可使外部輸入信號可靠傳輸。目前PLC數(shù)字量輸入端口一般分單端共點與雙端輸入，各廠商的單端共點（Com）的接口有光電耦合器正極共點與負極共點之分，日系PLC通常采用正極共點，歐系PLC習慣采用負極共點；日系PLC供應歐洲市場也按歐洲習慣采用負極共點；為了能靈活使用又發(fā)展了單端共點（S/S）可選型，根據(jù)需要單端共點可以接負極也可以接正極。由于這些區(qū)別，

2、用戶在選配外部傳感器時接法上需要一定的區(qū)分與了解才能正確使用傳感器與PLC為后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎。二：輸入電路的形式1、輸入類型的分類PLC的數(shù)字量輸入端子，按電源分直流與交流，按輸入接口分類由單端共點輸入與雙端輸入，單端共點接電源正極為SINK（sink Current 拉電流），單端共點接電源負極為SRCE（source Current 灌電流）。2、術語的解釋SINK漏型SOURCE源型SINK漏型為電流從輸入端流出，那么輸入端與電源負極相連即可，說明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點為電源正極，可接NPN型傳感器。SOURCE源型為電流從輸入端流進，那么輸入端與電源正極相連即可

3、，說明接口內(nèi)部的光電耦合器為單端共點為電源負極，可接PNP型傳感器。國內(nèi)對這兩種方式的說法有各種表達：1）、根據(jù)TI的定義，sink Current 為拉電流，source Current為 灌電流，2）、由按接口的單端共點的極性，共正極與共負極。這樣的表述比較容易分清楚。3）、SINK為NPN接法，SOURCE為PNP接法（按傳感器的輸出形式的表述）。4）、SINK為負邏輯接法，SOURCE為正邏輯接法（按傳感器的輸出形式的表述）。5）、SINK為傳感器的低電平有效，SOURCE為傳感器的高電平有效（按傳感器的輸出狀態(tài)的表述）。這種表述的筆者接觸的最多，也是最容易引起混淆的說法。接近開關與光

4、電開關三、四線輸出分NPN與PNP輸出，對于無檢測信號時NPN的接近開關與光電開關輸出為高電平（對內(nèi)部有上拉電阻而言），當有檢測信號，內(nèi)部NPN管導通，開關輸出為低電平。對于無檢測信號時PNP的接近開關與光電開關輸出為低電平（對內(nèi)部有下拉電阻而言），當有檢測信號，內(nèi)部PNP管導通，開關輸出為高電平。以上的情況只是針對，傳感器是屬于常開的狀態(tài)下。目前可廠商生產(chǎn)的傳感器有常開與常閉之分；常閉型NPN輸出為低電平，常閉型PNP輸出為高電平。因此用戶在選型上與供應商配合上經(jīng)常產(chǎn)生偏差。另一種情況，用戶也遇到SINK接PNP型傳感器，SOURCE接NPN型傳感器，也能驅(qū)動PLC接口，對于PLC輸入信號狀

5、態(tài)則由PLC程序修改。原因是傳感器輸出有個上拉電阻與下拉電阻的緣故，對于集電極開路的傳感器，這樣的接法是無效的；另外輸出的上拉電阻與下拉電阻阻值與PLC接口漏電流參數(shù)有很大關系。并非所有的傳感器與PLC都可以通用，對于此類問題可以參考筆者的另一文接近開關、光電開關的輸出與負載接口問題，在此不再贅述。SINK漏型、SOURCE源型在下文有詳細圖解描述。三、按電源配置類型3.1、直流輸入電路如圖1，直流輸入電路要求外部輸入信號的元件為無源的干接點或直流有源的無觸點開關接點，當外部輸入元件與電源正極導通，電流通過R1，光電耦合器內(nèi)部LED，VD1（接口指示）到COM端形成回路，光電耦合器內(nèi)部接收管接

6、受外部元件導通的信號，傳輸?shù)絻?nèi)部處理；這種由直流電提供電源的接口方式，叫直流輸入電路；直流電可以由PLC內(nèi)部提供也可以外接直流電源提供給外部輸入信號的元件。R2在電路中的作用是旁路光電耦合器內(nèi)部LED的電流，保證光電耦合器LED不被兩線制接近開關的靜態(tài)泄漏電流導通。3.2、交流輸入電路如圖2，交流輸入電路要求外部輸入信號的元件為無源的干接點或交流有源的無觸點開關接點，它與直流接口的區(qū)分在光電耦合器前加一級降壓電路與橋整流電路。外部元件與交流電接通后，電流通過R1，C2經(jīng)過橋整流，變成降壓后的直流電，后續(xù)電路的原理與直流的一致。交流PLC主要適用相對環(huán)境惡劣，布線技改變動不大等場合；如接近開關就

7、用交流兩線直接替代原來行程開關。4：按端口類型4.1單端共點（Comcon）數(shù)字量輸入方式為了節(jié)省輸入端子，單端共點輸入的結構是在PLC內(nèi)部將所有輸入電路（光電耦合器）的一端連接在一起接到標示為COM的內(nèi)部公共端子（internal comcon terminal），各輸入電路的另一端才接到其對應的輸入端子X0、X1、X2、.，com共點與N個單端輸入就可以做N個數(shù)字量的輸入(N+1個端子)，因此我們稱此結構為"單端共點"輸入。 用戶在做外部數(shù)字量輸入組件的接線時也需要同樣的作法，需要將所有輸入組件的一端連接在一起，叫輸入組件的的外部共線（external comcon w

