以支持为中心的企业控件:用于汽车自动化的对象检测

物体检测是应用于传感器在制造过程中识别独特位置的物体的通用名称。感知对象和触发应用程序的能力是控件设计中最容易被忽视的基础。对于控制应用程序，检测移动对象是设置和重置应用程序信号不可或缺的部分。对于上层系统设计，检测对象的能力对于触发基于plc的系统应用程序至关重要。无论如何，许多设计人员没有考虑到各种形式的对象检测对控制应用程序的显著影响。如果不能认识到这个看似无关紧要的基本原理的重要性，他们就无法掌握标准化控制应用电路所需的单个线程。

对象检测是触发和同步所有基于控制器的应用程序的主要设计重点。它涉及战略性地提供、布线和编程基于事件的传感器电路，以确保其激活设置和重置应用程序变量。触发器生成的信号负责移动数据和激活基于事件的应用程序。传感器的物理位置和机械执行器的机械特性影响触发器的设计。为了更好地理解这些属性，设计人员必须研究物体检测的两种基本形式，以及机械执行器如何激活传感器以启用触发电路。下面的定义有助于描述两种常见的对象检测形式:

• 存在检测:一种触发电路设计，它使用一个或多个传感器在一个位置检测物体的存在。
• 运动检测:一种触发电路设计，它使用多个离散传感器或一个编码器在两个位置检测物体的存在和不存在。

无论设计人员选择何种形式的对象检测，所有设计都需要物理对象以确定的方式激活传感器。所有的控制系统设计都已经适应了作为机器机械设计一部分的传感器的类型和排列。传感器的预先布置决定了物体需要如何驱动它们。所选择的传感器总是与机械执行器的物理特性相匹配。

4 .目标检测功能

传感器常用的检测对象功能名称如下:

1. 传感器部分介绍:探测装置:有策略地放置以探测物体存在的传感装置
2. 进入传感器:一种用于检测进入加工站的物体的感应装置。
3. 位置传感器:一种有策略地放置的传感装置，用来探测一个物体到达加工站的情况。
4. 退出传感器:一种有策略地放置的传感装置，用来探测离开加工站的物体。

设计人员必须认识到用于启用对象检测触发器的各种电路。存在检测电路在所有电路传感器激活后生成应用程序触发器。启用触发器表示对象的静态存在，而禁用触发器表示对象的不存在。当传感器识别出一个物体通过一个站点时，一个运动检测电路可以使两个瞬间触发。这种电路设计使物体在一站停止时能发出信号。当信号打开时，它表示物体在两个传感器位置上或之间的存在。当信号熄灭时，它表示该物体已经消失。

5个区别:存在，运动

存在五个不同的设计属性可以将存在检测与移动检测区分开来。

1. 电路产生的触发器总数。
2. 启动单个触发器所需的最小电路传感器数量。
3. 机械执行器相对于物体长度的长度。
4. 传感器开启到关闭信号激活序列。
5. 影响电路信号保持或不保持性质的电路设计的复杂性。

为了进行详细的比较，使用两个传感器检查两种形式的目标检测电路是有用的。

当机械执行器激活传感器时，物体检测电路设计产生应用触发器。可靠的运动检测设计依赖于更短长度的执行器，从而确保更短的传感器激活时间。存在检测设计依赖于长执行器，从而确保延长传感器激活时间。这两种类型的物体检测电路都需要传感器在每个物体之间失效。当到达的物体靠近或碰撞时，这是一个重要的设计考虑因素。

简单地说，存在检测在一个物理位置上感知物体，而运动检测在两个位置上感知物体。在理解运动检测的系统相关好处时，这种差异很重要。这包括与传感器布局、机械传感器执行器、传感器激活时间、触发电路和触发器可靠性相关的设计细节。向设计人员提供这些信息将使应用程序获得运动检测触发器的有益效果。

存在检测

存在检测电路通常使用一个以上的传感器来识别物体的存在，因为它们进入或停止在车站。大多数设计需要两个传感器，当物体进入时，初始传感器激活，然后当物体停止时，另一个传感器激活。第二个传感器作为一个滤波器，因为它消除了第一个传感器的间歇振荡效应。这种振荡效应是控制应用程序不使用存在检测来激活基于事件的控制应用程序的主要原因。

图1.1显示了存在检测的部件和载体驱动形式的传感器和执行器布置。部分驱动形式使用部件来激活两个传感器，而载体版本使用连接到载体上的长机械驱动器来激活和维护两个传感器。一些设计依赖于两个载波驱动器。许多制造商不允许传感器与产品发生物理接触。载波驱动是存在检测的一种方法。

图1.2显示了部件呈现传感器和两个检测载波执行器的物体传感器之间的物理关系。由于到达站的物体是载体，存在检测电路包括部分存在传感器的使能状态。该信号的禁用状态阻止电路启用正常部件在位触发器，并交替激活空载波触发器。两个触发器中的一个总是在两个对象传感器激活时触发。

