【非标自动化】2、认识元器件（行程开关）

行程开关行程开关是一种由机械运动触发的开关元件。它不是由操作人员主动按下而是由设备上的运动部件例如气缸、滑台、挡块、凸轮、升降机构或门板运动到某个位置后碰压行程开关使内部触点发生变化。可以把它理解为行程开关就是由机械位置触发的按钮。按钮通常由人按行程开关通常由机器上的运动部件按。一、行程开关在设备中的作用行程开关主要用于检测机械部件是否到达指定位置。常见用途包括气缸伸出到位气缸缩回到位滑台前进到位滑台后退到位升降机构上限位升降机构下限位设备门关闭检测工装夹具夹紧到位机械手原点检测电机运动极限保护输送机构挡料位置检测凸轮旋转位置检测例如一个气缸推动滑块向前运动PLC输出控制电磁阀 ↓ 气缸伸出 ↓ 滑块碰到前端行程开关 ↓ 行程开关触点动作 ↓ PLC输入收到“前进到位”信号因此行程开关在自动化设备中主要承担两类功能位置反馈极限保护二、位置反馈和极限保护的区别1. 位置反馈位置反馈是告诉PLC机械部件已经到达某个位置例如气缸伸出到位滑台退回原点门已经关闭夹具已经压紧PLC收到信号后再执行下一步动作。例如气缸伸出 ↓ 前端行程开关动作 ↓ PLC确认伸出到位 ↓ 开始下一个工序2. 极限保护极限保护用于防止机械机构继续运动避免撞击或损坏。例如升降机构有上限位开关下限位开关当机构运动到最上端时上限位开关动作系统禁止继续上升。上限位未动作 允许上升 上限位已动作 禁止继续上升 但仍允许下降需要注意普通行程开关接入PLC只能提供普通控制限位。对于可能造成人员伤害的安全限位通常还需要安全限位开关、安全继电器或安全PLC。三、行程开关的输入与输出1. 输入行程开关的输入是机械动作例如撞块推动滚轮门板压下触头凸轮推动摆杆滑台压下柱塞机构拉动拉杆本质上是机械位移或机械力。2. 输出普通行程开关的输出是触点通断变化。常见触点包括常开触点 NO常闭触点 NC一组常开加一组常闭多组转换触点例如一个带1NO1NC触点的行程开关未被机械部件碰压 NO触点断开 NC触点闭合 被机械部件碰压后 NO触点闭合 NC触点断开因此普通行程开关本质上也是一种干接点开关。四、行程开关的常开和常闭触点1. 常开触点未触发行程开关时触点断开 PLC输入为0机械部件到位压下行程开关触点闭合 PLC输入为1典型接线24V ── 行程开关NO触点 ── PLC输入X0 0V ─────────────────── PLC输入COM这种接法适合普通位置检测。2. 常闭触点未触发行程开关时触点闭合 PLC输入为1机械部件到位压下行程开关触点断开 PLC输入为0常闭触点常用于极限保护断线检测安全相关的停止条件线路异常检测因为使用常闭触点时以下情况都会导致PLC输入信号消失机构触发行程开关电线断开端子松动24V控制电源丢失触点损坏因此从故障安全角度看极限位置通常更适合使用常闭触点。五、行程开关与PLC的连接方式普通机械行程开关不分PNP和NPN它只是无源触点。接线方式取决于PLC输入模块的公共端。1. PLC输入公共端COM接0V此时通常使用24V经过行程开关送入PLC输入。24V ── 行程开关 ── X0 0V ────────────── COM行程开关动作后X0得到24VPLC输入导通。2. PLC输入公共端COM接24V此时通常使用行程开关把PLC输入接到0V。0V ── 行程开关 ── X0 24V ─────────── COM行程开关动作后X0被拉到0VPLC输入导通。六、行程开关是否分PNP和NPN普通机械式行程开关一般不分PNP和NPN。因为它的输出只有接通 或 断开它不会像接近传感器一样主动输出高电平或低电平。