8、ire）；輸入組件的另一端才接到PLC的輸入端子X0、X1、X2、.。 如果COM為電源24V+（正極），外部共線就要接24V-（負極），此接法稱SINK（sink Current 拉電流）輸入方式；也稱之PLC接口共電源正極。 如果COM為電源24V-（負極），外部共線就要接24V+（正極），此接法稱SRCE（source Current 灌電流）輸入方式；也稱之PLC接口共電源負極。 SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，可接NPN型傳感器，即X端口與負極相連。 SRCE（source Current 灌電流）輸入方式，可接PNP型傳感器。即X端口與整機極相連。為了適應各地

9、區(qū)的使用習慣,內(nèi)部公共端子有的廠家的PLC是采用S/S端子，此端子可以與電源的24V+（正極）或24V-（負極）相連，結合外部共線接線變化使PLC可以 SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，可接NPN型傳感器和SRCE（source Current 灌電流）輸入方式，可接PNP型傳感器。較采用COM端的PLC更靈活。S/S端子的發(fā)展是為了適用日系與歐系PLC混合使用工控場合,起到通用的作用,S/S端子也稱之 SINK/SRCE可切換型。（外部輸入組件可以為按鈕開關、行程開關、舌簧開關、霍爾開關、接近開關、光電開關、光幕傳感器、繼電器觸點、接觸器觸電等開關量的元件。） SINK（

10、sink Current 拉電流）輸入方式單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子COM24V+，外部共線24V-）。如圖3: SRCE（source Current 灌電流）輸入方式 單端共點SRCE輸入接線（內(nèi)部共點端子COM24V-，外部共線24V+）。如圖4: SINK/SRCE可切換輸入方式S/S端子與COM端不同的是,COM是與內(nèi)部電源正極或負極固定相連，S/S端子是非固定相連的，根據(jù)需要才與內(nèi)部電源或外部電源的正極或者負極相連。 單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子S/S24V+，外部共線24V-）。 單端共點SRCE輸入接線（內(nèi)部共點端子S/S24V-，外部共線24V+）。 4

11、.1.4：當有源輸入元件(霍爾開關、接近開關、光電開關、光幕傳感器等)數(shù)量比較多，消耗功率比較大，PLC內(nèi)置電源不能滿足時，需要配置外置電源。根據(jù)需求可以配24VDC，一定功率的開關電源。外置電源原則上不能與內(nèi)置電源并聯(lián)，根據(jù)COM與外部共線的特點， SINK（sink Current 拉電流）輸入方式時，外置電源與內(nèi)置電源正極相連接； SRCE（source Current 灌電流）輸入方式時，外置電源與內(nèi)置電源負極相連接。4.1.5：簡單判斷SINK（sink Current 拉電流）輸入方式，只需要Xn端與負極短路，如果接口指示燈亮就說明是SINK輸入方式。共正極的光藕合器，可接NPN型

12、的傳感器。 SRCE（source Current 灌電流）輸入方式，將Xn端與正極短路，如果接口指示燈亮就說明是SRCE輸入方式。共負極的光藕合器，可接PNP型的傳感器。4.1.6：對于2線式的開關量輸入，如果是無源觸點，SINK與SRCE按上圖的輸入元件接法，對于2線式的接近開關，需要判斷接近開關的極性，正確接入。我公司部分2線式的LJK系列接近開關也有不分極性即可接入接口的，具體參考附帶產(chǎn)品說明書。4.2、超高速雙端輸入電路主要用于硬件高速計數(shù)器（HHSC）的輸入使用，接口電壓為5VDC，在應用上為確保高速及高噪音抗性通常采用雙線驅(qū)動方式（Line-Drive）。如果工作頻率不高與噪音低

13、也可以采用5VDC的單端SINK或者SRCE接法，串聯(lián)一個限流電阻轉換成24VDC的單端SINK或者SRCE接法。4.2.1、雙輸入端雙線驅(qū)動方式（Line-Drive）。、5VDC的單端SINK或者SRCE接法。4.2.3、24VDC的單端SINK或者SRCE接法。注：24VDC供電的傳感器,在輸入回路上需要串聯(lián)限流電阻，R1為10，R2為2K，不串聯(lián)限流電阻，將燒毀接口回路，限流電阻取值2.7K。四：外部輸入元件1：無源干接點（按鈕開關、行程開關、舌簧磁性開關、繼電器觸點等）無源干接點比較簡單，接線容易。不存在電源的極性，壓降等因素，上圖3-6中的輸入元件這是此類型。這里不重復介紹。2：有

14、源兩線制傳感器（接近開關、有源舌簧磁性開關）有源兩線接近開關分直流與交流，此傳感器的特點就是兩根線，傳器輸出端導通后，為了保證電路正常工作需要一個保持電壓來維持電路工作，通常在3.5-5V的壓降，靜態(tài)泄露電流要小于1mA，這個指標很重要；如果過大，在接近開關沒檢測信號時，就使PLC的輸入端的光電耦合器導通。我公司的LJK系列兩線制接近開關靜態(tài)泄露電流控制在0.35-0.5mA之間適應各類型PLC。直流兩線制接近開關分二極管極性保護與橋整流極性保護，前者在接PLC時需要注意極性，后者就不需要注意極性。有源舌簧磁性開關主要用在汽缸上做位置檢測，由于需要信號指示，內(nèi)部有雙向二極管回路，因此也不需要注

