冲床光电保护装置的研制

1、冲床光电保护装置研制 摘 要 在冲床工作时，工人稍不留神就有发生事故的可能，该保护装置就是为保护 工人安全的一种装置。 它采用用光传感器作为探测工人的手及其身体其他部位是否离开危险区的敏 感器件。若检测到手及其它部位未离开危险区时，发光二极管发出光线被遮挡使 光敏三极管接受不到光信号，从而致使继电器不能动作，使冲床立即制动停车， 如若正常运行且没有遮挡时，光敏三极管接收发光二极管的光信号，通过四级放 大信号，对继电器的触点进行控制使冲床进行正常工作。除此之外，该装置还有 故障自检功能，在保护电路一旦出现故障致使自检继电器断开从而触点断开，不 仅能及时发出故障信号而且还能自动闭锁机床，工人则无法

2、启动冲床，这就可以 从根本上解决保护电路失灵带来的不安全问题。 光电传感器通常由光源，光学通路和光电元件三部分组成的光信号。它们能 够分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号。光电传 感器设计灵活，形式多样，检测方法具有精度高、反应快，敏感范围敏感范围远 远超过了电感、电容、磁力、超声波传感器的敏感范围，非接触等优点，而且可 测参数多。近年来，随着光电技术的发展，在越来越多的领域内得到广泛的应用。 尤其适合工厂机械安全化要求，基于光电传感的种类选择安全性较高的遮光式传 感器。 关键词：光电传感器，放大，自检电路，继电器触点，电磁阀 PRESS THE DEVELOPMENT

3、 OF OPTOELECTRONIC PROTECTIVE DEVICES ABSTRACT When the punch press works, the worker does not pay attention to have slightly has accidents possibility, this protective device is to protect the worker safety one kind of equipment. It uses uses up the sensor achievement to survey workers hand and bod

4、ily other spots whether to leave the warning area the sensitive component. When examines succeeds in obtaining and other spots have not left the warning area, the light emitter diode sends out the optical fiber to cover causes the photosensitive triode not to accept the light signal, thus causes the

5、 relay not to be able to act, causes the punch press to apply the brake to stop immediately, if normal operation, and has not covered time, the photosensitive triode receive light emitter diodes light signal, through four level of signal amplifications, carries on the control to relays electronic co

6、ntact to cause the punch press to carry on the normal work. In addition, this equipment also has the breakdown to self-check the function, in protection circuit, once presents the breakdown cause self-checking relay separation, thus electronic contact separation, not can only send out the fault sign

7、al moreover also to be able promptly the coupler lock engine bed, the worker to be unable to start the punch press, they can create the photo source itself separately or optics circuits change. The photoelectric sensor design is flexible, various, the examination method had the precision to be high,

8、 responds quickly, the sensitive scope sensitive scope has gone far beyond the inductance, the electric capacity, the magnetic force, ultrasonic sensors sensitive scope, merits and so on non-contact, Especially suits the factory mechanical security request, based on electro-optical sensing type choi

9、ce security high shade type sensor . KEY WORD：The photoelectric sensor, the enlargement, self-checks the electric circuit, the relay electronic contact, the solenoid valve 目 录 前 言1 第1章 冲床保护介绍2 1.1 选用冲床保护装置的介绍2 1.2 保护装置设计要求2 1.3 冲床光电保护电路3 第2章 光电保护装置原理分析4 2.1 分析光电传感器的选择5 2.2 发射和接受电路分析8 第3章 放大、选通、检波电路分

10、析10 3.1 放大电路分析10 3.2 选通电路分析10 3.3 检波电路分析11 第4章 控制驱动电路12 4.1 控制电路分析12 4.2 驱动电路分析12 4.3 电路的元器件选择即详细计算13 第5章 故障自检控制原理14 5.1 对电路元件作用分析14 结 论18 谢 辞19 参考文献20 附 录21 外文资料翻译22 前前 言言 随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理技术的提高，光电 检测技术作为一门研究光与物质相互作用发展起来的新兴学科，已经成为现 代信息科学的一个极为重要的组成部分。光电检测技术具有测量精度高、速 度快、非接触、频宽和信息量大信息效率极高，以及自动化程

11、序高等突出特 点，发展十分迅速并推动着信息科学技术的发展。它将光学技术与现代电子 技术相结合，广泛用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学等领域。 在这些领域中几乎都涉及到将光辐射信息转换为电信检测控制问题，展现出 了独特的优势。光电检测技术是光电技术的核心，已成为信息技术中最活跃 的高新技术之一。 光电检测技术是以激光、红外、光纤、等现代光电子器件作为基础，通 过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输 入电路，放大滤波等检测电路提取有用信息，再经放大处理去控制执行元件。 自 20 世纪 60 年代激光器诞生以来，光电检测技术在理论及应用方面都 去得了巨大的发展。光

