[工业互联-7]：工业控制电气自动化系统与主要元器件

目录

第1章 工业自动化的电气环境概述

1.1 电工基础

1.2 常见物理量

1.3 电磁感应原理

第2章 工业自动化常见控制元器件

2.1 断路器：保险

2.2 漏电保护（跳闸）

2.3 继电器

2.4 电磁阀（控制流程：电-》磁-》机械位置或运动）

2.5 用于信号的开关量的输入

2.6 通讯模块

2.7 编码器

2.7 步进控制系统

2.8 伺服控制系统

2.9 变频器

2.10 感应器（传感器）

第3章 供电系统

3.1 交流电的零线与地线的区别

3.2 供电电源

第4章 工业自动化设备中常用的传感器

4.1 压力传感器

4.2 温度传感器

4.3 MEMS传感器(微机电系统)

4.4 扭矩传感器

4.5 磁性开关

4.6 接近开关

4.7 光电传感器

4.8 光纤传感器

4.9 位移传感器

4.10 光栅

4.11 激光检测仪

4.12 工业照相机

4.13 编码器

4.14 微动开关

4.15 智能传感器

参考：

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第1章 工业自动化的电气环境概述

1.1 电工基础

 

 

1.2 常见物理量

 

 

 

 

1.3 电磁感应原理

 电动机利用的就是电磁感应原理

 

 

 

第2章 工业自动化常见控制元器件

2.1 断路器：保险

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。

断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。

断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。已获得了广泛的应用。

电的产生、输送、使用中，配电是一个极其重要的环节。

配电系统包括变压器和各种高低压电器设备，低压断路器则是一种使用量大面广的电器。

• ACB：中心总开关, 电流在[1000A, ?], 如一个车间
• MCCB：汇聚开关，电流在[100A, 1000A]电力比如用于楼栋
• MCB：  终端开关，电流在[0, 100A]比如用于家庭

 

 

2.2 漏电保护（跳闸）

漏电保护器，简称漏电开关，又叫漏电断路器，主要是用来在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电保护，具有过载和短路保护功能，可用来保护线路或电动机的过载和短路，亦可在正常情况下作为线路的不频繁转换启动之用。当通常漏电电流超过30mA时，漏电跳闸保护。

在了解触电保护器的主要原理前，有必要先了解一下什么是触电。触电指的是电流通过人体而引起的伤害。当人手触摸电线并形成一个电流回路的时候，人身上就有电流通过；当电流的大小足够大的时候，就能够被人感觉到以至于形成危害。当触电已经发生的时候，就要求在最短的时间内切除电流，比如说，如果通过人的电流是50毫安的时候，就要求在1秒内切断电流，如果是500毫安的电流通过人体，那么时间限制是0.1 秒。

如图是简单的漏电保护装置的原理图。从图中可以看到漏电保护装置安装在电源线进户处，也就是电度表的附近，接在电度表的输出端即用户端侧。图中把所有的家用电器用一个电阻RL替代，用RN替代接触者的人体电阻。

图中的CT表示“电流互感器”，它是利用互感原理测量交流电流用的，所以叫“互感器”，实际上是一个变压器。它的原边线圈是进户的交流线，把两根线当作一根线并起来构成原边线圈。副边线圈则接到“舌簧继电器”SH的线圈上。

所谓的“舌簧继电器”就是在舌簧管外面绕上线圈，当线圈里通电的时候，电流产生的磁场使得舌簧管里面的簧片电极吸合，来接通外电路。线圈断电后簧片释放，外电路断开。总而言之，这是一个小巧的继电器。

原理图中开关DZ不是普通的开关，它是一个带有弹簧的开关，当人克服弹簧力把它合上以后，要用特殊的钩子扣住它才能够保证处于通的状态；否则一松手就又断了。

舌簧继电器的簧片电极接在“脱扣线圈”TQ电路里。脱扣线圈是个电磁铁的线圈，通过电流就产生吸引力，这个吸引力足以使上面说的钩子解脱，使得DZ立刻断开。因为DZ就串在用户总电线的火线上，所以脱了扣就断了电，触电的人就得救了。

不过，漏电保护器之所以可以保护人，首先它要“意识”到人触了电。那么漏电保护器是怎样知道人触电了呢？从图中可以看出，如果没有触电的话，电源来的两根线里的电流肯定在任何时刻都是一样大的，方向相反，因此CT的原边线圈里的磁通完全地消失（相互抵消），副边线圈没有输出。如果有人触电，相当于火线上有经过电阻，这样就能够连锁导致副边上有电流输出，这个输出就能够使得SH的触电吸合，从而使脱扣线圈得电，把钩子吸开，开关DZ断开，从而起到了保护的作用。