15、意極性；交流兩線制接近開關就不需要注意極性。如圖10：2.1、單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子COM24V+，外部共線24V-）。如圖112.2、單端共點SRCE輸入接線（內(nèi)部共點端子COM24V-，外部共線24V+）。如圖12:2.3、S/S端子接法參考圖5-圖6以及圖11-圖12。3：有源三線傳感器（電感接近開關、電容接近開關、霍爾接近開關、光電開關等）直流有源三制線接近開關與光電開關輸出管使用三極管輸出，因此傳感器分NPN和PNP輸出，有的產(chǎn)品是四線制，有雙NPN或雙PNP，只是狀態(tài)剛好相反，也有NPN和PNP結合的四線輸出。NPN型當傳感器有檢測信號VT導通，輸出端OUT的電流流

16、向負極，輸出端OUT電位接近負極，通常說的高電平翻轉成低電平。PNP型當傳感器有檢測信號VT導通，正極的電流流向輸出端OUT,輸出端OUT電位接近正極，通常說的低電平翻轉成高電平。電路中三極管的發(fā)射極上的電阻為短路保護采樣電阻2-3不影響輸出電流。三極管的集電極的電阻為上拉與下拉電阻，提供輸出電位，方便電平接口的電路，另一種輸出的三極管集電極開路輸出不接上拉與下拉電阻，更多問題可以參考接近開關、光電開關的輸出與負載接口問題的文章。簡單說當三極管VT導通,相當與一個接點導通，如圖13：3.1單端共點SINK輸入接線（內(nèi)部共點端子COM24V+，外部共線24V-）。如圖14:2.2、單端共點SRC

17、E輸入接線（內(nèi)部共點端子COM24V-，外部共線24V+）。如圖15:2.3、S/S端子接法參考圖5-圖6、圖11-圖12以及圖14-圖15。五、結束語PLC輸入接口電路形式和外接元件（傳感器）輸出信號形式的多樣性，因此在PLC輸入模塊接線前必要了解PLC輸入電路形式和傳感器輸出信號的形式，才能確保PLC輸入模塊接線正確無誤，在實際應用中才能游刃有余，后期的編程工作和系統(tǒng)穩(wěn)定奠定基礎。六、參考文獻1：接近開關、光電開關手冊 TEOPTO 2005年電子版2：FETEK-PLC使用手冊3：MITSUBISHI-PLC手冊4：SIEMENS-PLC手冊光電開關原理光電開關的定義：此種產(chǎn)品以光源為介

18、質(zhì)、應用光電效應，當光源受物體遮蔽或發(fā)生反射、輻射和遮光導致受光量變化來檢測對象的有無、大小和明暗，而向產(chǎn)生接點和無接點輸出信號的開關元件。光電開關包括幾種類型，自身不具備光源，利用被測物體發(fā)射的光的變化量進行檢測的；利用自然光對光電開關的照射，物體遮蔽自然光產(chǎn)生的關變化量；光電開關自身具備光源，發(fā)射的光源對被檢測物體反射、吸收、和透射光的變化量進行檢測。常用的光源為紫外光、可見光、紅外光等波段的光源，光源的類型有燈泡、LED、激光管等；輸出信號有開關量或模擬量和通訊數(shù)據(jù)信息等。光電開關的叫法，主要是輸出為開關量的開關元件。光電傳感器的叫法，涵蓋了輸出開關量、模擬量、通訊數(shù)據(jù)等。目前市面光電開

19、關的叫法有分光源、檢測形式、用途、結構等命名的。如：利用紅外光源的叫紅外光電開關、紅外線光電開關、紅外線光電傳感器等。利用自然光的叫光控開關、光電繼電器等。利用激光為光源的叫激光光電開關、激光光電傳感器等。利用檢測形式叫熱金屬檢測器，俗稱熱檢等。利用用途的叫光電距離傳感器、安全光幕傳感器等。利用結構的叫光幕傳感器等。這里就簡要舉幾個例子，還有很多的叫法，在此無法一一介紹。一、光電開關原理與分類1：按檢測形式的分類（1）對射式對射式是由一個發(fā)射器與一個接收器相對配置的，發(fā)射器發(fā)射出的光指向接收器，發(fā)射器與接收器之間組成一個閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式。這種檢測形

20、式作用距離比較長，但需要一個發(fā)射器并需要配電；在某些應用場合比如空間狹小，不合適配電的運用上比較麻煩。如圖1a：圖1a發(fā)射器與接收器一體化，光傳輸為直流方式的非調(diào)制信號，主要小型縫隙光電開關，如U型、C型的槽型光電開關。如圖1b:圖1b（2）直接反射式這種方式是把發(fā)射器與接收器構為一體，發(fā)射器發(fā)射的光直接照射到被檢測物上，根據(jù)反射光的變化情況來進行檢測的?？梢哉f是近似人的眼睛的一種檢測器。與對射式相比作用距離比較短，只需要單線配電即可，屬于通用檢測器。如圖2：圖2（3）鏡面反射式這種方式是把發(fā)射器與接收器構為一體，光電開關對置反角矩陣射鏡，發(fā)射器的光被反射鏡后反饋回接收器，光電開關與角矩陣反射

21、鏡（多棱鏡）形成閉合光路，通過對光路的光被遮斷或光衰減來進行檢測的一種檢測形式，這種檢測形式作用距離比對射式短，比直接反射式較長。只需要單線配電即可，由于采用反射鏡光軸的調(diào)整比對射式容易；反射鏡由多棱鏡角矩陣板或微晶玻璃顆粒反射膜等。如圖3a：圖3a具有M.S.R功能的反射器式光電開關，如果被檢測物是平面而且有光澤，則會產(chǎn)生誤動作，欲解決此問題，可采用M.S.R功能，它的主要工作原理是基于角矩陣反射器能使偏振光方向改變90°，采用互相垂直的偏振光膜片放在雙鏡頭前，所以使用角矩陣反射器，光路閉合。如果是平面鏡或反光率比較的物體（如：玻璃瓶等）不能改變偏振方向，由它阻擋而產(chǎn)生的反射光不能

