位置開關(guān)在在自動化控制中用于設(shè)備的移動位置判斷，比較常見的是行程開關(guān)(限位開關(guān))和接近開關(guān)，昌暉儀表在本文分享位置開關(guān)選型及應(yīng)用專業(yè)知識。
位置開關(guān)種類
位置開關(guān)有接觸式的行程開關(guān)(限位開關(guān))和非接觸式的接近開關(guān)兩類。
1、行程開關(guān)(限位開關(guān))
行程開關(guān)(限位開關(guān))屬于接觸式機械開關(guān)，是由設(shè)備運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器，常用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置。常見的如用于行車上用來改變運行方向的限位開關(guān)。常見實物如圖所示：
2、接近開關(guān)
接近開關(guān)屬于非接觸式無觸點行程開關(guān)，當某種物體與接近開關(guān)接近到一定距離時，接近開關(guān)就發(fā)出動作信號，它不像機械行程開關(guān)那樣需要施加機械力，而是通過其探頭與被測物體間介質(zhì)能量的變化來獲取信號。接近開關(guān)的應(yīng)用極其廣泛已經(jīng)超出了限位和保護的范疇，常用的有用來測量速度，對液面位置的控制，檢測金屬體等等。
行程開關(guān)工作原理及優(yōu)缺點
行程開關(guān)(限位開關(guān))的工作原理相對于比較簡單，其內(nèi)部有常開和常閉的觸點，主要靠生產(chǎn)機械某些運動部件碰撞開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的觸點引起動作，使閉合的觸點分斷或者斷開的觸點閉合。由開關(guān)觸點狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C構(gòu)的動作。
◆ 行程開關(guān)優(yōu)點
①無論何種材質(zhì)，只要接觸的操作力達到一定值，就出發(fā)開關(guān)。
②采用接點輸出方式，可以隨外接電壓不同而輸出不同，無漏電現(xiàn)象。
③不受相鄰傳感器的影響，輸出穩(wěn)定。
◆ 行程開關(guān)缺點：
①接觸式行程開關(guān)會磨損和損傷檢測對象物，精密物體不建議采用該方法
②接觸式行程開關(guān)機械壽命有限制。
在前面行程開關(guān)的缺點中提到了，行程開關(guān)會磨損和損傷被測對象，同時測量精度不高，使用壽命有限制等這些缺點。而接近開關(guān)的出現(xiàn)很好的解決了這些問題，那么接近開關(guān)有那些優(yōu)缺點呢？
接近開關(guān)優(yōu)缺點
◆ 接近開關(guān)的優(yōu)點
①接近開關(guān)為非接觸測量，不會磨損和損傷檢測對象物。
②接近開關(guān)采用無觸點輸出方式，因此壽命延長，采用NPN/PNP輸出，對觸點的壽命無影響.
③接近開關(guān)不受檢測對象的污漬和油、水等的影響。
④接近開關(guān)高速響應(yīng)可達3kHz
◆ 接近開關(guān)的缺點
①根據(jù)檢測物體的材料不同，接近開關(guān)檢測距離有著顯著的差別，一般檢測物體為非磁性金屬(例如鋁等)，接近開關(guān)檢測距離會變小。
②接近開關(guān)會受相鄰傳感器磁性(或靜電容量)的影響而相互干擾，輸出處于不穩(wěn)定的狀態(tài)
③接近傳感器OFF時，因電路的運行而有少量的電流泄漏,因此，會發(fā)生負載內(nèi)殘留少量電流(負載殘留電壓)，負載的復(fù)位不好。
接近開關(guān)的分類
接近開關(guān)按其工作原理來分，可以分為電感式、電容式、磁感應(yīng)式和光電式等形式。也可以根據(jù)應(yīng)用電路電流的類型可以分為交流型和直流型。
①電感式接近開關(guān)，實物如圖所示：
電感式接近開關(guān)的感應(yīng)頭是一個具有鐵氧體磁芯的電感線圈，因此只能用來檢測金屬體，在工業(yè)應(yīng)用中使用非常廣泛。
②電容式感應(yīng)開關(guān)，實物如圖所示：
電容式接近開關(guān)的感應(yīng)頭是一個圓形平板電極，而另一個極板是物體的本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生信號輸出。電容式接近開關(guān)不僅可以檢測金屬物，也可以檢測非金屬物體或是液體等。
③磁感應(yīng)式接近開關(guān)：實物如圖所示：
磁感應(yīng)式接近開關(guān)主要指的是霍爾接近開關(guān)，霍爾接近開關(guān)的工作原理是霍爾效應(yīng)，當帶磁性的物體靠近霍爾開關(guān)時有信號輸出。常用的如用來判斷氣缸是否推出或是縮回到位的判斷。
④光電式開關(guān)，實物如圖所示：