PNP和NPN主要用于晶体管输出型传感器例如接近开关光电传感器磁性开关编码器电子式限位开关不过某些电子式行程传感器、无触点限位传感器可能会分PNP输出NPN输出2线制3线制4线制所以不能只看产品名称还需要确认它到底是机械触点型还是电子输出型。七、行程开关的输出类型普通行程开关常见输出形式如下。1. 1NO只有一组常开触点。适合普通到位检测。2. 1NC只有一组常闭触点。适合极限保护或异常检测。3. 1NO1NC一组常开一组常闭。这是很常见的配置。一组可以接PLC输入另一组可以接控制回路。例如NO触点 → PLC位置监控 NC触点 → 接触器停止回路4. 转换触点有些行程开关使用COM、NO、NC三个端子。COM公共端 NO常开端 NC常闭端未触发时COM与NC导通 COM与NO断开触发后COM与NC断开 COM与NO导通这种结构类似单刀双掷开关。八、行程开关的机械结构类型行程开关型号很多主要区别往往不在电气触点而在机械触发结构。1. 柱塞式顶部有一个可以被压下的柱塞。适合直线压下行程准确位置比较固定安装空间较小特点动作位置比较精确允许的撞击方向比较单一安装偏差不能太大如果机械撞块没有正对柱塞可能会压偏或损坏开关。2. 滚轮柱塞式柱塞顶部增加滚轮。机械部件经过时滚轮可以滚动减少摩擦。适合滑台经过凸轮压动移动机构触发横向擦过式动作相比普通柱塞式滚轮柱塞式对横向运动更友好。3. 滚轮摆杆式带一根摆杆摆杆端部有滚轮。机械撞块推动滚轮后摆杆发生旋转内部触点动作。适合运动位置偏差较大需要较长触发范围滑台、升降机、输送机构凸轮机构优点触发范围大安装容错较高调整比较方便缺点占用空间较大摆杆可能被撞弯不适合高速硬撞4. 可调滚轮摆杆式摆杆长度或滚轮方向可以调节。适合需要现场调整触发位置的设备。例如通过调节摆杆长度 改变机械机构触发行程开关的位置5. 弹簧杆式顶部是一根具有弹性的钢丝杆或弹簧杆。机械部件从多个方向碰到它都可以触发。适合运动方向不固定机械位置误差较大输送物料检测不规则物体检测优点是触发方向灵活。缺点是位置精度相对较低。6. 万向式可以从多个方向触发。常用于输送线门板检测机械运动方向不确定的场合防撞检测7. 拉绳式通过拉动钢丝绳或拉杆触发开关。常见于输送带拉绳急停长距离设备停止生产线沿线保护拉绳开关一般不只是普通位置检测还可能属于安全控制元件。九、行程开关的动作过程机械式行程开关并不是一碰到就立即稳定动作它通常有几个机械位置参数。1. 自由位置行程开关没有受到外力时的位置。2. 动作位置机械部件移动到某个位置后触点刚刚发生切换。3. 超行程触点已经动作后机械部件仍允许继续压下一小段距离。超行程非常重要。如果机械机构刚刚碰到开关就停止可能因为震动或误差导致触点不稳定。通常应让撞块在开关动作后再继续压入一定距离但不能超过允许范围。4. 复位位置机械部件离开后行程开关触点恢复到初始状态的位置。5. 差动行程动作位置和复位位置之间的距离差。例如压下到5mm时动作 回退到3mm时复位中间2mm就是动作与复位之间的差动范围。这个差动可以防止触点在临界位置反复跳动。十、行程开关的电压和电流普通行程开关触点会标注允许的工作电压和电流例如AC 250V 5A DC 30V 3A但这不代表任何负载都可以直接按照这个电流使用。需要区分电阻负载感性负载灯负载电机负载直流负载交流负载在非标自动化中行程开关最常见的使用方式是接PLC输入DC 24V 几毫安输入电流这种情况下触点负载通常很小。如果行程开关直接控制接触器线圈中间继电器线圈电磁阀小型制动器则需要特别确认触点的直流感性负载能力。