22、進入受光器，因此它可以很容易被檢測到，從而解決了由它表面反射而它引起的誤動作問題。如圖3b:圖3b（4）輻射光檢測形式通過對被檢測物體輻射出的光進行檢測的形式。如用于鋼鐵行業(yè)的對加熱的鐵輻射出的紅外線進行檢測的光電開關。如圖4：圖4（5）限定反射式這種方式是把發(fā)射器與接收器構為一體，發(fā)射器與接收器形成一個角度，發(fā)射光軸與接收光軸交叉區(qū)域靈敏度最佳。如圖5：圖5（6）夾角式這種方式是把發(fā)射器與接收器構為一體，發(fā)射器與接收器形成一個角度，發(fā)射光聚焦點與接收光聚焦交叉區(qū)域檢測物體，用于精細檢測，如標記檢測等。如圖6：圖6（7）同軸檢測式（單鏡頭）這種方式是把發(fā)射器與接收器構為一體，發(fā)射光通過鍍膜的半

23、透明鏡片45°折射后通過鏡頭聚焦發(fā)射出去，接收光線通過聚焦鏡頭入射到接收器，主要用于標志檢測。目前主流的顏色傳感器、標志傳感器大多采用這樣方式。如圖7：圖7（8）光導纖維式光導纖維簡稱光纖，目前光纖式光電開關的光纖基本是兩種，一種塑料光纖，價位比較低，普通檢測使用；另一種玻璃光纖，價位比較高，一些檢測精度比較高的場合。：對射式，把光纖套入發(fā)射器，把光纖套入接收器，光纖檢測頭相對安置。如圖8a：圖8a：直接反射式，發(fā)射器與接收器構為一體，把光纖套入發(fā)射器與接收器（光纖放大器），光纖頭為兩根光纖并行，直接檢測物體。如圖8b：圖8b：同軸反射，發(fā)射器與接收器構為一體，把光纖套入發(fā)射器與接收

24、器（光纖放大器）。光纖頭為兩根光纖并為一根的形式，發(fā)射光纖在中間，接受光纖圍著其圓周排列?？梢灾苯臃瓷渑c鏡面反射，取決于光纖放大器的光學結構。如圖8c：圖8c2：按檢測方法的分類（1）光量法目前大多數(shù)光電開關用來檢測物體有無的均為光量方式，既光源受物體遮蔽或發(fā)生反射、輻射和遮光導致受光量變化來檢測對象的有無。（2）三角測距法光量方式容易受到物體表面的光潔度、粗糙度、顏色所影響，因此在一些要求比較高的場合就需要采用距離法檢測。（3）激光測量法由激光器對被測目標發(fā)射一個光信號， 然后接受目標反射回來的光信號，通過測量光信號往返經(jīng)過的時間， 計算出目標的距離。3：按光源種類的分類光源目前采用的大多是

25、發(fā)光二極管（LED），根據(jù)不同使用目的的區(qū)別使用。（1）白熾燈式（可見光）用于需要白光的標志檢測器，由于壽命與抗震性能，現(xiàn)在使用比較少。（2）發(fā)光二極管（LED）式（可見光、近紅外光）具有調(diào)制容易、壽命長、小型、功耗小、抗震等優(yōu)點是光電開關理想的光源，可用于各種用途。（3）熒光式（可見光）主要用于需要長度的光電系統(tǒng)（圖像傳感器等）（4）紫外光式（不可見光）通過照射紫外線用于檢測發(fā)生可見光的物體（熒光整理疵點、食品中的異物等）。（5）氣體激光式（可見光）光束比較強，用于探傷系統(tǒng)、條形碼系統(tǒng)、及強光衰減大的場合，如蒸汽、煙霧、火焰等場合。（6）半導體激光式（紅光、近紅外光）具有較強的透射率和容易調(diào)

26、制的特性，用于如蒸汽、煙霧、火焰等場合鋼鐵行業(yè)與安防。4：按光源調(diào)制種類的分類（1）直流光式使發(fā)射器的光線為不變的直流光，包括白熾燈和用直流驅(qū)動的發(fā)光二極管。這種方式有線路簡單、響應速度快的特點，但是抗光干擾比較弱，目前僅在較短的距離檢測中使用。（2）調(diào)制式、脈沖調(diào)制式使發(fā)射器發(fā)的出光線為具有一定頻率的脈沖波，一般稱為調(diào)制光，采用這種方式除了可以獲得峰值很高的光脈沖功率外，還可以對接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進行放大，從而減少周圍光線和電氣噪聲的影響，這是目前國內(nèi)外使用最廣的一種方式。機械旋轉調(diào)制式對光源用棱鏡或轉盤孔旋轉后，提取脈沖信號，如用于區(qū)域檢測和熱金屬輻射的掃描檢測等。、掃

27、描式將多個發(fā)射器與接收器組合，通過同步信號逐一掃描，防止相互干擾。如用于光幕傳感器。5：按供電種類的分類（1）直流式采用直流電壓供電的形式，一般大多采用12-24V（10-30V）的直流電壓的供電。（2）交流式采用交流電壓供電，電壓范圍為90-240V交流電，滿足110VAC與220VAC場合的供電（3）直流交流混合式直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個供電回路的形式，直流電壓范圍12-240V，交流電壓范圍24-240V，此形式適應性比較靈活，不需要考慮配電的問題。6：按輸出種類的分類（1）三極管NPN輸出（2）三極管PNP輸出（3）三極管NPN與PNP混合輸出（4）固態(tài)隔離無觸點輸出（5