当物体靠近移动时，存在感检测电路依赖于两个物理物体相关的维度。首先，物体执行器的长度必须大于两个传感器之间的距离。机械设计的这一维度保证了执行器同时激活两个传感器。其次，两个连续的载波执行器之间的距离必须大于物体的执行器的长度。这个维度方面确保两个传感器在物体之间同时关闭。去激活可以保证两个传感器在下一个物体进入空间站时分别重新激活。图1.3显示了关键执行器和传感器间距尺寸。

• L > S + C:传感器执行器最小长度(L)必须大于两个传感器之间的间隔距离(S)加上海岸距离常数(C)。海岸常数是传感器和控制电源故障时，机械运动停止前执行器移动的距离。这将确保一个应用控制器总是会看到两个传感器在电源恢复后。
• A > S + F:传感器执行器之间的距离(A)必须大于两个传感器之间的间距(S) +传感器的场宽(F)。

图1.4显示了两个存在检测传感器对进入和退出一个站点的两个连续对象激活的时序图。当物体进入站，他们依次激活和关闭两个传感器。随后的数字序列描述了时序图中显示的已编号的步骤。

1. 物体进入传感器:第一个传感器激活，表示一个物体正在进入该站，而第二个物体位置传感器保持不激活。
2. 物体位置传感器开启:第二个传感器激活，表示一个物体在站点上的位置，而进入传感器的第一个物体保持激活。
3. 物体进入传感器关闭:进入传感器的第一个物体失效，表示一个物体正在退出站，而第二个传感器仍处于激活状态。
4. 物体定位传感器关闭:第二个传感器停用，表示一个对象已经退出站，而第一个进入传感器的对象仍然停用。

图1.5显示了控制系统设计人员如何使用硬编码电路触发器来支持基于事件的机器控制器应用程序。该设计使用标准方法将传感器触点单独连接到机器控制器的输入模块。然后输入模块分别向机器控制器的控制应用程序发送离散信号。控制系统设计者使用阶梯逻辑电路来检查来自每个传感器的输入信号。当硬编码电路识别到两个输入都打开时，它启用一个离散的触发信号。

图1.6显示了存在检测传感器和产生的原位触发器的电路的时序图。具体来说，信号定时显示当物体通过一个站时，触发器如何保持激活状态。这种延长的时间使得存在检测触发非常适合于无法快速识别和响应快速变化的传感器输入的控制器。如果传感器输入没有停留足够长的时间来激活控制器应用程序，设计人员将计时器与触发电路集成在一起，以确保触发器在预定的最短时间内保持工作状态。

存在检测电路的使用是控制系统具有许多不良设计特征的原因。设计师通常将这些特征称为特质或异常。在大多数情况下，不理想的系统特性直接来自使用存在检测电路的设计，并且相关的设计需要添加冗余传感器。存在检测电路不可靠，因为它们更有可能产生不必要的额外触发器。或者，它们可能无法激活，导致丢失触发器。这些类型的事件会对控制系统应用程序产生诱导效应，并以许多有问题的方式表现出来。

当电源故障发生时，或当物体过早停止在定位传感器附近时，存在检测电路会激活，产生不必要的触发器。当电源恢复重新激活电路触发器时，电源故障会引起额外的触发器。在传感器激活点附近过早停止的物体会使触发电路容易受到物理振动或温度条件的影响，从而导致传感器错误地振荡输入信号。当相关电路对振荡的传感器输入信号作出反应时，就会发生假触发。

错误的传感器激活和增加的冗余传感器是存在检测触发失火的最大原因。假激活导致设计人员添加时间延迟电路滤波器，以确保传感器保持关闭状态，然后在允许输入信号重新启用电路触发器之前继续工作一段预定的时间。这些延时触发电路容易受到移动物体之间物理间隔延迟的影响。如果物体到达的距离太近，或者去激活延迟时间太长，电路就无法启动触发器。添加的冗余传感器失效或激活是大多数错过触发器的原因。

运动检测

运动检测电路使用两个传感器，在两个独特的位置依次识别物体的存在和不存在。对于自动化站，位置通常是就位和退出。运动检测电路总是在两个瞬时驱动位置上使用至少两个传感器。

图2.1显示了该部件的传感器和执行器布置以及运动检测的载体驱动形式。部分驱动形式使用小部件突出来激活两个传感器，而载体驱动形式使用连接到载体上的短驱动器来切换每个传感器的开关。为了进行比较，下面描述了载波驱动的运动检测形式。

