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)試涂布機時，手剛靠近高速運轉的涂布輥，設備就 “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備的重要元件，單邊光柵的信號類型多樣，應用也各有不同，下面就結合實際使用經(jīng)驗來詳細聊聊。

一、開關量信號：簡單直接的 “安全衛(wèi)士”

開關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，只有 “開” 和 “關” 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。

在實際應用中，開關量信號主要用于設備急停和區(qū)域進入報警。在沖床、注塑機這類危險設備周圍，通常會劃定 0.5 米的安全區(qū)。一旦有手臂進入這個區(qū)域遮擋住光柵光束，開關量信號能在極短時間內(nèi)觸發(fā)急停繼電器，讓設備迅速停下，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為 2 米，只要有人進入，信號就會聯(lián)動聲光報警器，提醒工作人員注意，有效減少貨物碰撞事故。

開關量信號的優(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，而且響應速度快，不到 10ms，特別適合對實時性要求高的安全防護場景。不過使用時要注意，一定要根據(jù) PLC 的輸入類型選對 NPN 或 PNP，不然設備可能會誤報警，之前就有企業(yè)因為這個問題走了不少彎路。

二、模擬量信號：實現(xiàn)精準控制的 “調(diào)節(jié)高手”

模擬量信號和開關量不同，它能通過電壓或電流的連續(xù)變化，準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 米時對應 4mA，距離 2 米時對應 20mA ，能把物體位置誤差控制在 2cm 以內(nèi)，相當精準。

在電子元件輸送線上，模擬量信號就派上了大用場。當工件快靠近分揀工位（0.5 米內(nèi)），模擬量信號會控制電機，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 機器人前端的單邊光柵，通過模擬量信號實時反饋障礙物距離，0.8 米時機器人減速，0.3 米時直接停止，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)進行距離檢測，還能通過配套軟件設置多個控制閾值，實現(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。

三、通訊信號：智能工廠的 “神經(jīng)網(wǎng)絡”

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 臺設備；Modbus/TCP 適合和 MES 系統(tǒng)實時交互數(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，響應時間不到 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，故障排查時間能縮短不少。還有光伏工廠，通過上位機軟件實時監(jiān)控光柵工作狀態(tài)，一旦粉塵積累導致信號衰減過多，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，要先確認 PLC 或工控機支持哪種協(xié)議，像日系設備常用 RS485，德系設備常用 Profibus。用 RS485 總線時，記得在首尾設備接上 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。它有兩個獨立的開關量通道，必須兩個通道同時觸發(fā)，設備才會急停，這樣就能避免單個通道故障導致的誤動作。

對于飛鋸、高速分揀機這類處理高速運動物體（速度超 10m/s）的設備，脈沖信號就派上用場了。它能通過測量光束被遮擋的時間，算出物體運動速度，最小檢測時間能達到 5μs，連 5mm 厚的高速運動工件都能準確識別，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，要根據(jù)實際需求來。如果只是基礎安全防護，開關量信號就行；需要精準調(diào)節(jié)設備速度，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，遮擋光束時電壓或電流應該有明顯變化。布線時，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，能讓設備既安全又高效地運行。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。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) gzhwq.com，預約工程師上門，量身定制合適的解決方案。