光電開關(guān)，克服了前面提到的三種接近開關(guān)作用距離短，不能直接檢測非金屬材料的特點，同時他具有抗電磁干擾能力的優(yōu)點。光電開關(guān)由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器用來發(fā)射紅外線光，接收器用來接收反射的光，然后將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，以開關(guān)量的形式輸出。目前常用于物位控制，液位控制，產(chǎn)品計數(shù)，色標檢測等場合。
⑤特殊種類的接近開關(guān)
當在一些狹小的空間，或是惡劣的工作環(huán)境如高溫、潮濕、干擾大或者是易爆環(huán)境，精度要求高等條件下進行檢測的時候，我們需要使用如果光纖接近開關(guān)和氣動接近開關(guān)這種類型的開關(guān)。但這種接近開關(guān)的價格相對較高。
接近開關(guān)選型原則
①檢測金屬時優(yōu)先選擇感應(yīng)式接近開關(guān)，檢測非金屬時優(yōu)先選擇電容式接近開關(guān)，檢測磁信號時優(yōu)先選擇磁感應(yīng)式接近開關(guān)。
②外觀的選擇，次選擇要根據(jù)實際使用場合及使用情況來進行選擇，常用的有圓柱螺紋形狀的。
③檢測距離的選擇，根據(jù)需要選用，但要注意同一接近開關(guān)檢測距離并不是恒定的，接近開關(guān)的檢測距離與被檢測物體的材料、尺寸以及物體的移動方向有關(guān)。
④信號輸出的選擇，選擇輸出的是交流信號還是直流信號，交流接近開關(guān)輸出的是交流信號，直流接近開關(guān)輸出的是直流信號，直流輸出的信號又有NPN輸出和PNP輸出之分。另外負載的電流一定要小于接近開關(guān)的輸出電流。
⑤觸頭數(shù)量的選擇。接近開關(guān)又常開觸頭和常閉觸頭，可根據(jù)具體的情況來進行選擇。
⑥開關(guān)頻率的選擇，開關(guān)頻率覺得了這個開關(guān)的響應(yīng)速度，開關(guān)頻率指的是每秒從“開”到“關(guān)”轉(zhuǎn)換的次數(shù)。直流接近開關(guān)可達200kHz，交流接近開關(guān)要小一些只能達到25Hz。
⑦接近開關(guān)額定電壓的選擇，對于交流型的接近開關(guān)，優(yōu)先選用AC220V或是AC36V，對于直流型的接近開關(guān)，優(yōu)先選擇DC12V或是DC24。
在PLC控制系統(tǒng)中，多數(shù)使用的接近開關(guān)都是使用直流型輸出信號的開關(guān)。直流電路中使用的接近開關(guān)有二線制、三線制和四線制的接近開關(guān)，二線制、三線制、四線制接近開關(guān)又分為NPN和PNP兩種型號的開關(guān)。通常日本和美國多使用NPN型的接近開關(guān)，歐洲多使用PNPN型的接近開關(guān)。而我國兩者都有使用。
接近開關(guān)的導(dǎo)線有多種顏色，常用的有棕色、藍色、黑色、白色。接近開關(guān)接線在文章《兩線接近開關(guān)和三線接近開關(guān)的區(qū)別和應(yīng)用》中有詳細介紹，在此不再累述。
NPN和PNP開關(guān)的區(qū)別在于其導(dǎo)通情況，NPN為低電平導(dǎo)通，PNP為高電平導(dǎo)通，換句話說，NPN的接近開關(guān)，信號是從負載流向接近開關(guān)。而對于PNP的接近開關(guān)來說，信號是從接近開關(guān)流向負載。
NPN與PNP接近開關(guān)如何接入到PLC
昌暉儀表以三菱FX3U PLC以及西門子S7-200 PLC為例來說明NPN和PNP開關(guān)如何接入到PLC控制系統(tǒng)中。根據(jù)接線開關(guān)接線圖，應(yīng)首先需要找出PLC中的負載是什么。如圖所示：
三菱FX3U系列PLC輸入接線端子 西門子S7-200系列PLC輸入接線端子
大家可以把PLC信號輸入端和信號輸入端的公共端作為是一個負載的兩端，這樣根據(jù)接近開關(guān)接線圖以及PNP和NPN的區(qū)別就能夠很好的完成其接線了。
在此昌暉儀表以FX3U的PLC和三線制的NPN開關(guān)為例，說明其接線方法(其他的接線方法大家按照相同的方法分析去接線)：
NPN型的接近開關(guān)的特性為低電平導(dǎo)通，信號從負載流向接近開關(guān)，而接近開關(guān)的信號輸出線必須接PLC的信號輸入點，所以當接NPN型的接近開關(guān)時信號是從PLC的輸入信號端流出，這樣負載的另一端(即公共端COM)就必須接高電平(即接24V+)。這樣才能使得信號從輸入點流出。接線圖如下圖所示：
電源可以使用PLC上面提供的一個24V傳感器電源，也可以如上圖所示使用外部的開關(guān)電源進線供電。
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