基于接近式、光電式檢測的自動檢測與分類控制系統研究

王劍 樊毅

摘 要：隨著現代工業技術的高速發展，對生產過程的自動化、智能化要求日益增強。生產過程對物件的檢測與分類控制技術也提出更高要求，傳統的人工分類和接觸式檢測技術已不適用于現有生產過程控制系統。本文通過對產品包裝檢測的應用實例，對基于接近式、光電式檢測的自動檢測與分類控制系統進行研究。

關鍵詞：信號檢測與處理，優化控制，提高產品質量。

引 言 在自動化包裝過程中，自動包裝機械能夠在控制系統的引導下完成一系列物品的包裝工藝流程，但在自動包裝過程中難免出現漏裝、錯裝等情況。自動包裝檢測成為保證包裝質量的一個重要環節。目前，生產現場仍普遍依靠人工檢測包裝產品的質量。在需要人工操作的生產線上，仍采用機械式的限位開關實現計件檢測，限位開關存在機械磨損、抗震能力差、精度低等問題。

為此，在自動化生產過程中對于包含金屬物件的產品，使用接近式傳感器進行包裝內的產品檢測，可代替人工勞動，更加持續穩定的檢測產品包裝質量。使用光電式檢測技術具有使用壽命長、工作可靠、重復定位精度高、無機械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強等優勢。

1、傳感器簡介

1.1接近式傳感器，是代替限位開關等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進行檢測為目的的傳感器的總稱。在工控環境下常用的有以下幾種：

（1）電容式接近傳感器

電容式接近傳感器是一個以電極為檢測端的經電電容接近開關，它由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。

需要注意的是：電容式接近傳感器檢測的被測物體是金屬導體，非金屬導體不能用該方法測量。

（2）電感式接近傳感器

電感式接近傳感器由高頻振蕩電路、檢波電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。

1.2光電式傳感器

光電式傳感器中，發光二極管（或半導體激光管）的光束軸線和光電三極管的軸線在一個平面上，并成一定的夾角，兩軸線在傳感器前方交于一點。當被檢測物體表面經過交點時，發光二極管的反射光被光電三極管接收，產生電信號。當物體離開交點時，反射區不在光電三極管的視角內，檢測電路沒有輸出。

通常來講，接近開關的檢測方式，檢測距離非常有限，還受被測對象屬性影響；而光電開關的檢測方式，則沒有像接近開關那樣太多的限制。對它們的使用各有千秋，不見得選用哪一種一定會更好，得因工況而異。

2、優化控制策略

下文以在產品包裝過程中的隱蔽式包裝物件檢測與分類控制和崗位計數器兩個應用場景簡述接近式、光電式傳感器在工業自動化控制中的應用。

2.1接近式隱蔽包裝物件檢測與分類控制應用

在某食品加工現場，灌裝旋蓋完成后的成品在經過全自動封箱機分批次的密封包裝后，形成最終產品。全自動封箱機完成規格為4*6為一箱的批次包裝，在包裝過程中，存在漏裝、產品傾倒、無蓋等現象。如果沒有及時發現和剔除次品包裝箱，將進入產品合格庫房，在倒運過程中，會對庫房環境產生不利影響，增加庫房管理難度，同時，如果一旦進入市場，將對產品的形象造成嚴重不利影響。

優化控制策略：采用電感式接近傳感器制作與產品包裝位置一致的機械手臂，對應生產線已裝箱產品流過位置，當產品流經傳感器，可檢包裝箱內測瓶蓋的位置與數量是否符合包裝質量要求。采用PLC系統控制，在控制系統中設計了通過傳感器檢測到瓶蓋和信號消失的時間計算皮帶速度的算法，以實現在不同帶速下的自適應檢測。通過傳感器的檢測和PLC內設定的算法判斷是否出現包裝錯誤或工序遺漏的不合格產品，自動生產線實現聯鎖控制，及時將不合格包裝產品分類剔除。PLC選型為帶高速定時器和計數器的型號，以滿足精確的計算需求。

2.2 光電式崗位計數器優化

在某食品加工現場，灌裝生產線上，對各灌裝崗位人員進行灌裝計件計數的實時統計，最初采用傳統機械式裝置加接近開關的方式進行計件計數統計，工人完成物件操作后將物件劃過行程開關實現計件，存在漏計、多計、計數裝置影響物件在傳送帶上正常運行等不良情況，嚴重耽誤生產。

優化控制策略：采用光電式傳感器代替原有機械裝置加接近開關的檢測計數方式，因光電式傳感器可檢測較大距離內的目標，將光電傳感器安裝與各灌裝崗位輸送帶外側，找準檢測角度即可。工人灌裝操作完成后將物件直接置于傳送帶上，灌裝物件經過光電傳感器感應檢測點自動完成計件。光電傳感器所收集到的計件信號接入PLC控制系統，經過程序計算處理，能實時準確的反映各崗位的工作量情況，在現場配置HMI，實現計件數量的實時顯示，便于管理人員進行實時跟蹤管理。

3、應用與效果

（1）減少生產人工成本

通過接近式檢測技術代替了人工檢測與分類的過程，實現生產環節檢測分類過程的自動化控制，及時判斷不合格產品，提高包裝質量。

（2）穩定精確的崗位計數

通過光電式傳感器的使用，更為精確、可靠的檢測生產線工人的工作效率。

（3）行業內外關鍵或高危生產線推廣應用

該檢測控制優化在食品加工行業的成功應用，可推廣到礦山選礦生產過程的磨機潤滑系統計數檢測、濃密機耙架耙位檢測、旋流器閥門位置檢測等生產過程中，針對高寒、高海拔對電氣設備的影響，應在設備選型，控制算法優化方面深入研究。

4、結論

接近式、光電式傳感器在工業自動化控制上已普遍使用，隨著數字化、智能化技術的發展，新技術的的創新可將接近式、光電式傳感器應用于更廣闊的領域。

參考文獻：

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[2]張洪潤 （作者）.傳感器技術大全（上冊）. 北京航空航天大學出版社； 第1版 （2007年10月1日）

[3]徐守時 （作者）.信號與系統（第2版）. 清華大學出版社； 第2版 （2016年6月1日）

[4]李金城 （作者）.三菱FX2NPLC功能指令應用詳解. 電子工業出版社； 第1版 （2011年11月1日）

作者簡介：

王劍（1988-）男，云南嵩明，漢族，大專，區域工程師，研究方向：檢測技術與自動化裝置.