12、电技术与微电子技术相互结合，相互交叉，相互渗透 形成了光电检测信息技术。通信中使用了光纤技术，促进了光技术的发展， 激光器的发明使光波的调制与解调成为可能，进而使电子检测技术的各种基 础知识，如放大与振荡、调制与解调等概念几乎移植到了光频段的光电检测 技术。这一先进技术使人类能更有效地扩展自身的视觉能力，使视觉的长波 延伸到亚毫米波，短波延伸到紫外、X 射线，并在超快条件下检测诸如：核 反应、航空器发射等变化过程。光电检测技术将光电技术与电子技术相结合 实现各种检测，具体如下特点：高精度、高速度、远距离、大量程、非接触 检测、寿命长等特点。所以光电检测技术是一个具有非常光明发展前途的宽 广域，

13、已渗透到了许多科学领域。 第 1 章 冲床保护介绍 1.1 选用冲床保护装置的介绍 冲床最大压力为 250KN，电机为 2.5KW 经两级减速驱动曲柄滑块机构来进 行工作。在冲床工作时，工人稍不留神就有可能发生事故，该装置就是为保护工 人安全的一种装置，它采用光电传感器作为探测工人的手及身体其它部位是否离 开危险区的敏感器件。 1.2 保护装置设计要求 1若检测到手及其它部位未离开危险区域，光电保护装置立即动作使冲床 立即停车。 2 电路故障自检功能，在保护电路一旦出现故障时，不仅能及时发出故障 警告信号而且还能自锁机床，工人无法再启动车床，这可以从根本上解决保护电 路失灵带来的不安全问题。附

14、录为冲床光电保护装置的电路原理图。如图 11 所示为该装置的工作原理图。 1.3 冲床光电保护电路 有红外发射、红外接受、控制三大部分组成，而控制又有光电保护控制和故 障自检控制。 红外 发光 管 光敏 三极 管 放大选通 反相 比较 振荡 器 1 K 功率 驱动 2 K 功率 驱动 电路故障检测 自检记忆 3 K 故障告警电路 一次启动记忆 4 K 行程 连锁 制动 电磁 铁 同相 比较 SX S（启动 开关） 同相 信号 反相信号 2 2 K 1 2K 1 2 K 3 2 K 图 11 冲床光电保护装置的工作原理图 第 2 章 光电保护装置原理分析 逻辑 电路 检波 发射电路采用 555

15、时基集成电路 组成多谐振荡器，工作电压为 4.518V 1 IC 其输出又要驱动三个发光二极管，而线性稳压器只有 5V、 9V、 12V 、15V 、18V、 24V 等系列，故取 555 时基电路工作电压为 12V，即可以降低功耗又能 驱动红外发光二极管，7812 为三端集成稳压器系数要求输入、输出均为 37V， 而常用小型直流继电器的工作电压又 3V、6V、9V、12V 等系列加上电路中其它 部位的压降首先选用 12V 的直流继电器，为保证可靠工作以及电源电压的波动， 取电路中的直流电源电压为 18V。为了知道光电保护电路是否通电，则用一个二 极管，三端集成稳压器 7812，只有一个输入端

16、 1 和一个输出端 3，一个公共 18 VD 端 2。应用方便可靠及其参数如下：输入电压 19V 输出电压 12V 静态电流 8mA 短路电流 2.2A 电压差 2V 最大输出电流 1.5A。 图中的电容、均 3 C 45 CC、 6 C 为滤波电容。它们的取值应尽可能大，这样输出电压更稳定。取 220F 选用 6 C 铝电解电容， 均为高频旁路电容，它们可以消除寄生高频振荡，使电压波 4 C 5 C 形更为理想，与 7812 稳压器配合使用为下一级电路提供可靠稳定的供电电压。 冲床冲头的运行与停止时通过电磁铁和和相关机构，控制离合器的分离和吸 合以及制动器的放松与吸合等动作来实现的，那么就可

17、以认为制动电磁铁 Y 不工 作，制动冲床停止运行，起到保护作用。 光电传感器有对射式和反射式光电传感器，由于对射式原理简单价格便宜应 用广泛，本设计也一样用对射式传感器。在使用光电传感器时一般要考虑到发光 器件和受光器件所能感应的距离，在使用光电器件所能保护的范围和分辨率的问 题。所以本设计通过红外光的调制就能增强红外二极管的发光强度，从而增大感 应范围，在外接受三极管前端装有凸透镜，从而提高感应灵敏度。J2325 型压 力机的宽度为 56cm，在红外二极管发光经过调制以后感应距离何以达几米至几 十米，因此，任何经过发射接受均能满足感应距离要求。J2325 型压力机滑块 行程为 75 cm，若

