1.3 接近开关

接近开关和PLC并无本质联系，但经常会用到，所以对其进行介绍。熟悉相关内容的读者可以跳过。

接近式位置开关是与（机器的）运动部件无机械接触而能操作的位置开关。当运动的物体靠近开关到一定位置时，其会发出信号，从而达到行程控制及计数自动控制的目的。也就是说，它是一种非接触式无触点的位置开关，是一种开关型的传感器，简称接近开关（proximity sensor），又称接近传感器，实物如图1-10所示。接近开关有行程开关、微动开关的特性，又有传感性能，而且动作可靠、性能稳定、频率响应快、使用寿命长、抗干扰能力强等优点。它由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。常见的接近开关有LJ、CJ和SJ等系列产品。接近开关的图形文字符号如图1-11所示。图中这个符号表明该接近开关为电容式接近开关。

1.3.1 接近开关的功能

当运动部件与接近开关的感应头接近时，就会使其输出一个电信号。接近开关在电路中的作用与行程开关相同，都是位置开关，起限位作用，但两者的有区别在于：行程开关有触头，是接触式的位置开关；而接近开关是无触头的，是非接触式的位置开关。

1.3.2 接近开关的分类和工作原理

按照工作原理区分，接近开关分为电感式、电容式、磁感式和光电式等形式。另外，根据应用电路电流的类型分为交流型和直流型。

1）电感式接近开关的感应头是具有铁氧体铁心的电感线圈，只能用于检测金属，在工业中应用非常广泛。振荡器在感应头表面会产生一个交变磁场，当金属快接近感应头时，金属中产生的涡流吸收了振荡的能量，使振荡减弱以至停振。这样产生的振荡和停振两种信号，经整形放大器转换成二进制的开关信号，从而实现“开”“关”的控制功能。通常把接近开关刚好动作时感应头与检测物体之间的距离称为动作距离。

2）电容式接近开关的感应头是一个圆形平板电极，与振荡电路的地形成一个分布电容。当有导体或其他介质接近感应头时，电容量增大而使振荡器停振，经整形放大器输出电信号。电容式接近开关既能检测金属，又能检测非金属及液体。但电容式传感器体积较大，且价格较贵。

3）磁感式接近开关主要是指霍尔接近开关。霍尔接近开关的工作原理是霍尔效应。当带磁性的物体靠近霍尔开关时，霍尔接近开关的状态翻转（如由“ON”变为“OFF”）。有些资料上将干簧继电器也归类为磁感式接近开关。

4）光电式传感器是根据投光器发出的光，在检测体上发生光量增减，用光电耦合器件组成的受光器检测物体有无、大小的非接触式控制器件。光电式传感器的种类很多，按照其输出信号的形式，可以分为模拟式、数字式、开关量输出式。

利用光电效应制成的传感器称为光电式传感器。光电式传感器的种类很多，其中，输出形式为开关量的传感器称为光电式接近开关。

光电式接近开关主要由投光器和受光器组成。投光器用于发射红外光或可见光。受光器用于接收投光器发射的光，并将光信号转换成电信号，以开关量形式输出。按照受光器接收光的方式不同，光电式接近开关可以分为对射式、反射式和漫射式三种。投光器和受光器有一体式和分体式两种形式。

5）特殊种类的接近开关，如光纤接近开关和气动接近开关。光纤接近开关在工业上使用越来越多，非常适合用于狭小的空间、恶劣的工作环境（高温、潮湿和干扰大），以及易爆环境、精度要求高等情况。光纤接近开关的缺点是价格较高。

1.3.3 接近开关的选型

1）类型的选择。检测金属时优先选用电感式接近开关，检测非金属时选用电容式接近开关，检测磁信号时选用磁感式接近开关。

2）外观的选择。根据实际情况选用，但圆柱螺纹形状的最为常见。

3）检测距离（sensing range）的选择。根据需要选用，但要注意同一接近开关的检测距离并非恒定，接近开关的检测距离与被检测物体的材料、尺寸及物体的移动方向有关。常用的金属材料不影响电容式接近开关的检测距离。

1.3.4 接近开关的应用注意事项

在直流电路中使用的接近开关有二线式（2根导线）、三线式（3根导线）和四线式（4根导线）等多种，二线式、三线式、四线式接近开关都有NPN型和PNP型两种。通常日本和美国公司的产品多为NPN型接近开关，欧洲公司的多为PNP型接近开关，而我国则两者都有应用。NPN型和PNP型接近开关的接线方法不同，正确使用接近开关的关键就是正确接线。

接近开关的导线有多种颜色，一般情况下，BN表示棕色的导线，BU表示蓝色的导线，BK表示黑色的导线，WH表示白色的导线，GR表示灰色的导线。根据国家标准，接近开关的导线颜色定义见表1-2。对于二线式NPN型接近开关，棕色导线与负载相连，蓝色导线与零电位点相连；对于二线式PNP型接近开关，棕色导线与高电位相连，负载一端与接近开关的蓝色导线相连，负载的另一端与零电位点相连。图1-12和图1-13所示分别为二线式NPN型接近开关接线图和二线式PNP型接近开关接线图。

表1-2所示的“NO”表示常开，“NC”表示常闭。

对于三线式NPN型接近开关，棕色导线与负载一端相连，同时与电源正极相连；黑色的导线是信号线，与负载的另一端相连；蓝色导线与电源负极相连。对于三线式PNP型接近开关，棕色导线与电源正极相连；黑色导线是信号线，与负载的一端相连，蓝色导线与负载的另一端及电源负极相连，如图1-14和图1-15所示。

四线式接近开关的接线方法与三线式接近开关类似，只不过四线式接近开关多了一对触头而已，这里不再赘述。

PNP型接近开关是正极开关，也就是信号从接近开关流向负载；而NPN型接近开关是负极开关，也就是信号从负载流向接近开关

【例1-1】在图1-16中，有一只NPN型接近开关与指示灯相连，当一个铁块靠近接近开关时，电路中的电流会怎样变化？

【解】指示灯就是负载，当铁块到达接近开关的感应区时，电路突然接通，指示灯由暗变亮，电流从很小变化到100%的幅度，电流变化曲线如图1-17所示（理想状况）。