單邊光柵的信號有哪些

在江蘇一家新能源汽車工廠的電池生產(chǎn)線上，發(fā)生過這樣一件事。工人小張調(diào)試涂布機(jī)時(shí)，手剛靠近高速運(yùn)轉(zhuǎn)的涂布輥，設(shè)備就 “嘀” 地一聲發(fā)出蜂鳴，緊接著速度慢了下來。很多人不知道，這背后發(fā)揮關(guān)鍵作用的，正是單邊光柵輸出的信號。作為工業(yè)自動化里保障安全和控制設(shè)備的重要元件，單邊光柵的信號類型多樣，應(yīng)用也各有不同，下面就結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來詳細(xì)聊聊。

一、開關(guān)量信號：簡單直接的 “安全衛(wèi)士”

開關(guān)量信號是單邊光柵最常用的一種，原理很簡單，就像家里的開關(guān)，只有 “開” 和 “關(guān)” 兩種狀態(tài)。它常見的輸出有 NPN 型和 PNP 型。NPN 型是低電平有效，檢測到物體時(shí)輸出 0V；PNP 型則是高電平有效，檢測到物體輸出 24V。這兩種類型可以通過撥碼開關(guān)或者軟件輕松切換，方便和不同品牌的 PLC 控制系統(tǒng)搭配使用。

在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)量信號主要用于設(shè)備急停和區(qū)域進(jìn)入報(bào)警。在沖床、注塑機(jī)這類危險(xiǎn)設(shè)備周圍，通常會劃定 0.5 米的安全區(qū)。一旦有手臂進(jìn)入這個區(qū)域遮擋住光柵光束，開關(guān)量信號能在極短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)急停繼電器，讓設(shè)備迅速停下，最大程度保障工人安全。還有倉庫出入口，安裝單邊光柵并把檢測距離設(shè)為 2 米，只要有人進(jìn)入，信號就會聯(lián)動聲光報(bào)警器，提醒工作人員注意，有效減少貨物碰撞事故。

開關(guān)量信號的優(yōu)勢很明顯，接線特別簡單，只需要接電源、信號和地線三根線就行，而且響應(yīng)速度快，不到 10ms，特別適合對實(shí)時(shí)性要求高的安全防護(hù)場景。不過使用時(shí)要注意，一定要根據(jù) PLC 的輸入類型選對 NPN 或 PNP，不然設(shè)備可能會誤報(bào)警，之前就有企業(yè)因?yàn)檫@個問題走了不少彎路。

二、模擬量信號：實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的 “調(diào)節(jié)高手”

模擬量信號和開關(guān)量不同，它能通過電壓或電流的連續(xù)變化，準(zhǔn)確反映出物體和光柵之間的距離。常見的有 4 - 20mA 電流信號和 0 - 10V 電壓信號。舉個例子，4 - 20mA 信號里，物體距離光柵 0.2 米時(shí)對應(yīng) 4mA，距離 2 米時(shí)對應(yīng) 20mA ，能把物體位置誤差控制在 2cm 以內(nèi)，相當(dāng)精準(zhǔn)。

在電子元件輸送線上，模擬量信號就派上了大用場。當(dāng)工件快靠近分揀工位（0.5 米內(nèi)），模擬量信號會控制電機(jī)，讓輸送速度從 50Hz 降到 20Hz，這樣就能大大提高分揀精度。還有安裝在 AGV 機(jī)器人前端的單邊光柵，通過模擬量信號實(shí)時(shí)反饋障礙物距離，0.8 米時(shí)機(jī)器人減速，0.3 米時(shí)直接停止，有效減少碰撞故障。

模擬量信號支持在 0.2 - 8 米的范圍內(nèi)進(jìn)行距離檢測，還能通過配套軟件設(shè)置多個控制閾值，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。而且電流信號采用雙絞屏蔽線傳輸，在變頻器多、干擾大的車間，信號衰減比電壓信號小很多，穩(wěn)定性強(qiáng)。

三、通訊信號：智能工廠的 “神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”

隨著工業(yè)自動化程度越來越高，單邊光柵也支持多種通訊信號，方便和整個工廠的系統(tǒng)集成在一起。常見的通訊協(xié)議有 RS485、Modbus/TCP、Profibus - DP 等。RS485 傳輸距離長，單條總線能連接 32 臺設(shè)備；Modbus/TCP 適合和 MES 系統(tǒng)實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，跨網(wǎng)段通訊也沒問題；Profibus - DP 和西門子 PLC 對接速度快，響應(yīng)時(shí)間不到 5ms。

在汽車總裝線上，10 個檢測工位的單邊光柵通過 Modbus 協(xié)議，把數(shù)據(jù)上傳到中控系統(tǒng)。只要有一個工位檢測到異常，整條生產(chǎn)線都會同步暫停，故障排查時(shí)間能縮短不少。還有光伏工廠，通過上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控光柵工作狀態(tài)，一旦粉塵積累導(dǎo)致信號衰減過多，系統(tǒng)就會自動發(fā)出吹掃指令，人工巡檢的工作量減少了將近一半。

使用通訊信號時(shí)，要先確認(rèn) PLC 或工控機(jī)支持哪種協(xié)議，像日系設(shè)備常用 RS485，德系設(shè)備常用 Profibus。用 RS485 總線時(shí)，記得在首尾設(shè)備接上 120Ω 的終端電阻，不然容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包的問題。

四、特殊信號：滿足特殊需求的 “定制方案”

在核電、醫(yī)藥這些對安全性要求極高的行業(yè)，單邊光柵會輸出雙回路信號。它有兩個獨(dú)立的開關(guān)量通道，必須兩個通道同時(shí)觸發(fā)，設(shè)備才會急停，這樣就能避免單個通道故障導(dǎo)致的誤動作。

對于飛鋸、高速分揀機(jī)這類處理高速運(yùn)動物體（速度超 10m/s）的設(shè)備，脈沖信號就派上用場了。它能通過測量光束被遮擋的時(shí)間，算出物體運(yùn)動速度，最小檢測時(shí)間能達(dá)到 5μs，連 5mm 厚的高速運(yùn)動工件都能準(zhǔn)確識別，大大提高加工精度。

五、信號選型與使用建議

選擇單邊光柵信號類型時(shí)，要根據(jù)實(shí)際需求來。如果只是基礎(chǔ)安全防護(hù)，開關(guān)量信號就行；需要精準(zhǔn)調(diào)節(jié)設(shè)備速度，模擬量信號更合適；要是想融入智能工廠系統(tǒng)，通訊信號必不可少。

現(xiàn)場調(diào)試也有小技巧，用萬用表測輸出端，遮擋光束時(shí)電壓或電流應(yīng)該有明顯變化。布線時(shí)，通訊線要和動力線分開，距離保持在 30cm 以上，干擾大的話可以加裝信號隔離器。

六、結(jié)語

單邊光柵的各種信號類型，都有自己的 “用武之地”。選對信號類型，能讓設(shè)備既安全又高效地運(yùn)行。安協(xié)科技提供多種信號類型的單邊光柵，還有從選型到集成的一站式服務(wù)。如果你的生產(chǎn)線也需要優(yōu)化信號控制，歡迎訪問官網(wǎng) www.zzzhenghao.com，預(yù)約工程師上門，量身定制合適的解決方案。