基于接近式、光電式檢測的自動檢測與分類控制系統(tǒng)研究

王劍 樊毅

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的高速發(fā)展，對生產(chǎn)過程的自動化、智能化要求日益增強。生產(chǎn)過程對物件的檢測與分類控制技術也提出更高要求，傳統(tǒng)的人工分類和接觸式檢測技術已不適用于現(xiàn)有生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。本文通過對產(chǎn)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(tǒng)進行研究。

關鍵詞：信號檢測與處理，優(yōu)化控制，提高產(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)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(huán)節(jié)。目前，生產(chǎn)現(xiàn)場仍普遍依靠人工檢測包裝產(chǎn)品的質量。在需要人工操作的生產(chǎn)線上，仍采用機械式的限位開關實現(xiàn)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(chǎn)過程中對于包含金屬物件的產(chǎn)品，使用接近式傳感器進行包裝內的產(chǎn)品檢測，可代替人工勞動，更加持續(xù)穩(wěn)定的檢測產(chǎn)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(yōu)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(huán)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(jīng)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(fā)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(jīng)過交點時，發(fā)光二極管的反射光被光電三極管接收，產(chǎn)生電信號。當物體離開交點時，反射區(qū)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(yōu)化控制策略

下文以在產(chǎn)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(shù)器兩個應用場景簡述接近式、光電式傳感器在工業(yè)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(xiàn)場，灌裝旋蓋完成后的成品在經(jīng)過全自動封箱機分批次的密封包裝后，形成最終產(chǎn)品。全自動封箱機完成規(guī)格為4*6為一箱的批次包裝，在包裝過程中，存在漏裝、產(chǎn)品傾倒、無蓋等現(xiàn)象。如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和剔除次品包裝箱，將進入產(chǎn)品合格庫房，在倒運過程中，會對庫房環(huán)境產(chǎn)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(chǎn)品的形象造成嚴重不利影響。

優(yōu)化控制策略：采用電感式接近傳感器制作與產(chǎn)品包裝位置一致的機械手臂，對應生產(chǎn)線已裝箱產(chǎn)品流過位置，當產(chǎn)品流經(jīng)傳感器，可檢包裝箱內測瓶蓋的位置與數(shù)量是否符合包裝質量要求。采用PLC系統(tǒng)控制，在控制系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)包裝錯誤或工序遺漏的不合格產(chǎn)品，自動生產(chǎn)線實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，及時將不合格包裝產(chǎn)品分類剔除。PLC選型為帶高速定時器和計數(shù)器的型號，以滿足精確的計算需求。

2.2 光電式崗位計數(shù)器優(yōu)化

在某食品加工現(xiàn)場，灌裝生產(chǎn)線上，對各灌裝崗位人員進行灌裝計件計數(shù)的實時統(tǒng)計，最初采用傳統(tǒng)機械式裝置加接近開關的方式進行計件計數(shù)統(tǒng)計，工人完成物件操作后將物件劃過行程開關實現(xiàn)計件，存在漏計、多計、計數(shù)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(chǎn)。

優(yōu)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(shù)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(jīng)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(tǒng)，經(jīng)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(xiàn)場配置HMI，實現(xiàn)計件數(shù)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(chǎn)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(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)檢測分類過程的自動化控制，及時判斷不合格產(chǎn)品，提高包裝質量。

（2）穩(wěn)定精確的崗位計數(shù)

通過光電式傳感器的使用，更為精確、可靠的檢測生產(chǎn)線工人的工作效率。

（3）行業(yè)內外關鍵或高危生產(chǎn)線推廣應用

該檢測控制優(yōu)化在食品加工行業(yè)的成功應用，可推廣到礦山選礦生產(chǎn)過程的磨機潤滑系統(tǒng)計數(shù)檢測、濃密機耙架耙位檢測、旋流器閥門位置檢測等生產(chǎn)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(yōu)化方面深入研究。

4、結論

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

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作者簡介：

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