18、假定该光电器件的分辨率为 30mm，则只需 3 个光敏三极管接 受即可满足要求。 2.1 分析光电传感器的选择： 遮光式光电传感器一种用光电方法进行检测的光电传感器.发光器射出来的光 线对准接收器,当有目标物体把光线挡住时,接收器的输出便发生变化.遮光式光电 传感器有很多类型.最常见的是用一只发光器,一只接收器,在发光器与接收器之间 只有一束光线.另一种是槽式或叉式光电传感器,这时,发光器和接收器都装在同 一个机壳中,不存在对准的问题.光栅是由很多不同的发光器和不同的接收器排列 起来组成的,发光器装在一个机壳中,接收器装在另一个机壳中,当它们互相对准时, 便形成一片光束. 红外光是人眼看不见的

19、光，是一种电磁波。红外光是比红色光的波长(0.7m) 还长的光波。通常将电磁波谱中间距为 0.761000m 的波普段称为红外光谱区。 一般把红外光谱分为四个区域，即近红外（0.763.0m） 、中红外（3.06.0m） 、 中远红外（6.020m）和远红外（201000m）区。 实际上，目前在工业和民用的红外光探测中使用的红外光谱主要集中在 0.761.60m（7601600nm）的近红外区。 2.1.1 采用近红外光作为红外探测光源，主要基于如下理由： 1. 一般接收用的光电二极管、光敏三极管都才用硅半导体材料制作而成，这 类管的接收峰值波长为 7801550nm 即管子对波长为 7801

20、550nm 的探测灵敏度 最高。 2. 红外光射器件，发射波长在 8801550nm 范围内，这与硅光接收器件（包 括发光二极管、光敏三极管）的响应波长相匹配，是探测灵敏度高，工作效率高。 3. 红外发光二极管的特点： （1） 体积小。在投光距离相同的条件下，红外发光二极管体积只有灯泡 的几分之一。 （2） 寿命长。红外发光二极管的寿命可达h 以上，至少要比钨丝灯高 5 10 一个数量级。 （3） 功率小、省电。如果要照射 10m 远的硅光敏器件，使之输出某一定 的电流，如用钨丝灯要 8W，而用红外发光二极管只需要几十毫瓦就可以了。 （4） 响应速度快。用钨丝灯不能直接用光源调制光，而用红外管

21、则可调 制到数十兆赫。 （5） 机械强度高。钨丝灯的钨丝悬挂在灯泡的中间，不耐震而红外二极管 则经得起振动的冲击。 由于红外二极管的优点十分明显，所以在这次设计中选用红外二极管。常见 的红外发光二极管其功率分为小功率（120 毫瓦）中功率（2050 毫瓦）和大功 率（50100 毫瓦）三大类。使用不同功率的红外发光管时，应配置相应功率的驱 动管。红外发光二级管均采用 TL38 型二极管，其峰值可达 400mA 平 13 VDVD 均电平为 150mA 左右顶端有一个铸模透镜，它能将发处的红外光汇聚成为 60 度 的光束。 4. 光敏三极管原理结构与主要特征及选择 （1） 原理结构 光敏三极管是

22、靠光的照射来控制电流器件，它可等效看做一个光敏三极管 与一只晶体三极管的结合，所以它具有放大能力的光电转换三极管。其常用材料 为硅。一般仅引出集电极和发射极。在无光照射时，光敏三极管处于截止状态， 五点信号输出。当光信号照射其基极（受光窗口）时，光敏三极管将导通，从发 射极或集电极输出放大后的电信号。 （2） 主要特征 a. 光照伏安特性： 光敏三极管在零偏压下，即使受到光照也无光电流输出，光电流与入射光 照度（或辐射度）并非总成线性关系，而在大约 514V 范围内呈线性关系；在 低光照范围由于三极管的电流放大系数下降，因而光电灵敏度降低；然而，在大 电流范围内，又趋于下降，故随入射光度的增强

23、，趋于饱和。在IV 特征中， C I 好的线性表现为曲线之间有较均匀的间距。欲要得较宽的线性工作区，宜用较高 的工作电压与较小的负载电阻。 b. 输出特性： 光敏三极管的输出特性与一般晶体管特性相同，差别仅在于参数变量不同， 三极管的参变量为基极电流而光敏三极管的参变量为入射光照度，如图（2-1 所 示）其它参数可参照表（21） 表 21 3DU110、120、130 及 3DU210、220、230 硅光敏三极管 反向击穿电 压 最高工作 电压 暗电流光电流上升时间下降时间 最大功 耗 参数型号 符号 / BR ce VV / BR ce VV/ D IA/ C ImA/ r ts/ f t