28、）繼電器觸點輸出（6）可控硅輸出（7）模擬電壓（8）模擬電流（9）數(shù)據(jù)信號7：按結構種類的分類（1）內(nèi)藏放大器式即把發(fā)光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅(qū)動電路裝配在一個殼體里，接通直流電源就可以獲取ON-OFF開關輸出，不需要專用放大器，抗噪音能力強，壽命長，電纜線可延長等優(yōu)點，是主流的一種光電開關。（2）放大器分離式這是種早期采用比較多的方式，發(fā)光、感光元件裝在探頭內(nèi)，用屏蔽線與專用放大器（光電開關主體）連接。主要是探頭可以安裝在比較狹小的空間對比較小的物體進行檢測，但是有抗噪聲能力的問題。隨著技術的發(fā)展，內(nèi)藏放大器式的光電開關的體積越來越小；這種形式采用相對較少，尤其是光纖傳感器

29、的發(fā)展。（3）光纖式這種光電開關是放大器分離式與內(nèi)藏放大器式結合的產(chǎn)品，通過光纖才傳輸光信號，光電開關主體上套上光纖線，另一頭光纖探頭可以對被檢測物體進行檢測，其優(yōu)點光纖探頭比較小，可以檢測比較微小的物體，光纖線傳輸?shù)闹皇枪庑盘枺圆挥每紤]放大器分離式那樣需要考慮抗噪聲能力的問題。（4）自控式這種光電開關是具有一定功能性的。把發(fā)光、感光元件和放大電路、信號處理電路、開關驅(qū)動電路、電源、繼電器等都裝配在一起，接上交流或直流電源就可以工作。同時還具有其他一些功能如動作信號的延時、光電開關的信號靈敏度調(diào)節(jié)等。光電開關工作原理（紅外傳感器原理）光電開關是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現(xiàn)控制

30、的。光電開關在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。此外，光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。三角反射板是結構牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這

31、根反射線返回。分類和工作方式槽型光電開關 把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作。輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。對射型光電開關若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸

32、出一個開關控制信號。反光板型光電開關把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。擴散反射型光電開關它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關信號一、光電開關特點：1、檢測距離長：與電感式接近開關相比，可以獲得很長的檢測距離，例如：對射型開關檢

33、測距離可達數(shù)十米，反射已從幾厘米到幾米，由于是非接觸檢測，所以不損傷被測物，也不受其影響。2、檢測對象廣泛：因為是根據(jù)檢測對象的反射和透光檢測，所以不管是金屬、即使是玻璃、橡膠、木材、液體、氣體等幾乎都可以檢測。3、響應速度快：檢測介質(zhì)本身是高速的，因為幾乎不包含機械動作，因而可以獲得非常高的檢測速度。4、分辨能力高：因為光是直線傳播，且波長短，因而分辨率高，適用于微小物體和高精度位置檢測。5、容易取得規(guī)則的檢測區(qū)：采用了透鏡等光學系統(tǒng)，可以比較容易的聚光、擴散和折射，對應不同的檢測對象和不同的使用環(huán)境，可以適當?shù)倪x取具有某種檢測區(qū)域的產(chǎn)品。 6、不受磁場和振動的影響：檢測開關一般較多地安裝在

34、具有較強磁場和振動的場所，從本質(zhì)上說，光電開關受其影響很少，因而能夠可靠的動作。7、利用光的特性檢測：可以做色標、形狀特征的選擇檢測。8、壽命長：由于是非接觸檢測，所以壽命長，特別是用發(fā)光二極管做為光源，控制輸出采用無接點方式，壽命就更長。但，光電開關也有下述一些缺點：9、透鏡容易受到粉塵和油污的污染，透鏡一旦弄臟，不僅使光束散亂，又擋住了一部分光，因而在惡劣環(huán)境下，必須采取切實可行的保護措施。10、周圍光線強弱對開關的影響，對于通常的照明光，目前光電開關幾乎不受影響，但是如果背景光太強以致超過數(shù)萬勒克斯，就會引起開關誤動作而造成損失。11、成本比其它檢測開關要高一些。二、光電開關應用方法1：

35、輸入電源電壓的波動對直流輸入方式，也要注意其波動值，通?？梢栽试S±10%。2：配線正確地進行配線自然不用說，在有規(guī)定的情況下，使用電纜應在規(guī)定的長度以內(nèi)，在配線上大多出防噪聲方面考慮，但為安全起見，還應當注意與動力線隔離，高壓線、動力線和光電傳感器的配線不應放在同一配線管或用線槽內(nèi)，否則會由于感應而造成（有時）光電開關的誤動作或損壞，所以原則上要分別單獨配線。3：響應時間根據(jù)被測物體的大小與移動速度來選擇在響應速度上有余力的光電開關，另外，關于對射式，由于光束的粗細對檢測有影響，因此要預先計算好對整個光束遮光的時間。4：靈敏度關于設定距離，在環(huán)境惡劣的情況下，使用對射式時，必須留出4

