毕业设计(论文)冲床光电保护装置的研制.doc
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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,工人则无法启动冲床,这就可以从
2、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 OF OPTOELECTRONIC P
3、ROTECTIVE DEVICESABSTRACTWhen 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 bodily other spots whether
4、 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 relay not to be able t
5、o 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 contact to cause the punc
6、h 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 signal moreover also to be
7、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, responds quickly, the
8、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 choice security high shade
9、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21.1 选用冲床保护装置的介绍21.2保护装置设计要求21.3冲床光电保护电路3第2章 光电保护装置原理分析42.1 分析光电传感器的选择52.2 发射和接受电路分析8第3章 放大、选通、检波电路分析103.1 放大电路分析103.2 选通电路分析103.3 检波电路
10、分析11第4章 控制驱动电路124.1 控制电路分析124.2 驱动电路分析124.3 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145.1 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 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
11、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
12、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,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。
13、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。检波红外发光管光敏三
14、极管放大选通反相比较振荡器功率驱动功率驱动电路故障检测自检记忆故障告警电路一次启动记忆行程连锁制动电磁铁同相比较SXS(启动开关)同相信号反相信号图11冲床光电保护装置的工作原理图逻辑电路第2章 光电保护装置原理分析发射电路采用555时基集成电路 组成多谐振荡器,工作电压为4.518V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
15、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1和一个输出端3,一个公共端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
16、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
17、离要求。J2325型压力机滑块行程为75 cm,若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
18、束. 红外光是人眼看不见的光,是一种电磁波。红外光是比红色光的波长(0.7mm)还长的光波。通常将电磁波谱中间距为0.761000mm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(0.763.0mm)、中红外(3.06.0mm)、中远红外(6.020mm)和远红外(201000mm)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0.761.60mm(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
19、为7801550nm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,而用红外管则可调制到数十兆赫。(5) 机械强度
20、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
21、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,b又趋于下降,故随入射光度的增强,趋于饱和。在IV特征中,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
22、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硅光敏三极管参数型号符号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3DU11115100.30.51.033303DU1124530503DU11375501003DU12115101.02.0303DU1224530503DU12375501003DU13115102.5303DU1324530503DU133755010
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