24、s/ M PmW 3DU111151030 3DU112453050 3DU1137550 0.51.0 100 3DU121151030 3DU122453050 3DU1237550 1.02.0 100 3DU131151030 3DU132453050 3DU1337550 0.3 2.5 33 100 实验条件0.5 ce IA ceD II Rm ce VV 无光照 10 ce VV 光照度 10001X 50 L R 10 ce VV 脉冲电流 幅度为 1mA 50 L R 10 ce VV 脉冲电流 幅度 1mA 注：1.3DU 1XX 型与 3DU 2XX 型参数都相同，仅外

25、型不同，3DU 1XX 外型为3X5，3DU2XX 外型为 5X8.6。 23DU 1XX 及 3DU 2XX 都是全塑封。 3.短脚为 c，长脚为 e。 4.波长峰值为 880nm，光谱范围为 0.4m1.1m。 图 2-1 入射光照与输出电流的关系曲线 c. 光敏三极管的选择： 根据上面图表和下面所计算的光敏三极管计算值最高工作电压为 30V，集电 极最大电流为 20mA，最大功耗为 25mV 所以选择 3DUI32 为此次设计的光敏三 极管。 2.2 发射和接受电路分析： 发射电路采用 555 时基集成电路组成多谐振荡器其输出端直接驱动三只 1 IC 红外发光二极管工作，当输出端 A 为

26、低电平时发光二极管发出红外光， 13 VDVD 当 A 点为高电平时发光二极管停止工作。发光二极管设置在冲模口危 13 VDVD 险区，形成一道 80 mm 高看不见的防线。为了增强红外线的控制距离，红外发光 二极管 VD 应工作于脉冲状态，即工作电流是脉动的。因为脉动光（调制光）的 有效传送距离与脉冲峰值电流成正比，只需尽量提高峰值就能增强红外光的发 p I 射距离。提高的方法，是减小脉冲占空比即压缩脉冲宽度一些彩电红外遥控 p I 器，其红外发光管的工作脉冲占空比为，一些电气产品红外发光器，其占空比是 11 43 （如本设计所示） 。 1 10 其具体电路分析如下： NE555 双极型时基

27、集成电路其主要参数如下所示： 电源电压 4.518V 工作电流典型值 10mA (=15V 空载) 阀值电压 DD V DD V 2/3 输出低电平电压为 0.4V 输出高电平电压 13.3V DD V 根据图中参数可知充电过程，也即输出点平的时间 （21） 33 11 0.6930.693 75 0.01 100.0693 10tRC 、 放电过程也即输出低电平时间 （22） 33 21 0.6930.693 75 0.01 100.5198 10tR C 、 该电路输出波形的占空比为 （23） 1 10 t q tt 充 充放 输出举行脉冲的频率 （24） 0 122 1.441.44 9

28、00 (2)(102 75) 0.01 fHZ RR C 起到稳压参考电压消除干扰的作用，由于时基电路时刻处于振荡状态，红外发 2 C 光二极管也处于开关状态，所以电路引入 RC 退耦电路起到滤波抗干扰作用， 为退耦电阻，其值越大退耦效果越好，本设计取为 1.2K 电容为退耦 4 R 4 R 78 C C 电容，起到滤波稳定输出电压的作用，用来滤除高频寄生振荡。红外发射 7 C 8 C 管 TLN104 和红外接受管 TLP104 主要参数如下表 22 所示： 表 22 红外发射管 TLN104 和红外接受管 TLP104 主要参数 正向工作 电流 峰值电流正向电压反偏电流峰值波长光功率 TL

29、N104 60A60A 1.5V 25mW 最高工作电压最大功率集电极最大电流 TLP104 30V150mW20mA 当时基电路输出为高电平时反偏截止，处于截止状态。 13 VDVD 13 VTVT 和组成的接受电路的支路电阻为无穷大，则 a ,b 两点间的电压为： 13 VTVT 5 R Uab= （25） 67 567 1211.76 RR VV RRR 当时基电路输出为低电平时和接受管均导通，由于电容的 13 VDVD 13 VTVT 7 C 存在电容两高端电压不能突变，就相当与一个局部电源，此时 a ,b 两点电压仍 7 C 未 Uab=11.76V，此时通过 TLN104 的电流：

30、 （26） 3 3 7.4 122 ab N V ImA R 满足参数条件 中的电流： 13 VTVT （27） 5 3 0.3 2.8 ab P V ImA R 满足参数条件 饱和导通时集电极和发射极压降为 0.3V,的值也满足使用条件。 13 VTVT NP II和 第 3 章 放大、选通、检波电路分析 3.1 放大电路分析： 红外接受管接受到的是微弱的光电信号，经变换后产生了微弱的电信号不能 起到有效的控制和驱动负载的能力所以要进行放大处理，其具体过程如下： 采用 3DU 型光电三极管，它和构成一个光电转换器，它将接收到的红 13 VTVT 5 R 外光指令信号转换为电信号，经耦合后由运