36、倍以上的余地，使用反射式時也必須留出1.5-2倍以上的余地。5：保護措施通常，對于直流供電的光電開關里都設有逆極性，交流無須要極性保護。直流供電的光電開關晶體管輸出的均有過流、短路保護。保護方式有節(jié)拍式或自鎖式，各有特點，節(jié)拍式在輸出最大電流臨界點產(chǎn)生節(jié)拍保護，使用時候負載電流需要控制在光電開關額定輸出電流內(nèi)。自鎖式過載、短路后，保護電路啟動后，無輸出，需要斷電重新加電后才恢復正常。無接點輸出極的保護，通常采用續(xù)流保護晶體管的集電極。如果有大功率的感性負載最好還是外部設置電涌吸收電路給予保護。6：抗振與沖擊若振動為0-2000次/分，復振寬度為2mm左右時，對一般光電開關沒什么影響，但是對采用

37、白熾燈做光源需要采用不受振動的裝備結構。7：干擾光由于光電開關的光源與調(diào)制的問題，因此抗干擾光的能力也是不同的；通常紅外光電開關抗環(huán)境光白熾燈光3,000Lux,太陽光10,000Lux。若強烈太陽光直接照射的，由于太陽光含有紅外波段的光線，如果采用光學濾色鏡提高抗光干擾能力是不夠的。teopto光電產(chǎn)品中有具備100,000Lux專門用于強烈環(huán)境光的產(chǎn)品。那直流光式，需要盡量避開環(huán)境光的直接照射，由于環(huán)境光的干擾，還需要對靈敏度細調(diào)后滿足實際使用的需要。在不能改變光電開關（接收器）光軸與強光源的角度時，可在光電開關上方四周加裝遮光板或套上遮光長筒。8：防止相互干擾對射式防止相互干擾最有效的辦

38、法是發(fā)射器和接收器交叉設置，超過2組時還拉開組距。當然，也可選擇使用不同頻率的機種。反射式需要隔開一定的間距,根據(jù)產(chǎn)品參數(shù)的指向角與檢測距離來確定相鄰的間距。9：鏡面角度影響當被測物體有光澤或遇到光滑金屬面時，一般反射率都很高，有近似鏡面的作用，這時應將發(fā)射器與檢測物體安裝成1020°的夾角，以使其光軸不垂直于被檢測物體，從而防止誤動作。10：排除背景物影響使用反射式擴散型發(fā)射器、接收器時，有時由于檢出物離背景物較近，光電開關或者背景是光滑等反射率較高的物體而可能會使光電開關不能穩(wěn)定檢測。因此可以改用距離限定型發(fā)射器、接收器，或者采用遠離背景物、拆除背景物、將背景物涂成無光黑色、或設

39、法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。11：自診斷功能使用在安裝或使用時，有時可能會由于臺面或背景影響以及使用振動等原因而造成光軸的微小偏移、透鏡沾污、積塵、外部噪聲、環(huán)境溫度超出范圍等問題。這些問題有可能會使光電開關偏離穩(wěn)定工作區(qū)，這時可以利用光電開關的自診斷功能而使其通過STABLITY綠色穩(wěn)定指示燈發(fā)出通知，以提醒使用者及時對其進行調(diào)整。12：消除臺面影響發(fā)射器與接收器在貼近臺面安裝時，可能會出現(xiàn)臺面反射的部分光束照到接收器而造成工作不穩(wěn)定。對此可使發(fā)射器與接收器離開臺面一定距離并加裝遮光板。13：鏡面的維護定期清理鏡面或者反光板表面的灰塵，使光電開關的光量不受損耗，保證光電開關正常工作，

40、擦拭鏡頭嚴禁用稀釋劑等化學物品，以免損壞塑料鏡與反光板。14：溫度特性一般工作的環(huán)境溫度在-2055(未結冰)，在環(huán)境復雜的條件下檢測時需要注意，比如溫度比較高的環(huán)境下需要采取冷卻。冷卻方式有多種，風冷卻、水冷切、電致冷等；溫度比較低的環(huán)境超過產(chǎn)品額定值的，需要加熱防止檢測鏡面凍霜、結冰；這些條件的使用時，若需要技術支持請與teopto的應用工程師進行技術的咨詢，選擇合適的產(chǎn)品應用在項目上。15：光軸校準為了便于校準光軸，有效防止偏移，只要做到一下幾點就能滿足要求：設定檢測距離（靈敏度）時要大幅度留有余地。發(fā)射器與接收器的光學系統(tǒng)能擴展。裝配上井然有序，堅固耐用。對于采用微逢、遮光板的窄光軸形

41、式的或光學上調(diào)整平行光線的以及設定距離沒有余地的，要細致調(diào)整，完成校準后在機械上牢固地加以固定。16：檢測的S/N比的問題S/N比，就是信號（signal）和噪聲（noise）的比，這個問題比較容易被忽略，光電開關主要的利用光的入射與遮光差進行ON-OFF轉換的，因此在光的入射時盡可能選擇入射光量較多的角度與位置；在遮光時，需要入射光的光量趨近于零，以進行穩(wěn)定的檢測。17：其他問題下列場所，一般有可能造成光電開關的誤動作，應盡量避開：灰塵較多的場所；腐蝕性氣體較多的場所；水、油、化學品有可能直接飛濺的場所；戶外或太陽光等有強光直射而無遮光措施的場所。環(huán)境溫度變化超出產(chǎn)品規(guī)定范圍的場所；振動、沖

42、擊大，而未采取避震措施的場所。光電開關光電開關英文叫：Photoelectric switch1 概述光電開關是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應用。采用集成電路技術和SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體