图2.2所示为部分呈现传感器和两个物体传感器的物理布置。在本例中，当载体的机械致动器激活空间站的物体就位或物体脱离传感器时，空载体触发器就会触发。由于所识别的物体是载体，因此运动检测电路可以包括所述传感器。该传感器信号的缺失阻止电路启用正常位置触发器，并交替激活空载波触发器。基于所述传感器部件的位置，电路设计可使空载波触发器位于两个位置。

控件应用程序总是使用某种形式的移动检测来生成事件触发器。关于控制系统触发器的下一篇文章将介绍各种形式的运动检测以及许多电气、机械和逻辑设计的差异。最坏的电路设计场景发生在物体靠近或碰撞时。对于这种情况，所有运动检测电路必须依赖于传感器之间的距离大于执行器的长度。图2.3显示了这些关键执行器长度和传感器间距尺寸。

• L > C:传感器执行器长度(L)必须大于传感器控制电源故障和机械运动停止前物体将滑行的距离(C)。这将确保机器控制器应用程序在电源故障前或电源恢复后始终看到传感器处于打开状态。
• S > L:两个传感器之间的间距S必须大于传感器执行器长度L。
• A > S + F:传感器执行器之间的距离A必须大于两个传感器之间的间距S +一个传感器的磁场宽度F。

图2.4显示了由两个连续物体进入和离开一个站激活的两个运动检测传感器的时序图。当两个物体进入自动化站时，它们依次激活和禁用两个传感器。随后的数字序列描述了时序图中显示的已编号的步骤。

1.物体位置传感器开启:第一个传感器激活，表示一个物体正在到达一个站的位置，而第二个物体离开传感器保持不激活。

2.物体定位传感器关闭:第一个传感器停用，表示一个对象的到达或开始离开，而第二个对象退出传感器保持停用。

3.物体退出传感器:第二个传感器激活，表示一个物体正在离开工作站，而第一个传感器处于关闭状态。

4.物体退出传感器关闭:第二个传感器失效，表示一个物体已经离开了站，而第一个传感器仍然处于失效状态。

运动检测触发特性对于基于事件的应用程序很重要，而存在检测或感知对象的静止存在是基于状态的应用程序不可或缺的部分。因此，由于多种原因，控制系统设计者使用机器控制器电路来触发基于事件的应用程序。他们的电路只包括运动检测传感器来控制行为机器。此外，机器控制器应用环境自动支持运动检测电路的设计特征。机器控制器具有检测和处理快速变化的传感器输入信号的固有能力。机器控制器还具有设置和保留信号状态的能力，当控制器被关闭或遇到意外的电源中断时，这些信号状态可以记住物体的存在。

图2.5显示了设计人员如何为机器控制器的基于事件的应用程序编程两个运动检测电路。设计人员明白，在扫描整个机器控制器程序时，每个触发器将保持打开状态。一次程序扫描足够每个驻留在控制器上的应用程序检查触发器并对其作出反应。该图还显示了硬编码电路如何产生简单的应用程序触发器。其基本思想是等待每个传感器在两个独特的位置产生应用程序触发器。

图2.6所示为运动检测传感器的信号定时图，相关电路产生就位和退出触发器。运动检测电路的使用是大多数系统设计很少或没有操作特性和不想要的异常的原因。这是由于两步双触发序列的可靠性。术语“可靠”在这里指的是触发电路产生较少的不必要的额外触发器或不会激活导致错过的触发器。

运动检测电路不容易受到电源故障的影响。这是因为任何一个传感器的电源重新切换不会引起额外的触发器。应用的运动检测电路只会在两个传感器按所述两步顺序切换时产生不必要的触发器。由于大多数设计都是控制应用程序的组成部分，当被感知的对象按照规定的顺序来回移动时，设计会创建额外的触发器。

运动检测电路也不太容易发生故障和产生错过的触发器。这是因为集成设计不会释放部件，如果传感器未能在机器的正常周期内切换。控制应用程序通过验证传感器输入信号在机器循环时正确地打开和/或关闭来检测传感器故障。触发失败的唯一方式是当电源中断时，移动的物体通过传感器的失活场。由于传感器对正常序列至关重要，机械设计人员通过提供断电安全制动器和长传感器执行器来最大限度地减少这类问题。逻辑和物理设计属性都是良好控制系统和机械设计的固有方面。

关于控制系统触发器的下一篇文章将介绍各种形式的运动检测以及许多电气、机械和逻辑设计的差异。

- Daniel B. Cardinal毕业于密歇根理工大学电气工程师。他拥有超过30年的控制系统设计经验，并担任控制集成商。在20世纪80年代早期，他是欧洲最大的机床供应商之一的控制主管，帮助该公司在美国建立了业务。后来，他是Control Systems Associates Inc.的共同所有人，该公司专门从事集成系统设计;由数字项目经理Joy Chang编辑，控制工程，jchang@cfemedia.com。

请参阅下面本系列的第一篇文章。

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