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二線光電開關并聯，低成本高覆蓋的工業傳感解決方案

• 時間：2025-07-26 01:42:43
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在大型物流分揀線上，成百上千個包裹呼嘯而過；在鈑金生產線中，金屬板材高速行進。工程師們常常面對這樣的挑戰：如何經濟、可靠地在大面積或多點位置檢測物體的存在或位置？當預算受限、布線空間擁擠時，”二線光電開關并聯”技術往往成為破局的關鍵。

二線光電開關，顧名思義，通常只有兩根連接線：一根接電源正極（Vcc），另一根既是電源地（GND）也是信號輸出線（Output）。 其開關狀態的輸出特性是：在無物體遮擋（未觸發）時，輸出內部等效為一個高阻抗，接近于開路狀態；當有物體遮擋（觸發）時，其輸出內部等效為導通狀態（類似開關閉合到GND），或更精確地說，其輸出晶體管飽和導通。

要實現多個二線光電開關的并聯，其核心原理是：將所有開關的信號輸出線（通常是棕色線或標有Output的線）直接并聯在一起，再共同接入可編程邏輯控制器（PLC）或設備的一個輸入點（X點）。

1. PLC輸入類型是核心前提： 并聯能否成功，PLC（或接收設備）輸入點的類型至關重要。必須使用漏型輸入（NPN型、共陽極、Sink Input）。只有這種輸入模式，其公共端（COM）接正極（Vcc），輸入點（X）內部等效為向負載（這里就是并聯的開關）提供電流（灌電流），期望開關閉合時（即觸發時）將X點拉低到GND（接近0V）。這與二線光電開關觸發時輸出導通到GND的特性完美匹配。

2. 并聯連接方式：

• 電源并聯： 所有二線開關的電源正極（Vcc）都并聯接入同一個直流正極電源（如DC24V+）。
• 信號輸出并聯： 所有二線開關的信號輸出線（GND/Output）都并聯在一起，然后作為一個公共的信號線，連接到PLC的一個漏型（NPN）輸入點（X）。
• 電源負極： PLC的輸入公共端（COM）應接正極（Vcc），所有開關的“等效地”（通過輸出線）最終在PLC輸入端構成回路回到GND。

3. 內部邏輯是”或”關系： 這種并聯結構形成了一個”線或”（Wired-OR）邏輯。只要并聯的多個開關中，有任意一個或多個被觸發（輸出導通接地），這個公共的并聯點就會被拉低至接近GND電位（低電平）。 PLC檢測到這個低電平，就認為輸入有信號（通ON）。只有當所有并聯的開關都沒有被觸發（所有輸出都處于高阻開路狀態）時，PLC輸入點才會被其內部的上拉電阻保持在高電平，表示無信號（斷OFF）。這種特性非常適用于需要”任一檢測點報警就觸發動作”或”檢測物料到達任一工作站”的場景。

4. 關鍵元件：續流二極管 (飛輪二極管): 實踐操作中的關鍵保障是：務必在每只二線光電開關的輸出端（信號線）反向并聯一個續流二極管（IN4007等）! 當開關斷開時（由導通變開路），其內部的感應線圈（如繼電器）或容性負載會產生反向電動勢（電壓尖峰）。二極管提供一個泄放路徑，防止這個高電壓尖峰損壞自身或其他并聯的開關元件，顯著提升系統可靠性與壽命。

1. 顯著降低硬件成本： 對成本敏感的大型項目非常關鍵。

• 減少輸入點數： 最直接的價值在于節省昂貴的PLC輸入模塊點數。將多點檢測匯聚到一點，大幅降低硬件采購成本。
• 簡化布線： 大量傳感器并聯后共用一條信號線返回PLC，顯著減少電纜用量（尤其在長距離或分散布局時）和接線端子排空間占用，降低布線復雜度和材料成本。
• 降低功耗 (間接)： 減少了PLC輸入模塊本身的使用數量，整體系統功耗有所下降。

2. 覆蓋廣泛檢測區域： 在需要大面積監控（如防護光幕替代、大型傳送帶區域覆蓋）或多個工藝點（如裝配線多工位物料到位檢測）時，通過并聯多個開關擴展單點的檢測能力。

3. 維護便利性： 當其中一個開關出現故障（如觸點熔焊，導致常閉到GND），會使并聯點始終被拉低，PLC輸入點恒定為ON。雖然這表現為”有信號”，但這種異常狀態（常亮）很容易在PLC監控程序或上位機HMI上被發現。維護人員只需逐一斷開并聯分支即可定位故障開關，簡化了故障診斷流程。

1. 誤判為短路或故障： 這是最常見的操作誤區。沒有經驗的技術人員在PLC輸入點（尤其是源型/PNP輸入）嘗試并聯二線開關時，會發現開關觸發后看似正常（輸入燈亮），但并聯后卻導致該輸入點常亮（可能伴隨PLC報警）。這是因為并聯的開關觸發導通接地，會直接將源型輸入點（期望高電平）強制拉低到GND，形成對電源負極的短路回路或導致輸入電路沖突。務必確認PLC輸入為漏型（NPN）是成功并聯的基石。

2. 忽略續流二極管： 如前所述，省略續流二極管將面臨巨大的反壓沖擊風險，并聯開關數量越多，風險越高。這可能導致開關或PLC輸入點過早損壞，引起不可預測的停機。

3. 負載能力限制： PLC單個離散量輸入點通常有其最大可承受的灌電流能力（具體請查閱PLC手冊）。并聯后，當多個開關同時觸發導通接地時，這些開關自身的工作電流都匯流到PLC輸入點接地。即使單個開關工作電流僅十幾mA，5個并聯就可能接近100mA。嚴重過載會損壞PLC輸入點內部電路！ 解決方法包括：

• 增加中間繼電器： 將并聯后的公共點驅動一個小型中間繼電器的線圈，再用該繼電器的觸點接入PLC輸入點。繼電器隔離了開關負載和PLC輸入電路。
• 使用信號放大器/隔離器： 采用專門的信號隔離或放大模塊處理并聯信號。
• 嚴格計算并限制并聯數量： 確保所有并聯開關在最壞情況（全部觸發）下的總導通電流小于PLC單點輸入額定灌電流（需留有一定裕量）。

4. 無法區分具體觸發點： 這是并聯技術固有的”弱點”。并聯點只提供”有任何一個開關觸發”的狀態信息，PLC無法識別具體是哪一個開關觸發了。若工位邏輯需要精確判定來源，必須采用每個開關獨占PLC輸入點的方案。

該方案廣泛應用于需要經濟型多點到位檢測的領域：物流輸送系統的多段啟停控制、包裝機械的多位置物料檢測、立體倉庫的貨位狀態感知、大型設備安全門的分布式門狀態監控（任一門開即報警），以及替代成本更高的多通道安全光幕應用。

二線光電開關并聯技術，通過巧妙的電氣組合，在預算控制與多點檢測需求間實現了高性價比的平衡。其成功實施，依賴于對漏型輸入PLC的準確選用、續流二極管的保護應用以及對開關總電流負載的嚴格核算。只要理解其原理、規避操作陷阱，它在簡化布線、降低成本、擴大監控范圍方面展現出獨特而強大的價值，尤其適用于對成本高度敏感或檢測點非常密集的自動化場景中。