值得注意的是，一旦脱了扣，即使脱扣线圈TQ里的电流消失也不会自行把DZ重新接通。因为没人帮它合上是无法恢复供电的。触电者离开，经检查无隐患后想再用电，需把DZ合上使其重新扣住，便恢复了供电。

以上就是触电保护器的主要原理，但是就是有了触电保护器，也不能认为是万无一失了，用电依然应该注意安全。

1、由图可以看到，当电路工作正常时，由电流定理知道从网络一端流进和流出的电流为0，所以在漏电保护器右侧的电流总和应为0，即I1+I2+I3+IN=0；因此漏电保护器不会工作。注意，电流的实际方向依实际电路而定，在本例中，IN的方向与I1，I2，I3相反。

2、当设备外壳漏电并有人接触时，这时就会有一部分电流IK经过人体流入地下，从而使漏电保护器右侧的电流总和为不0，也就是说I1+I2+I3+IN≠0，当漏电电流达到漏电保护器的动作电流时，漏电保护器就会动作，从而关闭电源，从而达到漏电保护的目的。

注意以下两点

1、经过漏电保护器的中性线不得作为保护线，由上图可知，当产生漏电电流时，漏电电流IK1经设备外壳又流回了漏电保护器，这时漏电保护器右侧的电流总和仍为0，因此漏电保护器不会动作，因此达不到漏电保护的目的。

2、经过漏电保护器的工作零线不得重复接地，由上图可知，若重复接地，则由于大地会分走一部分电流，这样会使漏电保护器右侧的电流总和不为0，从而使漏电保护器关闭，因而会无法使用其他电器设备。

3、说明：本示例图只是为了讲解漏电保护器的工作原理，实际漏电保护器怎么连接，应根据系统使用的接零保护系统来决定。

2.3 继电器

继电器是一种电控制器件,可以给予规定输入量并保持足够长的时间,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化（连接或断开）。

当输入量降至一定程度并保持足够长的时间后，再恢复到初始状态（连接或断开）。

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入控制变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分） =》 比如用低压控制高压。

作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用： 

（1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。 

（2）放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。 

（3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。 

（4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

2.4 电磁阀（控制流程：电-》磁-》机械位置或运动）

电磁阀（Solenoid valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。

工作原理：

电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。

2.5 用于信号的开关量的输入

 

2.6 通讯模块

用于PLC与PLC之间，或者PLC与第三方设备的通讯。

 通讯模块主要体现在工业现场的各种总线、总线控制器、协议栈、软件控制等。

2.7 编码器

用于现场长度和速度的检测

2.7 步进控制系统

用于精度要求不高的定位控制。

步进控制系统的核心器件是步进电机。

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。

每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。

步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。

步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。

2.8 伺服控制系统

用于高精度要求的定位控制

伺服控制系统的核心器件是伺服电机

伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

2.9 变频器

变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求，用于控制交流电机的连续调速。

无级调速是指电动机在拖动工作机械过程调节速度时，使其转速可做均匀平滑变化。因而无级调速又叫连续调速。这种调速方法，适用于要求能连续改变转速的工作机械负载，如程序控制的自动机床等。且此种调速方法，适应性强，容易实现调速自动化，在工业设备装置上被广泛的采用。

优点：没有换档动作，方便，没有换档的顿挫感，传动效率高（比自动变速（85%左右）高很多（约95%），与手动变速接近），所以加速快，油耗低。

缺点：故障率相对较高，成本相对较高，不能用于高输出发动机。

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的转速的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

2.10 感应器（传感器）

用于外部感应信号的输入以及开关量的采集。

详细见下文....................

第3章 供电系统

3.1 交流电的零线与地线的区别

零线和地线的区别我们很多人是分不清楚的，因为地线和零线都是接地的，对地电压都为0伏。其实，地线和零线是两码事，两者是绝对不能混用的，即使是配电柜，零排和地排也不同，配电柜的地排直接与柜体相连，而零排与柜体之间是有绝缘子。

（1）相同点

• 地线和零线都是接地的
• 对地电压都为0伏。

（2）不同点

• 零线接地（又称为系统接地）：为形成电流回路的接地。
• 保护接地：防止机壳带电时对人造成伤害的接地。

零线又称中性线（N线），但中性线不一定是零线。

我国低压380/220V三相四线供电系统中，配电变压器的低压中性点都是直接接地的，此时的中性点就与大地等电位，即零电位，所以又称为零点，同样的，从中性点引出来的中性线就被称为零线。

