PLC与接近光电开关的接线问题

1、PLC与接近、光电开关的接线问题一: 引言PLC的数字量输入接口并不复杂， 我们都知道 PLC为了提高抗干扰能力， 输入接口都采用光电耦合器来隔离输入信号与内部处理电路的传输。因此， 输入端的信号只是驱动光电耦合器的内部 LED导通，被光电耦合器的光电管 接收，即可使外部输入信号可靠传输。目前 PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入， 各厂商的单端共 点（ Com）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，日系 PLC通常采 用正极共点，欧系 PLC习惯采用负极共点；日系 PLC供应欧洲市场也按欧洲 习惯采用负极共点；为了能灵活使用又发展了单端共点（S/S）可选型，根据需要单端共点可以接

2、负极也可以接正极。由于这些区别， 用户在选配外部传感器时接法上需要一定的区分与了解 才能正确使用传感器与 PLC为后期的编程工作和系统稳定奠定基础。二：输入电路的形式1、输入类型的分类PLC的数字量输入端子，按电源分直流与交流，按输入接口分类由单端 共点输入与双端输入， 单端共点接电源正极为 SINK（ sink Current 拉电流）， 单端共点接电源负极为 SRCE（ source Current 灌电流）。2、术语的解释SINK漏型SOURC源E型SINK 漏型为电流从输入端流出， 那么输入端与电源负极相连即可， 说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源正极，可接 NPN型传感器SOU

3、RC源E 型为电流从输入端流进， 那么输入端与电源正极相连即可， 说 明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源负极，可接PNP型传感器。国内对这两种方式的说法有各种表达：1）、根据 TI 的定义， sink Current 为拉电流， source Current 为 灌 电流，2）、由按接口的单端共点的极性，共正极与共负极。这样的表述比较容 易分清楚。3）、SINK为 NPN接法， SOURC为E PNP接法（按传感器的输出形式的表 述）。4）、SINK 为负逻辑接法， SOURCE为正逻辑接法（按传感器的输出形式 的表述）。5）、SINK 为传感器的低电平有效， SOURCE为传感器的高电平

4、有效（按 传感器的输出状态的表述） 。这种表述的笔者接触的最多，也是最容易引起混淆的说法。接近开关与光电开关三、四线输出分 NPN与 PNP输出，对于无检测信号 时 NPN的接近开关与光电开关输出为高电平（对内部有上拉电阻而言） ，当 有检测信号，内部 NPN管导通，开关输出为低电平。对于无检测信号时 PNP的接近开关与光电开关输出为低电平 （对内部有 下拉电阻而言），当有检测信号，内部 PNP管导通，开关输出为高电平。以上的情况只是针对，传感器是属于常开的状态下。目前可厂商生产的 传感器有常开与常闭之分；常闭型 NPN输出为低电平，常闭型 PNP输出为高 电平。因此用户在选型上与供应商配合上

5、经常产生偏差。另一种情况，用户也遇到 SINK接 PNP型传感器， SOURC接E NPN型传感 器，也能驱动 PLC接口，对于 PLC输入信号状态则由 PLC程序修改。原因是 传感器输出有个上拉电阻与下拉电阻的缘故，对于集电极开路的传感器，这 样的接法是无效的； 另外输出的上拉电阻与下拉电阻阻值与 PLC接口漏电流 参数有很大关系。并非所有的传感器与 PLC都可以通用，对于此类问题可以 参考笔者的另一文接近开关、光电开关的输出与负载接口问题 ，在此不 再赘述。SINK漏型、 SOURC源E型在下文有详细图解描述。三、按电源配置类型、直流输入电路如图 1，直流输入电路要求外部输入信号的元件为无

6、源的干接点或直流 有源的无触点开关接点， 当外部输入元件与电源正极导通， 电流通过 R1，光 电耦合器内部 LED，VD1（接口指示）到 COM端形成回路，光电耦合器内部接 收管接受外部元件导通的信号，传输到内部处理；这种由直流电提供电源的 接口方式，叫直流输入电路；直流电可以由 PLC内部提供也可以外接直流电 源提供给外部输入信号的元件。 R2 在电路中的作用是旁路光电耦合器内部 LED的电流，保证光电耦合器 LED不被两线制接近开关的静态泄漏电流导通。、交流输入电路如图 2，交流输入电路要求外部输入信号的元件为无源的干接点或交流 有源的无触点开关接点， 它与直流接口的区分在光电耦合器前加一

7、级降压电 路与桥整流电路。外部元件与交流电接通后，电流通过 R1，C2 经过桥整流， 变成降压后的直流电，后续电路的原理与直流的一致。交流 PLC主要适用相 对环境恶劣，布线技改变动不大等场合；如接近开关就用交流两线直接替 代原来行程开关。4：按端口类型单端共点（ Comcon）数字量输入方式为了节省输入端子， 单端共点输入的结构是在 PLC内部将所有输入电路 （光电耦合器）的一端连接在一起接到标示为 COM的内部公共端子（internal comcon terminal ），各输入电路的另一端才接到其对应的输入端子 X0、 X1、 X2、 ，com共点与 N个单端输入就可以做 N个数字量的输

