磁感應傳感器在自動化生產線中的應用

黃勇超，鄧發云

（廣州南洋理工職業學院智能工程學院，廣東 廣州 510900）

隨著半導體技術和通訊技術的迅猛發展， 制造業逐漸以新型傳感器、智能控制系統、工業機器人等智能制造設備替代人工制造。應用自動化生產線，是智能制造的主要方式。

自動化生產線的工作原理通常為：以壓縮空氣驅動氣缸內的活塞，實現送料、加工、裝配、輸送、分揀等工作。使用非接觸式的磁感應傳感器檢測氣缸內活塞的行程，具有響應可靠、快速、成本低、壽命長的特點[1]。

1 磁感應傳感器的工作原理

磁感應傳感器又稱磁性接近開關（磁性開關）。在自動化生產線中，磁感應傳感器被固定在氣缸表面。氣缸缸筒的材料為導磁性弱、隔磁性強的非磁性材料，如硬鋁、不銹鋼等。在氣缸的活塞上，開槽并安裝永久磁鐵材料的磁環。在氣缸的頭部和尾部緊貼活塞位置，各安裝一個磁感應傳感器，可以反映活塞的行程。由于氣缸內的活塞依靠壓縮空氣的作用實現往復運動，因此活塞結束伸出行程時必停留在氣缸的頭部，結束返回行程時必停留在氣缸的尾部。

磁感應傳感器在氣缸上的位置如圖1所示。活塞結束一個運動行程時，頭部或尾部接通電路并輸出信號，PLC模塊根據該信號判斷活塞的運動狀態，以確定工件或機械手是否被推出、活塞是否已返回。

圖1 磁感應傳感器在氣缸上的位置

磁感應傳感器的工作原理如圖2所示。當隨活塞移動的磁環靠近磁感應傳感器時，舌簧開關的兩根簧片被磁化，觸點閉合置位；當磁環離開磁感應傳感器時，舌簧開關的兩根簧片失磁，觸點斷開復位。

圖2 磁感應傳感器的工作原理

2 PLC模塊與磁感應傳感器的連接

磁感應傳感器與PLC模塊的連接如圖3所示[2]。磁感應傳感器有棕色和藍色2根引出線，棕色線是信號線，藍色線是零線。

圖3 磁感應傳感器與PLC模塊的連接

棕色線接入PLC模塊的輸入端，通過PLC模塊連接電源DC24V的正極24V；藍色線連接負極。在磁感應傳感器上，設置有發光二極管（LED燈），用于顯示信號狀態，供調試時使用。在LED燈電路中，先以串聯電阻的方式限流，然后以并聯穩壓二極管的方式限壓，最后以串聯電阻的方式分壓。當活塞上的磁環接近磁感應傳感器時，舌簧開關閉合，輸出信號為“1”，LED燈亮；反之，LED燈不亮[3]。

3 PLC模塊梯形圖編程與磁感應傳感器的位置故障分析

以西門子自動化生產線的送料氣缸為例，說明磁感應傳感器的位置故障。

送料氣缸尾部、首部的磁感應傳感器分別連接PLC模塊的常開觸點I2.5、I2.6。觸點I2.5用于檢測活塞縮回行程，用“送料氣缸后限位”表示；觸點I2.6用于檢測活塞伸出行程，用“送料氣缸前限位”表示。控制活塞伸出送料和返回的PLC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程

由圖4（a）可知，在自動化生產線中，料倉中的工件準備好以后，觸點I2.5閉合。下一工序是送料，通過氣缸的活塞伸出來實現，送料過程如下：表示“工件準備好狀態”的常開觸點M1.1在接通3秒后斷開，結束“工件準備好狀態”；觸點M1.2閉合，進入“送料狀態”；觸點Q2.1置位，活塞將工件送出。由圖4（b）可知，送料后的返回過程如下：活塞到達送料氣缸頭部；接PLC模塊的常開觸點I2.6閉合；在接通3秒后斷開常開觸點M1.2，結束“送料狀態”；觸點M1.3閉合，進入“送料還原狀態”；觸點Q2.1復位，活塞返回送料位；觸點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，單電控電磁閥無“記憶”功能，上電置位掉電就能復位。

磁感應傳感器的常見位置錯誤是磁感應傳感器的安裝位置離開送料氣缸尾部或頭部。如果磁感應傳感器的安裝位置離開送料氣缸尾部，則磁感應傳感器無法檢測活塞的位置，將導致內部的舌簧開關不能閉合、PLC模塊常開觸點I2.5始終處于斷開狀態、活塞不能伸出送料；同理，如果磁感應傳感器的安裝位置離開氣缸頭部，則磁感應傳感器無法檢測活塞的伸出行程，將導致PLC模塊常開觸點I2.6始終處于斷開狀態、活塞不能返回原位[8-9]。

4 結論

安裝時，應將磁感應傳感器緊貼在導磁性弱、隔磁性強的氣缸頭部和尾部，以便檢測活塞的行程。在自動化生產線中應用磁感應傳感器，基本的工作原理為：利用磁場效應，通過控制舌簧開關的通斷實現活塞的伸出和返回；將磁感應傳感器的棕色信號線和藍色零線與PLC模塊和電源相連，為PLC模塊提供控制信號；磁感應傳感器的安裝位置不能遠離氣缸的頭部和尾部，否則活塞將無法正常地伸出和返回。