所谓三相四线也是因为多了一根中性线，三根相线相当于三个电源，带有电压，我们经常称为火线。虽然系统是三相系统，但我们一般的家庭用电基本是单相用电，也就是说，只需要任意一根火线和一根零线，这里的零线其实是总零线的分支。单相回路中，用电设备正常工作时零线和火线一样会流过工作电流，而且不可或缺，零线断回路就断。用电器不能工作。

可以这么说，零线就是专门给单相设备提供回路。

地线（PE线），即保护地线，顾名思义，是专门为了保护而装设的接地线。

它可以直接连到零线，和零线共用一个接地，也可以单独做接地。

显然，有没有地线与用电设备能不能工作没有任何关系，因为地线是接在用电器的金属外壳上的，如电动机外壳、配电箱柜体等。用电器正常工作，地线也不会有电流流过，但如果用电器发生漏电，例电动机的绕组与金属外壳短接，由于外壳是导体，就会带有电压或电流：

• 若金属外壳没有接地线，那么人碰到外壳，就会在火线-电机绕组-电机外壳-人脚-大地-变压器接地点之间形成回路，造成人身触电。
• 有了保护地线，由于人的电阻比地线大得多，电流就会沿地线与大地流通，也就避免了人身触电，保证了人身安全。

总的来说就是，零线和地线的一端都接地，但零线与用电器连接，在正常工作时会流过电流，是工作电线；而地线与用电器金属外壳连接，在正常工作时没有电流，漏电时才可能有电流，是保护电线。

如果零线和地线接反会有危险吗？若零线和地线接反，显然，地线将流过电流，功率越大电流越大。

由于接地线有电阻的存在，若地线接地电阻稍大，将产生对地电压，这就导致所有连接地线的金属外壳带电（电压或电流）即使不是漏电，也会带有电压，非常非常的危险！

所以平时接线一定要区分清楚零线和地线。

• 零线接地（又称为系统接地）：为形成电流回路的接地，可以有一定的电阻，电阻会导致在电路中产生热能。接地不良会导致地线上带电。
• 保护接地：防止机壳带电时对人造成伤害的接地，最好不能有电阻，机壳与大地之间的就也容易形成电压。接地不良会导致地线上带电。

3.2 供电电源

供电电源把其他形式的能转换成电能的装置叫做供电电源。

发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能.

发电机和电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷导体里本来就有,要产生电流只需要加上电压即可,当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去,当电荷散尽时,也就荷尽流(压)消了.干电池等叫做供电电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做供电整流电源。

能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做供电电源。

1.普通供电电源电源

又可细分为：开关电源、逆变电源、稳压电源、通信电源、模块电源、移动电源、变频电源、UPS电源、EPS应急电源、净化电源、PC电源、整流电源、定制电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、网络电源、电力操作电源、适配器电源、线性电源、电源控制器/驱动器、功率电源、其他普通电源。

2.特种供电电源电源

又可细分为：安防电源、高压电源、医疗电源、军用电源、航空航天电源、激光电源、其他特种电源

3. 开关模式电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS）

又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电）或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

 开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯带，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

4. 激光电源

激光电源是高性能自动引燃恒流电源，分为连续激光电源与脉冲激光电源2种，

连续激光电源是一种高性能自动引燃恒流电源，

脉冲激光电源是专门为脉冲Nd:YAG激光器设计的电源。

第4章 工业自动化设备中常用的传感器

在工业自动化中，传感器起着至关重要的作用，以使产品智能化和超自动化。

传感器帮助人们检测，分析，测量和处理各种变化，例如在工业生产场所发生的位置，长度，高度，外部和错位的变化。

传感器是一种设备，可以识别电气或物理或其他数量的进度，并以确认产量进度的方式交付收益。简而言之，工业自动化传感器是输入设备，可提供有关特定物理量(输入)的输出(信号)。

传感器在预测和预防众多潜在过程中也起着举足轻重的作用，从而满足了许多工业传感应用的需求。

以下是自动化中使用的各种传感器：

4.1 压力传感器

压力传感器是一种可感知压力并将其转换为电信号的仪器，其数量取决于所施加的压力。

工业自动化中使用的主要压力传感器包括压力传感器和真空传感器。

压力传感器：压力传感器广泛用于工业和液压系统，这些高压工业自动化传感器也用于气候控制系统。

真空传感器：当真空压力低于大气压时，会使用真空传感器，并且很难通过机械方法进行检测。这些传感器通常取决于电阻与温度相关的加热丝。当真空压力增加时，对流下降，导线温度上升。电阻成比例增加，并在压力附近进行校准，以便对真空进行有效测量。