8、入 （N+1个端子 ） ，因此我们称此结构为 单端共点 输入。用户在做外部数字量输入组件的接线时也需要同样的作法， 需要将 所有输入组件的一端连接在一起，叫输入组件的的外部共线（ external comconw ire ）；输入组件的另一端才接到 PLC的输入端子 X0、X1、X2、 。如果 COM为电源 24V+（正极），外部共线就要接 24V-（负极），此 接法称 SINK（ sink Current 拉电流）输入方式；也称之 PLC接口共电源正 极。如果 COM为电源 24V-（负极），外部共线就要接 24V+（正极），此 接法称 SRCE（ source Current 灌电流）输入

9、方式；也称之 PLC接口共电源 负极。SINK （ sink Current 拉电流）输入方式，可接 NPN型传感器，即 X 端口与负极相连。SRCE （source Current 灌电流）输入方式，可接 PNP型传感器。即X端口与整机极相连。为了适应各地区的使用习惯 ,内部公共端子有的厂家的 PLC是采用 S/S端子， 此端子可以与电源的 24V+（正极）或 24V-（负极）相连，结合外部共线接 线变化使 PLC可以 SINK（ sink Current 拉电流）输入方式，可接 NPN型传 感器和 SRCE（ source Current 灌电流）输入方式，可接 PNP型传感器。较 采用

10、COM端的 PLC更灵活。 S/S端子的发展是为了适用日系与欧系 PLC混合 使用工控场合 , 起到通用的作用 ,S/S 端子也称之 SINK/SRCE可切换型。 （外部输入组件可以为按钮开关、行程开关、舌簧开关、霍尔开关、接近开 关、光电开关、光幕传感器、继电器触点、接触器触电等开关量的元件。 ）SINK （ sink Current 拉电流）输入方式单端共点 SINK输入接线（内部共点端子 COM 24V+，外部共线 24V-）。 如图 3:SRCE （ source Current 灌电流）输入方式 单端共点 SRCE输入接线（内部共点端子 COM 24V-，外部共线 24V+）。 如图

11、 4:SINK/SRCE 可切换输入方式S/S端子与 COM端不同的是 ,COM是与内部电源正极或负极固定相连， S/S 端子是非固定相连的， 根据需要才与内部电源或外部电源的正极或者负极相 连。 单端共点 SINK 输入接线（内部共点端子 S/S24V+，外部共线 24V-）。 单端共点 SRCE输入接线（内部共点端子 S/S 24V-，外部共线 24V+）。：当有源输入元件 （ 霍尔开关、接近开关、光电开关、光幕传感器 等） 数量比较多， 消耗功率比较大， PLC内置电源不能满足时， 需要配置外置 电源。根据需求可以配 24VDC，一定功率的开关电源。外置电源原则上不能 与内置电源并联，根

12、据 COM与外部共线的特点， SINK （ sink Current 拉电 流）输入方式时，外置电源与内置电源正极相连接； SRCE（source Current 灌电流）输入方式时，外置电源与内置电源负极相连接。：简单判断 SINK（ sink Current 拉电流）输入方式，只需要 Xn 端与负极短路，如果接口指示灯亮就说明是 SINK 输入方式。共正极的光藕 合器，可接 NPN型的传感器。 SRCE（ source Current 灌电流）输入方式， 将 Xn 端与正极短路，如果接口指示灯亮就说明是 SRCE输入方式。共负极的 光藕合器，可接 PNP型的传感器。：对于 2 线式的开关量

13、输入，如果是无源触点， SINK与 SRCE按上 图的输入元件接法，对于 2 线式的接近开关，需要判断接近开关的极性，正 确接入。我公司部分 2 线式的 LJK 系列接近开关也有不分极性即可接入接口 的，具体参考附带产品说明书。4.2 、超高速双端输入电路主要用于硬件高速计数器（ HHSC）的输入使用，接口电压为 5VDC，在应用上 为确保高速及高噪音抗性通常采用双线驱动方式（ Line-Drive ）。如果工作 频率不高与噪音低也可以采用 5VDC的单端 SINK 或者 SRCE接法，串联一个 限流电阻转换成 24VDC的单端 SINK或者 SRCE接法。、5VDC的单端 SINK 或者 S

14、RCE接法。 注：24VDC供电的传感器 , 在输入回路上需要串联限流电阻， R1为 10，R2 为 2K，不串联限流电阻，将烧毁接口回路，限流电阻取值2.7K 。四：外部输入元件 1：无源干接点（按钮开关、行程开关、舌簧磁性开关、继电器触点等） 无源干接点比较简单， 接线容易。不存在电源的极性， 压降等因素， 上图 3-6 中的输入元件这是此类型。这里不重复介绍。 2：有源两线制传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关） 有源两线接近开关分直流与交流，此传感器的特点就是两根线，传器输出端 导通后，为了保证电路正常工作需要一个保持电压来维持电路工作，通常在 3.5-5V 的压降，静态泄露电流要小于

