Keyence 使用气缸传感器改造自动机械设计的指南。

在这里，FA 机械的最新趋势和开创性产品KEYENCE 的 "线型气缸传感器"。说明：

气动控制存在许多潜在的实际问题，例如设备启动时复杂的传感器位置调整，以及运行过程中由于填料劣化导致速度变化而引起的意外过冲。　我们可以解决这些问题。Keyence 生产的线型气缸传感器。　本节概述了关于

在设计自动设备时，我以缩短周期时间和减轻生产线末端的推力影响这两个相互矛盾的问题以及自己的现场设备设计经验为基础，并通过研究可靠的原始信息（如制造商的官方技术信息和 JIS 标准）来补充不足之处。　希望这些信息对您有所帮助。

Keyence 气缸传感器的基础知识和使用方法。

线路检测的基本原理和工作原理。

Keyence CS-L 系列采用全新的气缸活塞定位方法。　　传统传感器检测活塞内的磁铁是否通过特定点，而本产品则采用线检测方法，通过大量密集排列成直线的检测元件组来捕捉大范围内的磁场变化。通过这种机制，活塞的当前位置可以始终显示为一条连续的线。

内部处理器高速处理读取的磁场信息、以 0.1 毫米的极高分辨率确定活塞的绝对位置。　　此外，根据这些连续的位置数据，还能以毫秒为单位测量从气缸开始工作到冲程结束的冲程时间、先进的功能，如利用独特的算法将推力时的冲击水平计算为定量值。它有一个　　据了解，该设备已从简单的触点输出设备发展到可以监控气缸动态状态的设备。

传统比较在点数上的巨大差异

以 SMC 的 M9B 为代表，它被广泛应用于自动机械设计领域。传统的自动开关是触点式检测系统，以设定的特定磁通密度作为阈值来开关。　　它们非常可靠，但在设备启动期间需要定位、在操作员滑动传感器本体、找到 LED 灯亮起的边界，然后用微小的固定螺钉将其固定到位的过程中，手动移动气缸的模拟过程是必不可少的。

相比之下，Keyence 传感器则是在活塞移动到需要输出的任何位置后才开始工作、只需按一次传感器机身上的设置按钮，即可完成教学。　　使用传统方法检测气缸的前后两端时，必须安装两个传感器，并分别用不同的电线连接到可编程逻辑控制器的输入单元。　　新方法只需通过一根通信电缆，就能从一台设备上集体传输多个位置的控制输出和详细状态数据，明显减少了物理布线量。

参考资料来源基恩士官方产品目录

设计师需要了解的全部好处。

从设备设计的角度来看，其主要优势在于缩短了设备接触时间，并能将运行后的停机时间降至最低。　　如上所述，冲程时间和冲击水平可持续监控，因此很容易建立一个系统，当这些值超过预定义的阈值时发出警报。　　这将提醒用户注意设备的异常情况，如填料磨损或机械卡住、可以实现预测性维护系统，在巧克力停工和部件损坏发生之前就能检测到它们。

更多不可错过的优势SP-C 系列，专用智能缓冲阀。　如果将其与根据传感器获得的活塞实时位置信息，阀门能够自动在阀内的快速和慢速流道之间进行切换。　　这样就可以将气缸的行程速度提高到极限，同时通过在撞击前适当减速来吸收冲击力。　　该系统还具有自动行程控制功能，可根据气压波动和老化情况自动补偿缓冲启动时间，从而无需设置安全系数过高的慢速气缸速度。　　因此、这样，设备运行的周期时间就有可能接近理论极限。

在介绍之前应了解哪些缺点？

虽然它们是多功能、高性能的设备，但也存在一些问题。　　最重要的考虑因素是整个系统的初始安装成本较高。　　与简单的触点开关相比，除了传感器本身的价格较高外，还必须同时安装 IO-Link 主站、专用高性能放大器或智能阀等外围通信设备的基础设施，以充分发挥其潜力。对于仅以检查位置为目的的简单机制，存在规格过高和缺乏投资回报的风险。