31、放 （）进行放大、 9 C 3 1 IC 3 2 IC 1 324 4 LM 比较。设计由 组成的分压器对运放进行分压偏置，将静态时的同时输 6 R 7 R 3 1 IC 入端电位垫高到大约为。电压增益为： 1 9 2 DD VV （31） 3 1 9 8 510 127 22 2 IC R G R 3.2 选通电路分析： 放大了的电信号经耦合至选频放大级（）和 10 C 3 2 IC 1 324 4 LM 组成 RC 网络型选频放大器，对接收到的信号进行选频、放 1010111213 CRRRR、 大。选频的目的在于发射来的信号进行选择滤除邻近发射器的干扰信号或其它干 扰信号。由组成的分压器

32、将的同相位垫高至。光电 3 2 IC 1213 RR、 3 2 IC 1 9 2 DD VV 信号经放大后输入到进行选通比较，选通比较的目的是提高接受电路的 3 1 IC 3 2 IC 抗干扰能力。选通信号选自的 A 输出端，当 A 点为高电平时，发光二极管截 1 IC 止，的反相输入端便可建立正常的比较电压，只有光信号幅值大于该比较电 3 2 IC 压时，才输出高电平，从而达到抑制杂散信号的目的。 3 2 IC 3.3 检波电路分析： 当红外光无遮挡时，比较器输出一系列正脉冲信号，经、倍压 3 2 IC 4 VD 5 VD 检波在 C 点建立起高电平。此时同相比较器输出同相控制信号=1。反相

33、 3 3 IC T X 比较器输出反相控制信号=0。当红外光受到遮挡时，光电信号消失，C 3 4 IC F X 点变为低电平，两比较器输出控制信号相反即=0，=1. T X F X 电路分析过程：此次设计应用现在应用广泛，性价比较高的四级运放集成放大器 LM324,LM324 内有 4 个高性能运算放大器，并且有相位补偿电路耗电低，可用 正电源或正负双电源工作，电源电压范围宽，正负电源为1.515V 输出范围 大，并可以低到 0V，电压增益高（约 100 dB）LM324 内部包含四组电路结构完 全相同的运放电路。根据途中参数和 LM324 的性能参数做如下分析：四级运放 的工作条件，本设计均

34、一律用 15V 的单电源，那么就可以画出在保护装置正常运 行时的三种情况分析，各运放的输出电压以及有关元件的情况如下表 31 所示： 表 3-1 A 点电位在不同条件下与四个运算放大器的关系 A 点电位条件 3 1 IC 3 2 IC C V 3 3 IC 3 4 IC A 点高电平 （V） 15-15000 无遮挡 1715115-15 A 点低电平 （V） 有遮挡 7150-1515 第 4 章 控制驱动电路 4.1 控制电路分析 在控制信号和的作用下，经过半导体管和放大分别驱动和 T X F X 4 VT 5 VT 1 K 工作。由于继电器在电路开始工作时已处于工作状态，因此通过和的 2

35、 K 3 K 1 K 2 K 触电和便可制动电磁铁 Y。 1 2 K 2 2 K 为保证冲头上行器件的去料与送料工序操作在遮挡光线时保护电路不工作电 路中设置的,和行程开关 XS 构成行程连锁回路，在冲头上行时 XS 处于 11 VD 14 VD 闭合状态，和通过 XS 接地导通，此时无论光线是否被遮挡，也即不管 11 VD 14 VD 输出为高电平还时低电平，继电器始终保持通电工作，而当输出为高电 T X 1 K F X 平时可通过于 XS 接地，而不通过，当输出低电平时，这两种情况 14 VD 5 VT F X 都不会得电。不受控制信号和的控制，而当冲头下行处于保护行程， 2 K T X

36、F X XS 断开，和截止，继电器受控于控制信号电路进入保护状态，此时， 11 VD 14 VD 若光线没有被遮挡，则=1=0 VT4 导通放大时继电器工作，的常开触 T X F X 1 K 1 K 点闭合，常闭触点不动，由于继电器在电路一开始已处于工作状态，即触 2 K 3 K 电早已吸合，电磁铁 Y 通电，冲床冲头下行，进行冲压作业。 3 2 K 当冲头下行时发生人体遮挡光线控制信号=0 =1 截止，继电器 T X F X 4 VT 不能导通，其触点保持常开状态，三极管导通，使继电器得电动作， 1 K 1 2 K 5 VT 2 K 其触点处于断开状态，制动电磁铁 Y 不工作，而制动车床停止