压力传感器的应用：用于在给定位置测量低于大气压的压力;用于气象仪器，飞机，车辆和其他已实现压力功能的机械;用于系统中以测量其他变量，例如流体/气体流量，速度，水位和高度。

4.2 温度传感器

温度传感器是一种从资源中收集有关温度的信息并将其更改为其他设备可以理解的形式的设备。它是传感器的常用类别，可以检测温度或热量，并且可以测量介质的温度。

自动化中使用的主要温度传感器包括数字温度传感器和温湿度传感器。

数字温度传感器：数字温度传感器是基于硅的温度感应IC，可通过数字表示所测量的温度来提供准确的输出。与涉及外部信号调理和模数转换器(ADC)的方法相比，这简化了控制系统的设计。

温湿度传感器：温湿度传感器将温度传感器和湿度传感器组合，再归因于测量的数字信号输出。通过利用该技术和温度以及有限的数字信号采集湿度感测技术，可确保高度一致性和出色的长期稳定性。

温度传感器的应用：连续测量空气，土壤或水中的温度;用于复杂工业应用中的测量;用于在恶劣的工作条件下进行测量。

4.3 MEMS传感器(微机电系统)

MEMS工业自动化传感器将测量的机械信号转换为电信号。

工业自动化中使用的重要传感器是加速度和运动MEMS.

加速度传感器：微机电系统(MEMS)加速度传感器是主要的惯性传感器之一。并且具有动态传感器能力，具有更大范围的传感能力。

运动传感器：微机电系统(MEMS)运动传感器使用在运动交互平台上设计的数据处理算法，该平台将众多低成本MEMS运动传感器与ZigBee无线技术集成在一起，可在与机器一起工作时进行个性化交互。传感器信号处理系统主要解决噪声消除，信号平滑，重力影响分区，坐标系变更和位置信息恢复等问题，广泛用于汽车工业的ABS技术。

MEMS传感器的应用：

MEMS传感器应用范围广泛，从工业，娱乐，体育到教育。例如，触发安全气囊展开或监视核反应堆。以及用于测量静态加速度(重力)，物体倾斜，飞机中的动态加速度，对汽车中物体的震动，还有手机，洗衣机或电脑的振动。还有用于检测运动等等。

4.4 扭矩传感器

扭矩传感器具有基本的机械挡块，可提高过载能力，并在安装和操作期间提供额外的保护。

工业自动化中使用的重要传感器包括旋转扭矩和扭矩传感器。

旋转扭矩传感器：旋转扭矩工业自动化传感器用于测量旋转扭矩的反作用力。这些扭矩计配有基本的机械挡块，可增加剩余容量，并在安装和操作期间提供额外的安全性。

扭矩传感器：扭矩传感器利用卓越的应变计技术，满足了传感器静态和动态应用中最具挑战性的需求。

扭矩传感器的应用：

用于测量旋转速度和维护必要性;用于测量质量和质量惯性矩;从准静态过程的角度来看要计算的扭矩量;用于测量最高旋转速度，振荡扭矩。

4.5 磁性开关

磁性开关是气缸用传感器的一个专用称呼，主要应用于检测气缸活塞位置。通常，都由气缸供应商根据客户使用情况配套提供。

顾名思义，磁性开关是通过电磁感应来检测目标物，所以，其检测精度相当低。

气缸用磁性开关，可用于设备提速，气缸运动完成，磁性开关感应到，马上进行下一步工作。一个气缸一般配备两个磁性开关，当然也有配一个磁性开关的情况，比如气缸的一个动作推一个物件而夹紧物件，对于这一气缸来讲，推出的是否到位置是重要的，推出的地方要有一个磁性开关，但是如果对于气缸退回时是否退到位不是很在意，只要气缸不是在推出的位置即可，则气缸只需要配备一个磁性开关。

另外一个需要特别关注的地方是气缸不一定就配置磁性开关来检测位置，如果气缸本体在比较狭窄的位置，设置磁性开关不易于调节，则需将感应点引出，由槽型开关来感应气缸的动作。

4.6 接近开关

接近开关也是依据电磁感应的原理设计制造的，所以，它只能应测金属目标物，并且不同的金属感应距离略有差距。目前常用的接近开关检测距离大约有如下几种：1mm、2mm、4mm、8mm、12mm等。

接近开关通常有两种：埋入型和非埋入型。所谓埋入型就是指接近开关的感应头不检测其圆周方向的金属目标，只检测其前方的金属目标，即传感器感应头可以不露出金属安装支架;所谓非埋入型就是指接近开关感应头既检测其前方的金属目标也同时会检测其圆周方向的金属目标，即传感器感应头必须露出金属安装支架一段距离且圆周方向一定范围内不得有金属目标物以免引起错误判断。