43、、黑體、柔軟體和煙霧等物質(zhì)的狀態(tài)和動作。接觸式行程開關存在響應速度低、精度差、接觸檢測容易損壞被檢測物及壽命短等缺點，而晶體管接近開關的作用距離短，不能直接檢測非金屬材料。但是，新型光電開關則克服了它們的上述缺點，而且體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強。 目前，這種新型的光電開關已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領域。此外，利用紅外線的隱蔽性，還可在銀行、倉庫、商店、辦公室以及其它需要的場合作為防盜警戒之用。2 光電開關的分類2.1 按檢測方式

44、分常用光電開關的分類方法：按檢測方式可分為反射式、對射式和鏡面反射式三種類型。對射式檢測距離遠，可檢測半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠，適宜作遠距離檢測，也可檢測透明或半透明物體。表1給出了光電開關的檢測分類方式及特點說明。2.2 按結構分類光電開關按結構可分為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型三類。放大器分離型是將放大器與傳感器分離，并采用專用集成電路和混合安裝工藝制成，由于傳感器具有超小型和多品種的特點，而放大器的功能較多。因此，該類型采用端子臺連接方式，并可交、直流電源通用。具有接通和斷開延時功能，可設置亮、

45、音動切換開關，能控制6種輸出狀態(tài)，兼有接點和電平兩種輸出方式。放大器內(nèi)藏型是將放大器與傳感一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成，使用直流電源工作。其響應速度局面（有0.1ms和1ms兩種），能檢測狹小和高速運動的物體。改變電源極性可轉換亮、暗動，并可設置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈。兼有電壓和電流兩種輸出方式，能防止相互干擾，在系統(tǒng)安裝中十分方便。電源內(nèi)藏型是將放大器、傳感器與電源裝置一體化，采用專用集成電路和表面安裝工藝制成。它一般使用交流電源，適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場取代接觸式行程開關，可直接用于強電控制電路。也可自行設置自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示燈，輸出備有SSR固態(tài)繼電器或繼電器常開、常閉接點，可防

46、止相互干擾，并可緊密安裝在系統(tǒng)中。3 光電開關工作原理圖1 所示是反射式光電開關的工作原理框圖。圖中，由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管GL輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三極管DU。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關控制信號。光電開關一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小范圍內(nèi)晃動也不會影響驅(qū)動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關的工作。4 光電

47、開關的特點MGK系列光電開關是現(xiàn)代微電子技術發(fā)展的產(chǎn)物，是HGK系列紅外光電開關的升級換代產(chǎn)品。與以往的光電開關相比具有自己顯著的特點：具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可及時告知工作狀態(tài)是否可靠；對射式、反射式、鏡面反射式光電開關都有防止相互干擾功能，安裝方便；對ES外同步（外診斷）控制端的進行設置可在運行前預檢光電開關是否正常工作。并可隨時接受計算機或可編程控制器的中斷或檢測指令，外診斷與自診斷的適當組合可使光電開關智能化；響應速度快，高速光電開關的響應速度可達到0.1ms，每分鐘可進行30萬次檢測操作，能檢出高速移動的微小物體；采用專用集成電路和先進的SMT表面安裝工藝，具有很高的可靠性；體

48、積?。ㄗ钚H20×31×12mm）、重量輕，安裝調(diào)試簡單，并具有短路保護功能。5 專用名詞說明5.1 檢出距離對射式和鏡面反射式光電開關的檢出距離是指光軸上無有效遮擋物野戰(zhàn)，可穩(wěn)定檢出的最大距離。反射式光電開關的檢出距離則是可穩(wěn)定檢出標準檢測物的最大距離。5.2 回差距離回差距離指動作距離與復位距離之差。它用檢出距離的比率來表示，一般在檢出距離的20%以下。5.3 響應時間把從受光器初始有效受光到輸出動作所需的時間稱作響應時間。把從受光器初始有效遮光到輸出復位所需的時間稱為復位應用時間。5.4 暗動暗動（DARK ON）：即遮光動作。它表示在進入受光器的光速減少到一定程序時

49、或被全遮時，輸出晶體管將導通輸出。5.5 亮動亮動（LIGHT ON），也稱受光動作。它是指進入受光器的光束增加到一定量時，輸出晶體管導通且有輸出。5.6 外同步輸入功能在一般情況下，凡具有外部診斷輸入功能的光電開關，一般均具有外同步功能。也就是說，用接點或晶體管導通等方法使圖2中的藍線與黑線短接（ON）可隨時停止投光?？梢該?jù)此在工作前預檢傳感器檢測是否正常。在工作中，利用此性質(zhì)也可隨時接受控制系統(tǒng)發(fā)出的運行或中斷指令。如果將前一個輸出與后一個外同步輸入進行串接，則可實現(xiàn)與門等功能。6 使用光電開關可用于各種應用場合，圖3所示為光電開關在多種場合的應用例圖。另外，在使用光電開關時，還應注意環(huán)境

50、條件，以使光電開關能夠正常可靠的工作。6.1 避免強光源光電開關在環(huán)境照度較高時，一般都能穩(wěn)定工作。但應回避將傳感器光軸正對太陽光、白熾燈等強光源。在不能改變傳感器（受光器）光軸與強光源的角度時，可在傳感器上方四周加裝遮光板或套上遮光長筒。6.2 防止相互干擾MGK 系列新型光電開關通常都具有自動防止相互干擾的功能，因而不必擔心相互干擾。然而，HGK系列對射式紅外光電開關在幾組并列靠近安裝時，則應防止鄰組和相互干擾。防止這種干擾最有效的辦法是投光器和受光器交叉設置，超過2組時還拉開組距。當然，使用不同頻率的機種也是一種好辦法。HGK系列反射式光電開關防止相互干擾的有效辦法是拉開間隔。而且檢測距