15、1mA，这个指标很重要；如果过大，在 接近开关没检测信号时， 就使 PLC的输入端的光电耦合器导通。 我公司的 LJK 系列两线制接近开关静态泄露电流控制在 0.35-0.5mA 之间适应各类型 PLC。 直流两线制接近开关分二极管极性保护与桥整流极性保护， 前者在接 PLC时 需要注意极性，后者就不需要注意极性。有源舌簧磁性开关主要用在汽缸上 做位置检测，由于需要信号指示，内部有双向二极管回路，因此也不需要注 意极性；交流两线制接近开关就不需要注意极性。如图 10：2.1 、单端共点 SINK输入接线（内部共点端子 COM24V+，外部共线 24V-）。 如图 11、单端共点 SRCE输入接

16、线（内部共点端子 COM24V-，外部共线 24V+）。 如图 12:、S/S端子接法参考图 5-图 6以及图 11-图 12。 3：有源三线传感器（电感接近开关、电容接近开关、霍尔接近开关、光电 开关等） 直流有源三制线接近开关与光电开关输出管使用三极管输出， 因此传感器分NPN和 PNP输出，有的产品是四线制，有双 NPN或双 PNP，只是状态刚好相 反，也有 NPN和 PNP结合的四线输出。NPN型当传感器有检测信号 VT 导通，输出端 OUT的电流流向负极，输出端 OUT电位接近负极，通常说的高电平翻转成低电平。PNP型当传感器有检测信号 VT导通，正极的电流流向输出端 OUT,输出端

17、 OUT 电位接近正极，通常说的低电平翻转成高电平。 电路中三极管的发射极上的电阻为短路保护采样电阻 2-3 不影响输出电 流。三极管的集电极的电阻为上拉与下拉电阻，提供输出电位，方便电平接 口的电路，另一种输出的三极管集电极开路输出不接上拉与下拉电阻，更多 问题可以参考接近开关、光电开关的输出与负载接口问题的文章。 简单说当三极管 VT导通, 相当与一个接点导通，如图 13：3.1 单端共点 SINK 输入接线（内部共点端子 COM24V+，外部共线 24V-）。 如图 14:2.2 、单端共点 SRCE输入接线（内部共点端子 COM24V-，外部共线 24V+）。 如图 15:、S/S端子

18、接法参考图 5-图6、图11-图12以及图 14-图15。 五、结束语PLC输入接口电路形式和外接元件（传感器）输出信号形式的多样性，因此 在 PLC 输入模块接线前必要了解 PLC输入电路形式和传感器输出信号的形 式，才能确保 PLC输入模块接线正确无误，在实际应用中才能游刃有余，后 期的编程工作和系统稳定奠定基础。六、参考文献1：接近开关、光电开关手册 TEOPTO 2005年电子版 2：FETEK-PLC使用手册3：MITSUBISHI-PLC手册4：SIEMENS-PLC手册光电开关原理光电开关的定义：此种产品以光源为介质、应用光电效应，当光源受物 体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光

19、量变化来检测对象的有无、大小和 明暗，而向产生接点和无接点输出信号的开关元件。 光电开关包括几种类型， 自身不具备光源，利用被测物体发射的光的变化量进行检测的；利用自然光 对光电开关的照射，物体遮蔽自然光产生的关变化量；光电开关自身具备光 源，发射的光源对被检测物体反射、吸收、和透射光的变化量进行检测。常 用的光源为紫外光、 可见光、红外光等波段的光源， 光源的类型有灯泡、 LED、 激光管等；输出信号有开关量或模拟量和通讯数据信息等。光电开关的叫法，主要是输出为开关量的开关元件。光电传感器的叫法，涵盖了输出开关量、模拟量、通讯数据等。目前市面光电开关的叫法有分光源、检测形式、用途、结构等命名

20、的。如：利用红外光源的叫红外光电开关、红外线光电开关、红外线光电传 感器等。利用自然光的叫光控开关、光电继电器等。利用激光为光源的叫激光光电开关、激光光电传感器等。利用检测形式叫热金属检测器，俗称热检等。利用用途的叫光电距离传感器、安全光幕传感器等。利用结构的叫光幕传感器等。这里就简要举几个例子，还有很多的叫法，在此无法一一介绍。一、光电开关原理与分类1：按检测形式的分类（1）对射式对射式是由一个发射器与一个接收器相对配置的，发射器发射出的光指向接收器，发 射器与接收器之间组成一个闭合光路，通过对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的 一种检测形式。这种检测形式作用距离比较长，但需要一个发射器并需

21、要配电；在某 些应用场合比如空间狭小，不合适配电的运用上比较麻烦。如图1a：图 1a发射器与接收器一体化，光传输为直流方式的非调制信号， 主要小型缝隙光电开关，如 U型、 C型的槽型光电开关。如图 1b:图 1b（2）直接反射式 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器发射的光直接照射到被检测物上，根 据反射光的变化情况来进行检测的。可以说是近似人的眼睛的一种检测器。与对射式 相比作用距离比较短，只需要单线配电即可，属于通用检测器。如图2：图2（3）镜面反射式这种方式是把发射器与接收器构为一体，光电开关对置反角矩阵射镜，发射器的光 被反射镜后反馈回接收器，光电开关与角矩阵反射镜（多棱镜）形成

