离散/数字式传感器的常见类型、技术特点和使用技巧

离散或数字式传感器在自动化系统中无处不在。在继电器逻辑时代，甚至在可编程逻辑控制器（PLC）出现之前，已经开始使用数字式传感器，在简化PLC逻辑方面，现在仍发挥着作用。离散传感器发送开/关（是/否）信号，通常允许PLC忽略模拟阈值、死区、检测速度和其他复杂性。

这些信号可能意味着“检测到部件”、“设备气压高于80PSI”、“执行机构已到达预定位置”、“在某一温度下的加热器”或其它工况。强大的设备功能的实现，高度依赖于以正确的方式使用适合的传感器。上述每个工况，都可能使用不同类型的传感器。

常见离散传感器类型

下面是用于自动化的各种常见的离散传感器。

限位开关

目前仍在广泛应用的限位开关，配置一个机械开关，与零件接触时打开或关闭。它们的形状和尺寸各异，并可以提供诸如冗余触点之类的选项。尽管机械式限位开关具有简单、实用等特点，但许多应用已开始转而使用非接触式固态传感器，因为它更灵活、使用寿命更长。限位开关也有其局限性，因为它需要与被感知部分接触。

簧片开关

簧片开关，主要用于气动领域，配置了一个由磁铁打开/关闭的机械开关。它们通常安装在气缸上，气缸活塞内有磁铁。请注意，测量气缸位置并不总是最佳的做法。例如，当气缸驱动联动轴将部件推入预定位置时，如果活塞从连接中出来怎么办？如果连接有溢出或反冲呢？更好的方式是测量接触部件的板，而不是测量气缸的位置。由于这些都是机械设备，因此同限位开关一样，它们也有类似的寿命问题。因此可以使用固态继电器形式的气缸开关作为替代。

图1：屏蔽与非屏蔽接近开关。注意非屏蔽类型上附加的黄色塑料。图片来源：Breen设备自动化服务

接近开关

接近开关是另一种常见传感器，通常采用电感原理，这就需要使用金属（优先选用含铁的金属）以便能正常工作。也可以使用有色金属，如铝和铜，但不能像检测铁一样直接检测这些金属。在这种情况下，感知距离比较近，并且需要更大的感知目标（有时甚至会大到无法使用）。在这种情况下，有两种方法可以改善检测：

1、把钢质螺丝安装在有色金属目标上，以便接近开关能够检测到。

2、使用“大量程”或“非屏蔽”接近开关。因为这两种类型的趋近式传感器的顶端，有较少的金属覆盖，因此灵敏度也就更高。

确实存在某些其它类型的趋近式传感器，利用非电感原理（电容和超声波），可以测量非金属零件。但是，这种传感器并不常见，因此，在谈到接近开关时，通常认为是电感类型的。

光电传感器

光电传感器，有一个光“发射器”和“接收器”。它们可集成安装，也可分散安装。这通常是跟踪系统部件的一种低成本的方法。有时，光通过光纤的引导，或者直接在发射器/接收机中使用。检测部件，通过将光反射回接收机（反射应用）或通过阻断光束到达接收器（直通光束应用）来完成。

选择适合的传感器类型

在采购离散传感器时有多种选择。选择过程中，一旦确定了与机械接口类型匹配的通用传感器，还有其它需要考虑的因素：

●PNP与NPN：这是所有固态设备必需做的选择。它代表电流方向。在美国，一般使用PNP类型的传感器，但如果设备来自于其它国家，那就必须了解PLC输入的类型。如果PLC手册说“漏型输入（sinkinginput）”，那它就是PNP类型的；如果说“源型输入（sourcinginput）”，那它就是NPN类型的。某些输入模块，可以配置为两者中的任意一个。在这种情况下，请先确认连接到“公共”端的电源端子。如果公共端子为0Vdc，那它就是PNP类型；如果是24Vdc，则为NPN类型。

●2线与3线：这主要是机械触点（2线）和固态触点（3线）之间的选择。

●快速断开与集成电缆：许多传感器提供两种选择，永久连接电缆或快速断开连接。虽然成本略高，但“快速断开”类型，通常更易于维护。如果传感器断开，则不需要新电缆。

在某一时期，从本质上讲，离散传感器是真正的数字化，如机械压力开关使用弹簧加载的隔膜，或基于汞的恒温器，但界限正在逐渐模糊。现代的离散传感器，通常用于测量模拟量中的压力、温度、电感和亮度等参数，并使用小型计算器将其转换为数字式的“是”或“否”。值得注意的是：现在，很多简单的传感器，都可以通过IO-Link等技术，将模拟信息传递回PLC。如果数据已经产生，并配置了一台计算机，为什么不利用它呢？这是最新的趋势，在市场上还没有太多的应用。PLC和梯形逻辑编程语言就是基于离散信号的概念之上。

光电传感器的应用技巧

可见光与红外线的选择。通常情况下，用户必须将光聚集，如果使用可见光，则相对容易实现光的聚集，所以除非有必须使用红外线的理由，尽量使用可见光。

串扰问题。这些传感器的光线，会干扰其它传感器和光幕。考虑到光不会保持一条线，而是一个锥，并且可能影响使用相同波长的其它设备（如图2所示）。

图2：光电传感器的串扰问题。

有几种方法可以帮助消除光电传感器的串扰：

光线方向交替：当光电传感器彼此靠近时。例如，两个光电传感器测量传送带上6英寸的部件时，将第一个发射器布置在左侧，将第二个发射器布置在右侧。

使用不同的波长：例如，浅色光幕通常使用红外线。如果在光幕附近使用光电传感器，请使用可见光光电传感器。

在发射器上配置光圈，以便缩小光锥。

亮“开”与暗“开”：传感器在检测到光时为开，或者当它看不到光时为开？通常可以使用螺丝刀或按钮进行调节。

精度：简单的光电传感器应用，无法提供精确的位置检测。例如，带反光式光电传感器的传送带上的传感盒子，其精度只能达到一英寸或两寸。使用光纤或光圈，使发射光和接收区域尽可能小，可以有效提高精度。

激光器：虽然成本更高，但可以实现其它传感器不能实现的测量功能，如测距离，而不是仅仅检测阻挡/反射。它们还能检测透明的零件，如塑料或玻璃