37、运行起到保护 2 2 K 作用。 4.2 驱动电路分析 在控制信号和的作用下，经过半导体管和放大分别驱动继电器 T X F X 4 VT 5 VT 和工作。由于继电器在电路开始工作时已经处于工作状态，由此通过 1 K 2 K 3 K 和的触点和便可控制制动电磁铁 Y。 1 K 2 K 1 2 K 2 2 K 为保证冲头上行期间的取料送料工序操作在遮挡光线时的保护电路不工作电 路中设置的、通过 XS 构成形成联锁回路。在冲头上行时，XS 处于闭合 11 VD 14 VD 状态，、通过 XS 接地导通，此时无论光线是否被遮挡，也即不论输 11 VD 14 VD T X 出为高电平还时地电平，继电器

38、始终保持通电工作，而当输出为高电平时 1 K F X 可通过与 XS 通地，而不通过当通输出为低电平时，这两种情况都 14 VD 5 VT F X 2 K 不会得电，不受控制信号和的控制。而当冲头下行时处于保护行程时，XS T X F X 断开和截止，继电器控于控制信号。电路进入保护状态。此时，若光线 11 VD 14 VD 没有被遮挡则=1 =0 ，XT=1 高电平进行导通放大使继电器的常开 T X F X 4 VT 1 K 触点闭合，的常开触点不动，由于继电器在电路开始工作时已处于工作状 2 K 3 K 态，即触点早已吸合，电磁铁 Y 通电工作，冲床冲头下行，进行冲压作业。 3 2 K 当

39、冲头下行时发生人体遮挡光线，控制信号=0 , =1 截止继电器不能 T X F X 4 VT 1 K 导通，其触点保持常开状态，三极管的导通，使继电器得电动作，其 1 2 K 5 VT 2 K 触点处于断开状态，制动电磁铁 Y 不工作，而制动车床停止运行起到保护作 2 2 K 用。 4.3 电路的元器件选择即详细计算： 和均用额定电压为 18V，吸合电流为mA，释放电流为mA 的 1 K 2 K94.5 JR4 型 500.000 小型灵敏继电器，和为开关三极管，当 XT 为高电平时 4 VT 5 VT 基极饱和电流 4 VT （41） 4 2421 150.7 20.714.30.7 ()1

40、1.69 1.22.4 B ImAmAmA RR 满足吸合条件 当 XF 为高电平时基极饱和电流为 5 VT （42） 5 2425 150.7 20.713.61.4 ()10.79 1.22.4 B ImAmAmA RR 满足吸合条件 , 均为指示二极管，当吸合时发绿光，证明此时为无人遮挡机 9 VD 12 VD 1 K 9 VD 器正常操作情况下，而当发出红光时，证明此时有人遮挡，机器此时应为停 12 VD 止状态。,为,失电时的电流泻放电路，由于继电器为感性负载失电 10 VD 13 VD 1 K 2 K 时，电流仍要继续，,就是吸合断电产生浪涌电压。下端有 10 VD 13 VD 1

41、 K 2 K 2 K 并联电路的目的是：当电路闭合时继电器线圈由于自感现象会产生电动 2313 RC和 势阻碍线圈中电流的增大，从而延长吸合时间，串上 RC 电路后，可以缩短电路 吸合时间。原理是：电路闭合的瞬间电容 C 两端电压不能突变可视为断路，这样 就将继电器线圈工作电压加到线圈两端，加快线圈中电流增大速度，使继电器迅 速稳定吸合。电容 C 不起作用，电阻 R 起限流作用。 第 5 章 故障自检控制原理 电路中自检控制部分属于直接耦合电路，其中任一级出现故障,都会直接影响 继电器和的正常工作。故障自检电路就是为判断这些电路是否出现故障而 1 K 2 K 设置的。自检继电器就是用来实现故障

42、判断的。 3 K 故障判断电路由继电器 及继电器触点等组成。在这个电路中设置了由 3 K 4 K 按钮开关 SB 和继电器构成的启动电路。动作顺序：当接通总电源后，按动启 4 K 动按钮 SB 而得电工作，与其同时触点的闭合而自锁，但这只是继电器得 3 1 K 1 K 电时故障检测电路的顺序，下面分析当有人遮挡时的动作顺序。接通总电源后， 按动启动按钮 SB，则继电器通过常开触点的常闭触点的断开，经 3 K 1 1 K 2 1 K 的常闭触点及 SB 而得电工作，同样触点也自锁与此同时，继电器 K4 也 4 1 K 3 1 K 经 延时得电动作，其触点将继电器的启动电路切断，以保证在 26 R

43、 14 C 4 1 K 3 K 3 K 可靠的自锁条件下工作。在电路正常工作时，和均处于工作状态，由 3 K 4 K 17 VD 于反偏而截止，报警指示灯不亮。 16 VD 5.1 对电路元件作用分析： 在正常工作时都不起作用，起到限流的作用。当出现故障时继 14 C 15 C 26 R 3 K 电器支路中， 不在同一回路上，无法正常接地通电所以自锁处点断 1 1 K 2 1 K 3 1 K 开，为安全起见也无法重启，即使按启动按钮 SB 也不起作用，因为此时触 3 K 4 K 点已经被启动电路切断，冲床无法启动，这就使机床处于自锁状态，与此同时， 由于的导通报警指示灯（R）亮，然后关闭电源检