22、闭合光路，通过 对光路的光被遮断或光衰减来进行检测的一种检测形式，这种检测形式作用距离比对 射式短，比直接反射式较长。只需要单线配电即可，由于采用反射镜光轴的调整比对 射式容易；反射镜由多棱镜角矩阵板或微晶玻璃颗粒反射膜等。如图3a：图 3a，采用互相垂直的偏振光膜片放在双镜头前，所以使用角矩阵反射器，光路闭合 如果是平面镜或反光率比较的物体（如：玻璃瓶等）不能改变偏振方向，由它阻挡而 产生的反射光不能进入受光器，因此它可以很容易被检测到，从而解决了由它表面反 射而它引起的误动作问题。如图 3b:图 3b4）辐射光检测形式 通过对被检测物体辐射出的光进行检测的形式。如用于钢铁行业的对加热的铁辐

23、射出 的红外线进行检测的光电开关。如图 4：图4（5）限定反射式 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器与接收器形成一个角度，发射光轴与 接收光轴交叉区域灵敏度最佳。如图 5：图5（6）夹角式 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射器与接收器形成一个角度，发射光聚焦 点与接收光聚焦交叉区域检测物体，用于精细检测，如标记检测等。如图6：图6（7）同轴检测式（单镜头） 这种方式是把发射器与接收器构为一体，发射光通过镀膜的半透明镜片45折射后通过镜头聚焦发射出去，接收光线通过聚焦镜头入射到接收器，主要用于标志检测。目 前主流的颜色传感器、标志传感器大多采用这样方式。如图7：图7（8）光导纤维式

24、 光导纤维简称光纤，目前光纤式光电开关的光纤基本是两种，一种塑料光纤，价位比 较低，普通检测使用；另一种玻璃光纤，价位比较高，一些检测精度比较高的场合。：对射式，把光纤套入发射器，把光纤套入接收器，光纤检测头相对安置。如图8a：图 8a ：直接反射式，发射器与接收器构为一体，把光纤套入发射器与接收器（光纤放大 器），光纤头为两根光纤并行，直接检测物体。如图 8b：图 8b：同轴反射， 发射器与接收器构为一体， 把光纤套入发射器与接收器 （光纤放大器） 。 光纤头为两根光纤并为一根的形式，发射光纤在中间，接受光纤围着其圆周排列。可 以直接反射与镜面反射，取决于光纤放大器的光学结构。如图 8c：图

25、 8c2：按检测方法的分类（1）光量法 目前大多数光电开关用来检测物体有无的均为光量方式，既光源受物体遮蔽或发生反 射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无。（2）三角测距法 光量方式容易受到物体表面的光洁度、粗糙度、颜色所影响，因此在一些要求比较高 的场合就需要采用距离法检测。（3）激光测量法由激光器对被测目标发射一个光信号， 然后接受目标反射回来的光信号， 通过测量光 信号往返经过的时间， 计算出目标的距离。3：按光源种类的分类 光源目前采用的大多是发光二极管（ LED），根据不同使用目的的区别使用。（1）白炽灯式（可见光） 用于需要白光的标志检测器，由于寿命与抗震性能，现在使用比较少

26、。（2）发光二极管（ LED）式（可见光、近红外光） 具有调制容易、寿命长、小型、功耗小、抗震等优点是光电开关理想的光源，可用于 各种用途。（3）荧光式（可见光） 主要用于需要长度的光电系统（图像传感器等）（4）紫外光式（不可见光） 通过照射紫外线用于检测发生可见光的物体（荧光整理疵点、食品中的异物等）。（5）气体激光式（可见光） 光束比较强，用于探伤系统、条形码系统、及强光衰减大的场合，如蒸汽、烟雾、火 焰等场合。（6）半导体激光式（红光、近红外光） 具有较强的透射率和容易调制的特性，用于如蒸汽、烟雾、火焰等场合钢铁行业与安 防。4：按光源调制种类的分类（1）直流光式 使发射器的光线为不变的

27、直流光，包括白炽灯和用直流驱动的发光二极管。这种方式 有线路简单、响应速度快的特点，但是抗光干扰比较弱，目前仅在较短的距离检测中使用 （2）调制式、脉冲调制式 使发射器发的出光线为具有一定频率的脉冲波，一般称为调制光，采用这种方式除了 可以获得峰值很高的光脉冲功率外，还可以对接收器输出采用具有频率选择的交流放 大器进行放大，从而减少周围光线和电气噪声的影响，这是目前国内外使用最广的一 种方式。机械旋转调制式 对光源用棱镜或转盘孔旋转后，提取脉冲信号，如用于区域检测和热金属辐射的扫描 检测等。、扫描式 将多个发射器与接收器组合，通过同步信号逐一扫描，防止相互干扰。如用于光幕传 感器。5：按供电种