对于直流线圈还应考虑加装续流二极管RC吸收器压敏电阻避免断开线圈时产生高压损坏行程开关触点。十一、行程开关的重要选型参数1. 触发方式需要根据机械运动方向选择柱塞式滚轮柱塞式摆杆式弹簧杆式万向式拉绳式2. 触点组合常见选择1NO1NC1NO1NC2NO2NC多组转换触点3. 触点容量需要确认额定电压额定电流交流还是直流电阻负载还是感性负载最小适用负载4. 动作力不同开关需要的按压力不同。如果机械机构力量太小可能压不动开关。如果开关动作力太大则可能影响气缸运动使薄弱机构变形加剧撞击降低检测重复精度5. 动作行程需要确认预行程动作行程超行程总行程复位行程机械撞块必须能够稳定触发开关同时不能压得过深。6. 重复定位精度如果行程开关用于精确定位需要关注重复动作误差。机械行程开关通常适合到位确认粗略位置检测极限保护如果需要非常高的位置精度通常会使用光电传感器接近传感器编码器光栅尺伺服反馈7. 动作频率高速往复机构需要关注允许动作频率。普通机械行程开关内部有弹簧和触点频繁动作会磨损。对于高频检测通常更适合使用无触点传感器。8. 机械寿命和电气寿命机械寿命是指不带电或小负载下的操作次数。电气寿命是指带规定负载时的动作次数。例如机械寿命1000万次 电气寿命50万次实际寿命还会受到以下因素影响撞击速度压入深度负载类型现场粉尘油污安装偏差操作频率9. 防护等级现场可能存在粉尘水油冷却液金属屑清洗液因此需要确认IP54IP65IP66IP67湿度大、油污多或需要清洗的设备应选择密封型行程开关。10. 外壳材质常见有塑料外壳金属外壳铝合金外壳不锈钢外壳金属外壳通常机械强度更高但需要注意接地和腐蚀问题。11. 电缆入口需要确认螺纹规格M16、M20等PG接口自带电缆还是接线端子出线方向是否需要防水接头十二、行程开关的正常状态行程开关的正常状态必须结合机械位置和触点类型判断。例如气缸缩回到位开关气缸未缩回到位开关没有被压下 NO触点断开 PLC输入0气缸缩回到位开关被压下 NO触点闭合 PLC输入1如果使用NC触点则逻辑相反。因此在图纸和PLC程序中不能只写“行程开关正常”而要明确机械是否到位 开关是否被压下 使用的是NO还是NC PLC输入正常值是多少十三、常见故障现象1. 机械到位但PLC没有信号可能原因撞块没有压到行程开关开关安装位置偏移压入行程不足滚轮或摆杆弯曲触点损坏电线断开接线端子松动PLC输入COM接错PLC输入点损坏接错了NO或NC端子2. 机械未到位PLC一直有信号可能原因行程开关一直被压住机械机构卡住使用了NC触点但程序按NO理解线路与24V短路触点粘连摆杆没有复位弹簧失效3. 信号时有时无可能原因撞块压入深度不足机构振动开关安装松动触点接触不良摆杆或滚轮磨损机械位置重复精度差电缆接触不良触点抖动开关处于临界动作位置4. 行程开关经常被撞坏可能原因撞击速度过快撞块直接硬撞外壳开关安装方向错误没有预留超行程压入过深机械机构没有硬限位让行程开关承担了机械停止功能选用了柱塞式但实际存在横向撞击摆杆长度或角度不合适行程开关主要用于检测位置不应承担吸收全部机械冲击的作用。机械机构通常还应设置机械挡块缓冲器减速区气缸缓冲电机减速控制十四、使用万用表检查行程开关1. 断电测通断将万用表调到蜂鸣档或电阻档。测量NO触点未压下不导通压下导通 蜂鸣器响测量NC触点未压下导通 蜂鸣器响压下断开如果压下时触点没有切换可能是开关损坏压入行程不足测错端子内部机构卡死2. 带电测电压假设接法是24V → 行程开关 → PLC输入先测开关输入端对0V应约为24V再测开关输出端未动作时NO输出端通常没有24V动作后NO输出端应约为24V如果输入端有24V动作后输出端没有24V则问题通常在行程开关或开关接线。