44、修。 均处要失电， 17 VD 16 V 3 K 4 K 由于 继电器均属于感性元件，一旦失电电流仍持续，两端就存在浪涌电压， 3 K 4 K 均可吸收继电器产生的浪涌电流，使和的触点立即关断，另 14 C 15 C 3 K 4 K 3 K 4 K 外，还有一个重要作用，当有遮挡物时常闭触点和常开触点的状态均 15 C 1 1 K 2 1 K 要变化此时为继电器线圈供电回路有一个极短的时间差，此时充当电源作 3 K 15 C 用为提供电流使能够在触点 变化瞬间保持得电状态，使触点 3 K 3 K 1 1 K 2 1 K 和处在吸合状态。 3 1 K 3 2 K 由二进制原理可把继电器排成 4

45、种组合如表 51 表示。表中继电器用 1 K 2 K 1 表示工作，用 0 表示不工作，继电器触点用 0 表示初始状态，而 1 表示触点状 态改变，从表中不难看出只有组合 2，组合 3 才是电路正常的工作状态，此时继 电器始终保持通电状态，而继电器也始终保持通电状态，而继电器或总 3 K 1 K 2 K 有一个处于不工作状态。下面对正常的两种过程进行分析：当无遮挡时得电 1 K 的触点动作常开触点吸合，不得电，触点不动作，常闭触点 1 1 K 1 2 K 2 K 2 1 K 2 2 K 不动作，和接通加上按钮 SB 动作使继电器的触点自锁，使 1 1 K 1 2 K 3 K 3 1 K 触点吸

46、合制动电磁铁 Y 通电，冲床运行，若有遮挡的状态均发生变化， 3 2 K 1 K 2 K 和触点均与原来相反但还能形成回路，继电器仍带电，那么的触 1 1 K 2 1 K 3 K 3 2 K 点仍闭合，但与都处于断开状态，则制动电磁铁 Y 断电，冲床停止运行。 2 2 K 1 2 K 有故障的两种状态分析：当和同时得电或和同时不得电（第 1 种 1 K 2 K 1 K 2 K 和第 4 种组合） ，表示电路中出现故障其继电器支路上的和形不成回 3 K 1 1 K 2 1 K 路，则继电器失电，其触点也断开恢复常开状态。为安全起见，制动电磁 3 K 3 2 K 铁 Y 选择断电为制动，因此断开使

47、机床制动，制动的同时，由于的导通， 3 2 K 17 VD 报警指示灯亮，告知电路出现了故障。此时，若操作工人再按 SB，因启动 16 VD 电路被切断，冲床不会启动，从而起到保护作用。 4 K 表 51 继电器 的四种逻辑组合 1 K 2 K 组合 控制继电器工 作状态 继电器各触点状态 3 K 电路工 作状态 1 K 2 K 1 1 K 1 2 K 2 1 K 2 2 K 3 1 K 3 2 K 1000000000 有故障 2101100111 无遮挡 正常工 作 3010011111 有遮挡 正常工 作 4111111000 有故障 结 论 此次设计由于时间紧迫错误在所难免。设计由光电

48、装置自动门有感而发。工 业的快速发展已成为当今国家快速发展的重要手段之一。而在工业发展中事故的 发生也是常有的事，提高工业效率，以人为本，是当今社会水平不断提高的重要 指标。本设计正是对当今工业的发展全面了解之后而想到的。 光电检测技术具有测量精度高、速度快、非接触、频宽和信息量大信息效率 极高，以及自动化程序高等突出特点，发展十分迅速并推动着信息科学技术的发 展。光电检测技术将光电技术与电子技术相结合实现各种检测，具体如下特点： 高精度、高速度、远距离、大量程、非接触检测、寿命长等特点。但设计也有不 足之处，由于冲床自身的特点：冲力大、环境差、对光电保护装置有影响这一点 很重要，在工业设计中

49、必须给予考虑。因为实验基础少对电阻和电容的选用不是 很合理。多做实验、多总结才能够灵活运用电子知识去解决问题，以后多加注意 对这方面的提高，才能更好的运用传感器。 光电检测技术是一个具有非常光明发展前途的宽广域，已渗透到了许多科学 领域。广泛用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学等领域。在这些领域 中几乎都涉及到将光辐射信息转换为电信检测控制问题，展现出了独特的优势。 光电检测技术是光电技术的核心，已成为信息技术中最活跃的高新技术之一,利 用好传感器对生活有着积极的作用。 谢 辞 毕业设计是把上大学所学的知识做一次大的总结，是将所学的内容运用到实 际，是理论与实际相结合的又一次升华，大学所