28、类的分类（1）直流式采用直流电压供电的形式，一般大多采用 12-24V（10-30V）的直流电压的供电。（2）交流式采用交流电压供电，电压范围为 90-240V交流电，满足 110VAC与 220VAC场合的供电（3）直流交流混合式 直流电压与交流电压都可以直接接入同一个供电回路的形式，直流电压范围12-240V，交流电压范围 24-240V，此形式适应性比较灵活，不需要考虑配电的问题。6：按输出种类的分类1）三极管 NPN输出 （ 2）三极管 PNP输出（ 3）三极管 NPN与 PNP混合输出（4）固态隔离无触点输出（5）继电器触点输出（6）可控硅输出（7）模拟电压（8）模拟电流（9）数据信

29、号7：按结构种类的分类（1）内藏放大器式 即把发光、感光元件和放大电路、信号处理电路、开关驱动电路装配在一个壳体里， 接通直流电源就可以获取 ON-OFF开关输出，不需要专用放大器，抗噪音能力强，寿命 长，电缆线可延长等优点，是主流的一种光电开关。（2）放大器分离式 这是种早期采用比较多的方式，发光、感光元件装在探头内，用屏蔽线与专用放大器 （光电开关主体）连接。主要是探头可以安装在比较狭小的空间对比较小的物体进行 检测，但是有抗噪声能力的问题。随着技术的发展，内藏放大器式的光电开关的体积 越来越小；这种形式采用相对较少，尤其是光纤传感器的发展。（3）光纤式 这种光电开关是放大器分离式与内藏放

30、大器式结合的产品，通过光纤才传输光信号， 光电开关主体上套上光纤线，另一头光纤探头可以对被检测物体进行检测，其优点光 纤探头比较小，可以检测比较微小的物体，光纤线传输的只是光信号，所以不用考虑 放大器分离式那样需要考虑抗噪声能力的问题。（4）自控式 这种光电开关是具有一定功能性的。把发光、感光元件和放大电路、信号处理电路、 开关驱动电路、电源、继电器等都装配在一起，接上交流或直流电源就可以工作。同 时还具有其他一些功能如动作信号的延时、光电开关的信号灵敏度调节等。光电开关工作原理（红外传感器原理） 光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电开关在一般情况下，有三部分构成，

31、它们分为：发送器、接收器和检测 电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲 宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面， 装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和 应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能 够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴 0 到 25 的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根 反射线返回。分类

32、和工作方式 槽型光电开关 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。 发 光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测 物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号， 切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受 整体结构的限制一般只有几厘米。对射型光电开关 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收 光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它 的检测距离可达几米乃至几十米。 使用时把发光器和收光器分别装在检测物 通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动

33、作输出一个开关控制 信号。反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射 原理完成光电控制作用的称为反光板反射式 （ 或反射镜反射式 ） 光电开关。 正 常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检 测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。 扩散反射型光电开关 它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情 况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光 部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号一、光电开关特点：1、检测距离长 ：与电感式接近开关相比，可以获得

34、很长的检测距离，例如：对射型开关检测距离可达数十米，反射已从几厘米到几米，由于是非接触检 测，所以不损伤被测物，也不受其影响2、检测对象广泛：因为是根据检测对象的反射和透光检测，所以不管是金属、即使是玻璃、橡胶、木材、液体、气体等几乎都可以检测。3、响应速度快 ：检测介质本身是高速的，因为几乎不包含机械动作，因而 可以获得非常高的检测速度。4、分辨能力高 ：因为光是直线传播，且波长短，因而分辨率高，适用于微 小物体和高精度位置检测。5、容易取得规则的检测区 ：采用了透镜等光学系统，可以比较容易的聚光、 扩散和折射，对应不同的检测对象和不同的使用环境，可以适当的选取具有 某种检测区域的产品。6、

35、不受磁场和振动的影响 ：检测开关一般较多地安装在具有较强磁场和振 动的场所，从本质上说，光电开关受其影响很少，因而能够可靠的动作。7、利用光的特性检测 ：可以做色标、形状特征的选择检测。8、寿命长 ：由于是非接触检测，所以寿命长，特别是用发光二极管做为光 源，控制输出采用无接点方式，寿命就更长。但，光电开关也有下述一些缺点：9、透镜容易受到粉尘和油污的污染，透镜一旦弄脏，不仅使光束散乱，又 挡住了一部分光，因而在恶劣环境下，必须采取切实可行的保护措施。10、周围光线强弱对开关的影响，对于通常的照明光，目前光电开关几乎不 受影响，但是如果背景光太强以致超过数万勒克斯，就会引起开关误动作而 造成损

36、失。11、成本比其它检测开关要高一些。二、光电开关应用方法1：输入电源电压的波动 对直流输入方式，也要注意其波动值，通常可以允许 10%。2：配线 正确地进行配线自然不用说，在有规定的情况下，使用电缆应在规定的长度 以内，在配线上大多出防噪声方面考虑，但为安全起见，还应当注意与动力 线隔离，高压线、动力线和光电传感器的配线不应放在同一配线管或用线槽 内，否则会由于感应而造成（有时）光电开关的误动作或损坏，所以原则上 要分别单独配线。3：响应时间 根据被测物体的大小与移动速度来选择在响应速度上有余力的光电开关， 另 外，关于对射式，由于光束的粗细对检测有影响，因此要预先计算好对整个 光束遮光的时