此外，还需要与负责电气和软件设计的人员进行更加密切的合作。　　除了分配输入和输出外，还需要花费大量的人力和时间来创建接收和处理各种参数的程序。　　物理上的限制是由于死区的存在，下文将对此进行讨论、传感器主体可能相对于冲程悬空因此，在某些情况下，它们并不适合安装在极其狭小的空间内。　　考虑到这些因素，必须冷静地评估项目所需规格和成本之间的平衡。

Keyence 气缸传感器的设计差异。

兼容的气缸几何形状和插槽标准

在实际机器设计中，会根据应用和推力选择不同制造商生产的气缸，但为了应用该装置，必须事先检查与气缸体上传感器安装槽形状的兼容性。　　Keyence CS-L 系列与全球工厂自动化市场主流的两种槽标准兼容。

参考资料来源：Keyence 官方目录。

产品范围包括分别适用于槽宽约为 3.6 毫米至 5.1 毫米的 C 型槽和槽宽约为 6.5 毫米至 8.0 毫米的 T 型槽的产品。　　通过使用特殊的转换支架，可以扩大与没有这些标准槽的气缸的兼容范围。　　例如，圆形气缸可以安装环绕外围的带式支架，而带有特殊 T 形槽的 CKD 气缸则可以通过专用转换支架安装 C 形槽传感器。　　如果是拉杆气缸，程序是准备一个由相应气缸制造商提供的拉杆转换支架，并选择一个与槽形状兼容的传感器。

直接顶部安装的优势

作为一项设计创新，它极大地改进了装配工作并方便了维护、其中包括一个可从上方垂直安装在插槽上的快速接入装置。　　一些传统自动开关的结构要求从圆柱端面沿着槽沟横向滑动插入。目前有许多这样的设备。　　在这种结构中，如果采用高密度的设备布局，气缸的前后夹在坚固的支架之间或被盖子包围、一个主要问题是，当传感器出现故障时，必须将气缸本身从设备上完全拆下，才能进行更换工作。

如果结构设计为直接安装，则只需从上方进入即可完成传感器的安装，而不会影响周围的结构。　　此外，还包括一个小的记忆块部件，以防止更换时发生错位。通过预先将其固定在插槽中，即使传感器本身损坏，只需将新传感器靠在记忆块上，就能将其恢复到完全相同的物理参考位置，从而无需重新调整。

PNP 接线要求对信息连接至关重要。

日本自动化行业多年来一直广泛使用 NPN 输出，这是一种常见的负输出，但随着全球化浪潮的到来，已开始转向 PNP 输出，根据欧洲标准，这是一种常见的正输出。　　对于 Keyence 气缸传感器来说，选择这种输出格式不仅仅是一个电气接线的问题，而是一个影响设备本身功能的极其重要的决定。

为了发挥该产品的最大优势，如行程时间监控、冲击液位计算、与智能阀组和其他设备的专用通信以及 IO-Link 通信，必须始终选择 PNP 规格的 M8 连接器型号。　　产品系列中也有 NPN 分立线型型号，但这些型号虽然可以作为触点输出，却不支持先进的多信息串行通信功能。　　项目顺利进行的关键是在创建材料清单的初始阶段与电路设计师讨论规格，并从网络连接的角度确定正确的布线要求。

根据 JIS 标准进行数字录音的重要性。

在某些情况下，为确保在日本运营的各种生产设施的质量和安全，必须严格遵守日本工业标准。关于气动系统的 JIS B 8377-1 规定，在装运或移交带有开关的气缸时，应从质量保证的角度出发，在总装阶段检查开关的操作和磁力，并保存记录。

在基恩士传感器与控制面板等相连接的系统中，可以直接将教导的输出位置设置、测量的冲程时间、冲击水平和其他运动数据以 CSV 格式等输出到 USB 存储器或上一级网络。　　有鉴于此，能够将 JIS 标准推荐的运行记录作为可靠的数字数据提交给客户，避免人为错误，是一种强有力的认可，可显著提高整个设备的可靠性和附加值。