接近开关的检测精度较磁性开关高。接近开关通常用于判断产品有无、工装夹具是否到位等对位置精度要求相对较低的场合。

4.7 光电传感器

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。我们通常所说的光电开关大致有三种：一种是反射式光电传感器、一种是对射式光电传感器、一一种是使用反射板反射光朿的光电传感器。

其中后两种都是通过目标物遮光实现检测的，前一种是通过目标物反射光线来实现检测功能。所以，通常后两种检测距离更远、精度更高。由于光电传感器具有相当高的检测精度，所以，通常用于检测产品或者机械手等工件的精确位置以及步进、伺服系统的反馈装置中。

由于在自动化设计中使用最多的是U型光电，在此重点介绍。不同品牌的U型光皆有不同的安装形式在此不做具体讨论。如下图所示为某公司插件式U型光电，在选用这一种类的U型光电时需要特别注意的是尾部留出足够大的空间来供插件的插入，当然很多时候选用电器元件的时候，这一条均需注意。另外对于自制的短行程模组在设计时一定要考虑行程范围内是否够距离设置3个U型光电，如果距离不够可以在模组两侧均设计U型光电。

一般一条模组上面会配备3条U型光电，其中两个是模组两行程终点的极限限位光电，中间的一条为模组找原点的U型光电，下面主要说明两种找原点的方式：

(1)光电开关感应到感应片，电机继续运动在电机旋转一周内找到程序设置的一个原点作为模组的原点，这种方式定位精度高，主要影响精度的因素丝杆，电机本身，联轴器等，主要受模组本身的一些参数影响，定位精度高，能达到0.01mm;

(2)光电开关感应到感应片之后，电机开始刹车制动直到整个系统停下作为模组的原点，此方式的精度会受到温度，光照条件，光电开关响应速度等影响，定位精度较低，一般在0.05-0.1mm左右。

4.8 光纤传感器

光纤传感器也是一种应用光电信号转换的检测元件。光纤传感器一般需要光纤放大器配合使用，价格上来说稍微贵一点，但是就性质上来说，比之前提到的光电和接近传感器有本质的区别，它可以进行质的测量，怎么说呢?也就是说他可以定量的进行检测，如可以测量距离多少毫米。

相比较于光电开关而言，光纤传感器通常能检测更小的目标物、检测距离更远、精度更高。所以，光纤传感器通常应用于更为精准的检测场合和步进、伺服系统的定位反馈装置中。

光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再射出，其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。

光纤传感器设计时要考虑光纤头的防撞问题，一般设计保护光纤头的支架。另外不管是对射光电还是对射光纤受周围环境影响相对于普通反射光纤而言要小，在设计时需要重点考虑。

4.9 位移传感器

顾名思义，即是检测目标物位置变化的传感器。

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

4.10 光栅

光栅也是一种利用光电信号的传感器。光栅检测区域大，所以通常也称区域传感器。光栅通常最主要的应用领域是设备之间的互锁和安全作用，特別是应用于对人的保护上比较多，常用于冲压机械、剪切设备、金属切削设备、自动化装配线、自动化焊接线、机械传送搬运设备等。

4.11 激光检测仪

激光检测仪最主要的功能是精确地测量目标物的外形尺寸。

4.12 工业照相机

工业照相机在工程上也通常称为CCD(Charge-coupledDevice),它主要应用于检测目标物的外形和位置。随着目前CCD技术的提高，高分辨率的工业相机已经可以应用于精确测量领域。

4.13 编码器

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置府应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。编码器通常与步进电机或者伺服电机配使用构成闭环或者半闭环的控制系统。

4.14 微动开关

微动开关是一种接触式传感器，目前主要应用于设备之间的连接或者设备的安全防护门状态的检测。

4.15 智能传感器

最后一种传感器也可能是未来自动化工业中最重要的一种——智能传感器。

新一代高级智能传感器将成为工业自动化的心脏。“智能工厂”是指在数字化工厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务，清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计画编排与生产进度。智能工厂可实现的技术包括无线感测、控制系统网路化和工业通信无线化等称重传感器。

对某些产品质量指标(例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而融合智能技术的传感器将可以很好的解决上述问题。

目前，工业生产的确在大规模向自动化方向转变，但随着物联网及云平台应用的不断投放商用化，工业领域的自动化发展有向更高层次升级的趋势，即智能化生产。

参考：

电气自动化入门＋西门子PLC入门基础（新手必学）_哔哩哔哩_bilibili