37、间。4：灵敏度 关于设定距离，在环境恶劣的情况下，使用对射式时，必须留出 4 倍以上的 余地，使用反射式时也必须留出 1.5-2 倍以上的余地。5：保护措施 通常，对于直流供电的光电开关里都设有逆极性，交流无须要极性保护。 直流供电的光电开关晶体管输出的均有过流、短路保护。保护方式有节拍式 或自锁式，各有特点，节拍式在输出最大电流临界点产生节拍保护，使用时 候负载电流需要控制在光电开关额定输出电流内。自锁式过载、短路后，保 护电路启动后，无输出，需要断电重新加电后才恢复正常。无接点输出极的保护，通常采用续流保护晶体管的集电极。如果有大功率的 感性负载最好还是外部设置电涌吸收电路给予保护。6：抗

38、振与冲击若振动为 0-2000次/分，复振宽度为 2mm 左右时，对一般光电开关没什么影 响，但是对采用白炽灯做光源需要采用不受振动的装备结构。7：干扰光 由于光电开关的光源与调制的问题，因此抗干扰光的能力也是不同的；通常 红外光电开关抗环境光白炽灯光 3,000Lux,太阳光 10,000Lux。若强烈太阳光 直接照射的，由于太阳光含有红外波段的光线，如果采用光学滤色镜提高抗 光干扰能力是不够的。 teopto光电产品中有具备 100,000Lux 专门用于强烈环 境光的产品。那直流光式，需要尽量避开环境光的直接照射，由于环境光的 干扰，还需要对灵敏度细调后满足实际使用的需要。 在不能改变光

39、电开关 （接 收器）光轴与强光源的角度时，可在光电开关上方四周加装遮光板或套上遮 光长筒。8：防止相互干扰对射式防止相互干扰最有效的办法是发射器和接收器交叉设置，超过 2 组时还拉开组距。当然，也可选择使用不同频率的机种。反射式需要隔开一 定的间距 ,根据产品参数的指向角与检测距离来确定相邻的间距。 9：镜面角度影响当被测物体有光泽或遇到光滑金属面时，一般反射率都很高，有近似镜 面的作用，这时应将发射器与检测物体安装成 10 20的夹角，以使其光轴 不垂直于被检测物体，从而防止误动作。10：排除背景物影响 使用反射式扩散型发射器、接收器时，有时由于检出物离背景物较近， 光电开关或者背景是光滑等

40、反射率较高的物体而可能会使光电开关不能稳 定检测。因此可以改用距离限定型发射器、接收器，或者采用远离背景物、拆除 背景物、将背景物涂成无光黑色、或设法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排 除。11：自诊断功能使用在安装或使用时， 有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因 而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等 问题。这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开 关的自诊断功能而使其通过 STABLITY 绿色稳定指示灯发出通知，以提醒 使用者及时对其进行调整。12：消除台面影响发射器与接收器在贴近台面安装时， 可能会出现台面反射的部分光束照到接收器而

41、造成工作不稳定。 对此可使发射器与接收器离开台面一定距离并 加装遮光板。13：镜面的维护 定期清理镜面或者反光板表面的灰尘，使光电开关的光量不受损耗，保证光 电开关正常工作，擦拭镜头严禁用稀释剂等化学物品，以免损坏塑料镜与反 光板。14：温度特性一般工作的环境温度在 -2055（未结冰 ），在环境复杂的条件下检测时需 要注意，比如温度比较高的环境下需要采取冷却。 冷却方式有多种， 风冷却、 水冷切、电致冷等；温度比较低的环境超过产品额定值的，需要加热防止检 测镜面冻霜、结冰；这些条件的使用时，若需要技术支持请与 teopto 的应用 工程师进行技术的咨询，选择合适的产品应用在项目上。15：光轴

42、校准 为了便于校准光轴，有效防止偏移，只要做到一下几点就能满足要求： 设定检测距离（灵敏度）时要大幅度留有余地。发射器与接收器的光学系统能扩展。装配上井然有序，坚固耐用。对于采用微逢、 遮光板的窄光轴形式的或光学上调整平行光线的以及设定 距离没有余地的，要细致调整，完成校准后在机械上牢固地加以固定。 16：检测的 S/N 比的问题S/N 比，就是信号（ signal）和噪声（ noise）的比，这个问题比较容易被忽 略，光电开关主要的利用光的入射与遮光差进行 ON-OFF 转换的， 因此在光的入射时尽可能选择入射光量较多的角度与位置；在遮光时，需要入射光的 光量趋近于零，以进行稳定的检测。17

43、：其他问题 下列场所，一般有可能造成光电开关的误动作，应尽量避开：灰尘较多的场所；腐蚀性气体较多的场所；水、油、化学品有可能直接飞溅的场所；户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所。环境温度变化超出产品规定范围的场所；振动、冲击大，而未采取避震措施的场所。光电开关光电开关英文叫： Photoelectric switch概述光电开关是传感器大家族中的成员， 它把发射端和接收端之间光的强弱 变化转化为电流的变化以达到探测的目的。 由于光电开关输出回路和输入回 路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和 SMT 表面安装工艺而制造的新一代光电开关器 件，具有延时、