Keyence 气缸传感器说明和结论。

针对磁场干扰和死区的设计措施。

在实际绘制和放置组件的过程中，绝不能忽视物理限制。　　首先要考虑的是是否存在死区。　　由于线检测方法的特点，传感器主体两端会有一些区域无法准确读取磁场。　　因此，在选择传感器时，其尺寸至少要与气缸的实际行程长度相差 5 毫米。　　例如，即使气缸的行程长度为 30 毫米、传感器本体的总长度约为 53.5 毫米，因此需要仔细设计间隙，以确保传感器在应用于短行程气缸时不会明显突出于气缸后端并干扰周围的机械部件。

反之，也可以使用两个气缸传感器来测量长冲程气缸等。

在设计带有磁性传感器的气动回路时，一个普遍存在的物理现象是需要对抗磁场干 扰。　　虽然官方手册中没有明确提到这是一项极端禁止的规定，但如果几个气缸以极其密集的方式平行排列，相邻气缸的活塞磁铁泄漏的磁通量可能会影响彼此的敏感传感元件，从而导致故障和分辨率降低。.　　在安全设计中，必须牢记噪音对策的基本原则，例如在机构允许的范围内确保执行器之间有足够的间距，或避免靠近产生强磁场的大容量伺服电机的电源线。

实施成本需要权衡的因素。

在满足设计要求的过程中，预算与性能之间的平衡始终是一个争论点。　　Keyence 解决方案拥有最先进的传感技术和通信基础设施，与传统的自动开关相比，不可避免地需要更高的初始安装成本来构建系统。　　如果为简单的一次性夹具或低端设备引入全规格系统，而这些设备的周期时间足够长，降低成本是重中之重，则可能会被视为质量过剩。

另一方面，在关键环境中，如半导体制造设备和汽车零部件的高速装配线，战术时间缩短 0.1 秒就能带来巨大的终生利润；或者在关键环境中，假设 24 小时无人值守，由于填料老化导致的突然停机会造成严重损失。　　通过行程控制最大限度地提高生产效率，通过预测性维护实现免维护运行，从而降低运行成本，这有可能在很短的时间内收回初始投资差额。总之，设计者应准确估算设备将为最终用户带来的长期价值，并找出成本增加的合理之处。

使用传统配置和混合配置

从预算或安装空间的角度考虑，在黑暗中用现代线型传感器取代所有气动缸并不是一个现实的最佳解决方案。　　对于带有各种执行器的自动设备，最佳实践是在正确的时间和正确的位置使用简单、廉价的检测传感器，例如我们熟悉的 SMC 非接触式开关。

参考资料来源：Keyence 官方目录。

对于因严格的周期时间限制而需要同时减缓速度和冲击的主轴机构，或多产品混流生产线上根据工件尺寸频繁改变停止位置的情况，Keyence CS-L 系列可提供全规格控制。　　相反，在不需要严格行程监控的情况下，如仅从侧面夹住工件的夹紧机构和仅插入和拔出定位销的辅助气缸中，则使用传统的触点开关。

使用 Keyence 的气缸传感器进行优化设计。

• 线检测法用于通过线而不是点来持续确定位置。
• 以微米为单位确定活塞的绝对位置，分辨率为 0.1 毫米。
• 只需按下一个按钮，即可完成输出位置的教学，从而减少了调整工时。
• 推力过程中气缸冲程时间和冲击水平的定量可视化。
• 通过在超出设定值时发出警告，直接促进设备的预测性维护。
• 只需一根电缆即可实现多个输出点和各种数据通信，节省布线。
• 直接符合全球标准的 C 型槽和 T 型槽。
• 特殊支架可为圆形或拉杆等特殊形状的气缸提供灵活的支撑。
• 从上方直接安装的装置可在不拆卸设备的情况下安装和拆卸传感器。
• 在更换过程中，利用提供的记忆块可保持极高的位置重现性。
• 选择 PNP 规格布线是使用高级串行通信功能的先决条件。
• JIS 标准推荐的开关操作记录可以轻松存储为数字数据。
• 尺寸选择宽松，考虑到传感器两端的死区。
• 关键主轴机构采用直线型，辅助机构采用传统型。
• 建立一个混合设计，所有输入和输出信息都由一个专门单位集中管理。

上图