50、学到的不只是书本的内容，还得 学习书本以外自己感兴趣的东西，本次毕业设计就是基于自己的嗜好去做的。 由于自己所学的内容有限，而传感器也正处于流行阶段，五花八门的传感器 想更深层次的去了解必须运用现在网络去查找资料，和传感器相关的书本，不过 这些内容还是会让人费解，例如：这次设计的控制部分，很多资料也都是一样的， 也不容易理解，不过互相探讨也是个好主意，这次设计特别的感谢孙老师在百忙 中抽出时间帮我分析电器图，按照电气控制的正常模式来分析电气控制部分，通 过电气控制来领略全图，多面分析，深入透彻，让我对整个设计有个全面的、深 层次的理解，在这里还要特别感谢赵辉同学，他对电子电路的更深层次的理解让

51、 人佩服，从点到面线，从线到整个电路图与电气图，相结合融会贯通，是这次毕 业设计更显得容易，整体思路清晰，明朗化，是我更有信心做好这次毕业设计。 一个复杂的东西让一个人干也能行，不过闭门造车，这种做法早已在信息化 迅速发展的今天落伍了，听百家之言，总结经验，取其精华，不仅让你有驾轻就 熟，少走弯路，而且还可以让你节省大量的时间，去做别的事情。通过这次毕业 设计，是我又一次对大学所学的知识做了一次全面的总结，使我重新反思大学的 生活，觉得大学的生活不仅要学习书本的知识，而且还要多观察，勤思考，多实 践，才能出真知。 参考文献 1 路松行.电路与电子技术.西安电子科技大学出版社,2007 P158

52、P179 2 肖景和.数字集成电路应用精髓.人民邮电出版.2003 P142P148 3 陈有卿 叶桂娟.555 时基电路原理设计及应用.电子工业出版社,2007 P20P30 4 徐巧鱼.传感器工作原理.人民邮电出版社,1998 P271P272 5 王俊峰 孟令启.现代传感器应用技术.机械工业出版社,2006 P204P203 6 数字电路与逻辑设计.电子工业出版社.2003 P75P79 7 传感器应用 300 例(下册).北京航空航天大学出版社 P241 8 李孟源.测试技术基础.机械工业出版社 P104P136 9陈振官 陈宏威等.光电子电路及制作实例.国防工业出版社 P34P40

53、10陈永甫.探测与控制电路.人民邮电出版社 P3447 11王煜东.传感器及应用.北京:机械工业出版设,2003 P247P249 12黄继昌.传感器工作原理及应用实例.北京:人民邮电出版社,2000 P178P190 13赵负图.现代传感器集成电路.北京: 人民邮电出版社,2000 P247P305 14王伯雄.测试技术基础.北京:清华大学出版社,2003 P289P331 15郑国钦.集成传感器应用入门.杭州:浙江科学出版社,2002 P213P224 16孙肖子,刘刚,孙万荣.传感器及其应用.北京:电子工业出版社,1996 P140P143 附 录 冲床光电保护装置工作原理图 外文资料翻

54、译 PHOTOELECTRIC SENSOR IN THE APPLICATION OF AUTOMATED Photoelectric sensor is used as a photoelectric detection device components, the first changes to be measured into a signal of change, and then using optoelectroniccomponents to optical signals for further conversion to electrical signals. Photo

55、electricsensor is usually light, optical access and optoelectronic components 3 parts. Photoelectric detection method has high precision, fast response, non-contact, etc., and more measurable parameters, the sensor structure is simple, flexible and diverse forms, small size. In recent years, with th

56、e development of photovoltaic technology, has become a series of photoelectric sensor products, its species and the increasing output, the user can choose according to the needs of a variety of specifications products, light industry in a variety of automatic machines to obtain a wide range of appli

57、cations. 1. photoelectric detector strip deviation Deviation strip detector used to detect materials in the processing zone in the size of deviation from the correct position and direction, so as to provide corrective control circuit correction signal, mainly used in printing and dyeing, feed, film,

58、 tape production process. Photoelectric detector strip deviation principle are as follows. Issued by the light source through a convergent lens for the parallel-beam, into the lens 2, then converged on the photosensitive resistor. Parallel beam in the way to reach the lens 2, some light strip measur

59、ed by the shelter, so that photo spread to reduce the resistance of the flux. 2. Photoelectric detection GC Optoelectronic packaging materials, the principle of GC-MS detection. If the package provides background for the white goods, due to poor quality, some yellowing appear in the product package

60、before the first photoelectric detection of GC-MS, there are articles comparing yellowing when the output voltage difference, connected to the solenoid valve by the compression the air will blow yellowing items. 3. Colorful plastic film packaging bag position control Plastic film packing machine con