如果输出端已有24V但PLC输入灯不亮则检查PLC输入端子PLC COM端子排中间电缆PLC输入模块十五、通过PLC定位故障排查顺序可以按照信号路径进行机械运动 ↓ 撞块是否碰到开关 ↓ 行程开关是否发生机械动作 ↓ 触点是否切换 ↓ 开关输出端是否有电压变化 ↓ 端子排是否有信号 ↓ PLC输入灯是否变化 ↓ PLC程序监控值是否变化 ↓ 程序是否正确使用该信号例如气缸已经伸出但程序一直显示“伸出不到位”观察气缸是否真的到达机械终点。检查撞块是否压到行程开关。手动压下行程开关观察PLC输入灯。如果手动压下后PLC输入变化说明开关和线路基本正常问题可能是安装位置。如果手动压下后PLC输入不变化继续测量触点和电压。如果PLC输入已经变化但程序状态不变检查输入地址和程序逻辑。十六、安装位置和机械结构要求1. 不能用行程开关直接挡住机构错误安装运动机构直接撞击行程开关 并依靠行程开关阻止继续运动这种方式容易损坏开关。正确做法是机械挡块承担停止和受力 行程开关只负责提前检测到位2. 必须预留超行程机构触发开关后通常还需要有少量继续运动空间。但不能超过开关允许的最大行程。压得太浅会导致信号不稳定压得太深会损坏开关。3. 撞块形状要合理撞块应避免尖锐边缘直接撞击滚轮或摆杆。通常应采用斜面圆弧面平滑过渡面可调螺栓可调挡块这样可以减少冲击。4. 运动方向要匹配柱塞式适合正向压下。滚轮摆杆式适合侧向推动。如果用横向运动去摩擦柱塞容易造成柱塞偏磨卡死外壳损坏动作位置不稳定5. 开关应方便调整和维护安装位置应便于调节拆卸测量更换接线观察动作状态不宜安装在完全无法接近的位置。6. 电缆应固定行程开关附近常有运动和振动电缆应使用线槽或软管保护做好应力释放避免被机械夹住避免与运动部件摩擦使用防水接头预留合理长度十七、行程开关与接近开关的区别对比项行程开关接近开关检测方式机械接触非接触检测输出形式通常是干接点通常是PNP或NPN是否磨损有机械磨损基本无机械磨损检测距离必须碰到有一定感应距离抗冲击容易被撞坏不直接承受撞击检测材料与结构有关通常不限感应式主要检测金属动作频率较低较高接线复杂度简单通常需要供电位置精度一般通常较稳定成本通常较低通常较高行程开关适合低速机构明确机械到位环境复杂成本要求低需要机械强制动作接近开关适合高频动作不希望机械接触高速运动长寿命要求检测金属部件十八、为什么行程开关型号很多行程开关型号多主要是因为机械安装环境差异非常大。主要差异包括柱塞式、滚轮式、摆杆式、弹簧杆式触发方向不同摆杆长度不同滚轮直径不同动作力不同动作行程不同触点数量不同NO、NC组合不同触点容量不同外壳材质不同防护等级不同安装孔位不同电缆入口不同是否带预制电缆是否耐油是否耐高温是否防爆是否适合高频动作是否具有强制断开结构是否属于安全限位开关因此选型不能只写“买一个行程开关”而应明确到类似金属外壳 滚轮摆杆式 1NO1NC DC 24V PLC输入使用 IP67 摆杆可调 M20电缆接口 机械寿命1000万次十九、行程开关的核心理解可以用一句话概括行程开关把机械位置变化转换成电气触点变化PLC通过这个信号判断机构是否到位或是否到达极限位置。完整的信号链路是机械部件运动 ↓ 撞块触发行程开关 ↓ 内部NO/NC触点切换 ↓ PLC输入状态变化 ↓ PLC程序判断到位或限位 ↓ 停止当前动作或执行下一步行程开关虽然结构简单但实际使用中最容易出问题的往往不是电气接线而是安装位置不正确压入行程不足压入过深撞击速度过快触发方向错误机械重复精度不稳定让开关承担了机械挡块的作用因此行程开关既是电气元件也必须结合机械结构一起设计。