51、離越遠，間隔也應越大，具體間隔應根據(jù)調(diào)試情況來確定。當然，也可使用不同工作頻率的機種。6.3 鏡面角度影響當被測物體有光澤或遇到光滑金屬面時，一般反射率都很高，有近似鏡面的作用，這時應將投光器與檢測物體安裝成1020°的夾角，以使其光軸不垂直于被檢測物體，從而防止誤動作。6.4 排除背景物影響使用反射式擴散型投、受光器時，有時由于檢出物離背景物較近，光電開關或者背景是光滑等反射率較高的物體而可能會使光電開關不能穩(wěn)定檢測。因此可以改用距離限定型投、受光器，或者采用遠離背景物、拆除背景物、將背景物涂成無光黑色、或設法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。6.5 自診斷功能使用在安裝或使用時，

52、有時可能會由于臺面或背景影響以及使用振動等原因而造成光軸的微小偏移、透鏡沾污、積塵、外部噪聲、環(huán)境溫度超出范圍等問題。這些問題有可能會使光電開關偏離穩(wěn)定工作區(qū)，這時可以利用光電開關的自診斷功能而使其通過STABLITY綠色穩(wěn)定指示燈發(fā)出通知，以提醒使用者及時對其進行調(diào)整。6.6 消除臺面影響如圖4（a）所示，投光器與受光器在貼近臺面安裝時，可能會出現(xiàn)臺面反射的部分光束照到受光器而造成工作不穩(wěn)定。對此可采用如圖4（b）的方法，使受光器與投光器離開臺面一定距離并加裝遮光板。嚴禁用稀釋劑等化學物品，以免損壞塑料鏡。高壓線、動力線和光電傳感器的配線不應放在同一配線管或用線槽內(nèi)，否則會由于感應而造成（有

53、時）光電開關的誤動作或損壞，所以原則上要分別單獨配線。下列場所，一般有可能造成光電開關的誤動作，應盡量避開：灰塵較多的場所；腐蝕性氣體較多的場所；水、油、化學品有可能直接飛濺的場所；戶外或太陽光等有強光直射而無遮光措施的場所。環(huán)境溫度變化超出產(chǎn)品規(guī)定范圍的場所；振動、沖擊大，而未采取避震措施的場所。怎樣判別接近開關或光電開關是PNP型還是NPN型？1、 輸出是0V，就是NPN。輸出時24VDC，就是PNP。讓開關導通，拿萬用變測量信號輸出端電壓 2、 NPN與PNP傳感器的區(qū)別。常用的這類傳感器可分為4個分類，即NPN-NO、NPN-NC、PNP-NO與PNP-NC（三條引線，電源線L+與L-

54、，信號輸出線）。NPN是指當有觸發(fā)信號時，信號輸出線動作于L+這條高電平的電源線。對于NO型，在沒有觸發(fā)信號時，輸出線是懸空的；有觸發(fā)時則發(fā)出與L+電源線相同的電平（實際是這兩條線連通了）。對于NC型，在沒有觸發(fā)信號時，信號輸出線與L+電源線是連通的（同電平）；當有觸發(fā)信號后，輸出線就懸空了（相當于與L+電源線斷開了）。對于PNP型傳感器來說，信號輸出線是作用于L-這條低電平的電源線的，其中NO和NC型的原理是與上面說的一樣。 3、有兩個方法：1。產(chǎn)品上肯定會有接線圖，NPN型的接線圖是負載連接正電（棕線）及信號輸出線（黑線）；PNP型的接線圖是負載連接負電（藍線）及信號輸出線（黑線）。2。萬

55、用表檢測信號線（黑線）有信號輸出時的電壓：為正電壓，側PNP型。4、 開關上面都會貼有標示，大多數(shù)P字開頭就是PNP，N字開頭就是NPN 5、 用一與電源同等電壓的小型直流繼電器接在正電源與輸出端，給輸入端接入控制電壓，繼電器有吸合動作是NPN型；PNP型是把繼電器接在輸出和負電源間才有動作；或接好電源用數(shù)字萬用表測輸出端對電源正、負端的電壓，對正端能測出電源電壓的是NPN型，否則是PNP型； 6、 拿個繼電器接在輸出端和電源端（注意正負），如果是NPN的，傳感器響應時繼電器會有動作 對射型光電開關的接線問題發(fā)射2線的棕色接+24V，藍色接0V；接收3線的棕色接+24V，藍色接0V，黑色接PL

56、C的輸入接口。光電開關以及接近開關中NPN型和PNP型在現(xiàn)場使用中有什么區(qū)別？ 光電傳感器有NPN型輸出型(電流流入)和PNP輸出型(電流流出)兩種，當電流流出的傳感器(PNP輸出型)在接通時， 電流是從電源經(jīng)傳感器的輸出端（output）流到負載（load）上，進入負載, 然后流到接地端。而電流流入(NPN輸出型)的傳感器接通時，電流是從電源經(jīng)負載流到傳感器的輸出端(output)，然后流到接地端(GND)，最后進入系統(tǒng)的地（GND）。PNP與NPN型傳感器一般有三條引出線，即電源線VCC、GND，OUT信號輸出線1、NPN類 NPN是指當有信號觸發(fā)時，信號輸出線OUT和GND連接，相當于OUT輸出低電平。2、PNP類PNP是指當有信號觸發(fā)時，信號輸出線OUT和VCC連接，相當于OUT輸出高電平的電源線。 光電開關原理及應用一、前言 光電開關是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應用。    二、光電開關介紹 1、工作原理 光電開關（光電傳感器）是光電接近