44、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自 诊断等智能化功能。 这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电 探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色 光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔 软体和烟雾等物质的状态和动作。接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物 及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、 寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。目前，这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位

45、控制、产品计数、 宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标 检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。 此外，利用红外线的隐蔽性， 还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。光电开关的分类按检测方式分常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反 射式三种类型。对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。 反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式 的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。表 1 给出了光电开关的检测分类方式及特点说明。按结构分类 光电开关按结构可分为放大器分离

46、型、放大器内藏型和电源内藏型三 类。放大器分离型是将放大器与传感器分离， 并采用专用集成电路和混合安 装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点， 而放大器的功能较多。 因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。具有接通和断 开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制 6 种输出状态，兼有接点和 电平两种输出方式。放大器内藏型是将放大器与传感一体化， 采用专用集成电路和表面安装 工艺制成，使用直流电源工作。其响应速度局面（有 0.1ms 和 1ms 两种）， 能检测狭小和高速运动的物体。改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置自 诊断稳定工作区指示灯。兼有电压和电流两种输出方式，能

47、防止相互干扰， 在系统安装中十分方便。电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路 和表面安装工艺制成。它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式 行程开关，可直接用于强电控制电路。也可自行设置自诊断稳定工作区指示 灯，输出备有 SSR 固态继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰， 并可紧密安装在系统中。光电开关工作原理图 1 所示是反射式光电开关的工作原理框图。图中，由振荡回路产生 的调制脉冲经反射电路后，由发光管 GL 辐射出光脉冲。当被测物体进入受 光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管 DU 。并在接收电路 中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放

48、大和同步选通整形，然后用数 字积分或 RC 积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出 光电开关控制信号。光电开关一般都具有良好的回差特性， 因而即使被检测物在小范围内晃 动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自 诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。光电开关的特点MGK 系列光电开关是现代微电子技术发展的产物， 是 HGK 系列红外光 电开关的升级换代产品。与以往的光电开关相比具有自己显着的特点：具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装 方便；对 E

49、S 外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关 是否正常工作。并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外 诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到 0.1ms ，每分钟可进行30 万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；采用专用集成电路和先进的 SMT 表面安装工艺，具有很高的可靠性； 体积小（最小仅 203112mm ）、重量轻，安装调试简单，并具有短 路保护功能。专用名词说明检出距离对射式和镜面反射式光电开关的检出距离是指光轴上无有效遮挡物野 战，可稳定检出的最大距离。反射式光电开关的检出距离则是可稳定检出标准检测物的最大距离

50、。回差距离回差距离指动作距离与复位距离之差。它用检出距离的比率来表示，一 般在检出距离的 20% 以下响应时间把从受光器初始有效受光到输出动作所需的时间称作响应时间。 把从受光器初始有效遮光到输出复位所需的时间称为复位应用时间。暗动暗动（ DARK ON）：即遮光动作。它表示在进入受光器的光速减少到 一定程序时或被全遮时，输出晶体管将导通输出。亮动亮动（ LIGHT ON），也称受光动作。它是指进入受光器的光束增加到 一定量时，输出晶体管导通且有输出。外同步输入功能 在一般情况下，凡具有外部诊断输入功能的光电开关，一般均具有外同 步功能。也就是说，用接点或晶体管导通等方法使图 2 中的蓝线与黑

51、线短接（ O N）可随时停止投光。可以据此在工作前预检传感器检测是否正常。在工作 中，利用此性质也可随时接受控制系统发出的运行或中断指令。如果将前一 个输出与后一个外同步输入进行串接，则可实现与门等功能。使用光电开关可用于各种应用场合， 图 3 所示为光电开关在多种场合的应用 例图。另外，在使用光电开关时，还应注意环境条件，以使光电开关能够正 常可靠的工作。避免强光源光电开关在环境照度较高时，一般都能稳定工作。但应回避将传感器光 轴正对太阳光、白炽灯等强光源。在不能改变传感器（受光器）光轴与强光源的角度时，可在传感器上方 四周加装遮光板或套上遮光长筒。防止相互干扰MGK 系列新型光电开关通常都

52、具有自动防止相互干扰的功能，因而不 必担心相互干扰。然而， HGK 系列对射式红外光电开关在几组并列靠近安 装时，则应防止邻组和相互干扰。防止这种干扰最有效的办法是投光器和受 光器交叉设置，超过 2 组时还拉开组距。当然，使用不同频率的机种也是一 种好办法。HGK 系列反射式光电开关防止相互干扰的有效办法是拉开间隔。而且 检测距离越远，间隔也应越大，具体间隔应根据调试情况来确定。当然，也 可使用不同工作频率的机种。镜面角度影响 当被测物体有光泽或遇到光滑金属面时，一般反射率都很高，有近似镜 面的作用，这时应将投光器与检测物体安装成 1020的夹角，以使其光轴 不垂直于被检测物体，从而防止误动作

53、。排除背景物影响 使用反射式扩散型投、受光器时，有时由于检出物离背景物较近，光电 开关或者背景是光滑等反射率较高的物体而可能会使光电开关不能稳定检因此可以改用距离限定型投、受光器，或者采用远离背景物、拆除背景 物、将背景物涂成无光黑色、或设法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。自诊断功能使用在安装或使用时， 有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因 而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等 问题。这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开 关的自诊断功能而使其通过 STABLITY 绿色稳定指示灯发出通知， 以提醒使 用者及时对其进行调整。消除台

54、面影响如图 4（a）所示，投光器与受光器在贴近台面安装时，可能会出现台 面反射的部分光束照到受光器而造成工作不稳定。对此可采用如图4（b）的方法，使受光器与投光器离开台面一定距离并加装遮光板。严禁用稀释剂等化学物品，以免损坏塑料镜。 高压线、动力线和光电传感器的配线不应放在同一配线管或用线槽内， 否则会由于感应而造成（有时）光电开关的误动作或损坏，所以原则上要分 别单独配线。下列场所，一般有可能造成光电开关的误动作，应尽量避开：灰尘较多的场所；腐蚀性气体较多的场所；水、油、化学品有可能直接飞溅的场所； 户外或太阳光等有强光直射而无遮光措施的场所。环境温度变化超出产品规定范围的场所；振动、冲击大

55、，而未采取避震措施的场所。怎样判别接近开关或光电开关是 PNP 型还是 NPN 型？1、输出是 0V，就是 NPN。输出时 24VDC ，就是 PNP。让开关导通，拿万 用变测量信号输出端电压2、NPN 与 PNP 传感器的区别。常用的这类传感器可分为 4 个分类，即 NPN-NO 、NPN-NC 、PNP-NO 与 PNP-NC （三条引线，电源线 L+与 L-， 信号输出线）。 NPN 是指当有触发信号时，信号输出线动作于 L+ 这条高电 平的电源线。对于 NO 型，在没有触发信号时，输出线是悬空的；有触发时 则发出与 L+ 电源线相同的电平（实际是这两条线连通了）。对于 NC 型， 在没

56、有触发信号时，信号输出线与 L+电源线是连通的（同电平）；当有触 发信号后，输出线就悬空了（相当于与 L+电源线断开了）。对于 PNP 型传 感器来说，信号输出线是作用于 L-这条低电平的电源线的，其中 NO 和 NC 型的原理是与上面说的一样。3、有两个方法： 1。产品上肯定会有接线图， NPN 型的接线图是负载连接 正电（棕线）及信号输出线（黑线）； PNP 型的接线图是负载连接负电（蓝 线）及信号输出线（黑线）。 2。万用表检测信号线（黑线）有信号输出时 的电压：为正电压，侧 PNP 型。4、开关上面都会贴有标示，大多数 P 字开头就是 PNP ，N 字开头就是 NPN5、用一与电源同等

57、电压的小型直流继电器接在正电源与输出端， 给输入 端接入控制电压， 继电器有吸合动作是 NPN 型；PNP 型是把继电器接在输出和负电源间才有动作；或接好电源用数字万用表测输出端对电源正、 负端的电压，对正端能测出电源电压的是 NPN 型，否则是 PNP 型；6、拿个继电器接在输出端和电源端（注意正负），如果是 NPN 的，传 感器响应时继电器会有动作对射型光电开关的接线问题发射 2 线的棕色接 +24V，蓝色接 0V；接收 3 线的棕色接 +24 V，蓝色接 0V， 黑色接 PLC 的输入接口。光电开关以及接近开关中 NPN 型和 PNP 型在现场使用中有什么区别？ 光电传感器有 NPN 型

58、输出型 （电流流入 ）和 PNP 输出型（电流流出 ）两种，当 电流流出的传感器 （PNP 输出型 ）在接通时， 电流是从电源经传感器的输出 端（output ）流到负载（ load）上，进入负载 , 然后流到接地端。而电流流 入（NPN 输出型）的传感器接通时， 电流是从电源经负载流到传感器的输出端 （output） ，然后流到接地端 （GND） ，最后进入系统的地（ GND ）。PNP 与 NPN 型传感器一般有三条引出线，即电源线 VCC 、GND ，OUT 信 号输出线1、 NPN 类NPN 是指当有信号触发时，信号输出线 OUT 和 GND 连接，相当于 OUT 输出低电平。2、 P

59、NP 类PNP 是指当有信号触发时， 信号输出线 OUT 和 VCC 连接，相当于 OUT 输出高电平的电源线。光电开关原理及应用一、前言 光电开关是传感器大家族中的成员， 它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为 电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关 输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝）， 所以它可以在许多场合得到应用。 ? ? 二、光 电开关介绍 1 、工作原理 光电开关 （光电传感 器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测 物对光束的遮挡或反射， 由同步回路选通电路， 从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有 能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射

60、出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有 无对目标物体进行探测。工作原理如图 1 所示。多数光电开关选用的是波长接 近可见光的红外线光波型。图 2 是德国 SICK 公司的部分光电开关外型图。2 、光电开关的分类及术语解释（ 1）、分类 漫反射式光电开关：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射 器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被 检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模 式。 镜反射式光电开关：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发 出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全