沖床保安電路制作（或非門(mén)）

沖床保安電路（或非門(mén)）

1.緒論

在生產(chǎn)中,操作工人因誤踏沖床開(kāi)關(guān)而導(dǎo)致的傷手?jǐn)嘀脯F(xiàn)象,曾屢見(jiàn)不鮮。事故發(fā)生后,既造成了工傷者的終身痛苦,又使生產(chǎn)受到直接影響。為解決沖床的安全生產(chǎn)問(wèn)題,防止誤踏開(kāi)關(guān)而發(fā)生人身事故,許多有識(shí)之士不遺余力地致力于保安措施的研究,各種用于沖床保安的電子裝置便應(yīng)運(yùn)而生。

沖床保安裝置就結(jié)構(gòu)和線路來(lái)說(shuō),有簡(jiǎn)單的,也有復(fù)雜的,其種類繁多。從動(dòng)作原理看,分感應(yīng)式、光電式、紅外式諸種;以光源來(lái)區(qū)別,可用白熾燈、發(fā)光二極管、紅外發(fā)光管或其它電光源:若按光接收器所選元件而論,則光敏管、光敏電阻和光電開(kāi)關(guān)管等均很適宜。這里,向大家介紹一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、沖床保安電路,這種沖床保安裝置的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。

安全光幕由投光器和受光器兩部分組成。投光器發(fā)射出調(diào)制的紅外光，由受光器接收，形成了一個(gè)保護(hù)網(wǎng)，當(dāng)是有物體進(jìn)入保護(hù)網(wǎng)，當(dāng)從中有光線被物體擋住，通過(guò)內(nèi)部控制線路，受光器電路馬上作出反應(yīng)，即在輸出部分輸出一個(gè)信號(hào)用于機(jī)床如沖床，壓力機(jī)等緊急剎車(chē)。在這種情況下，采用光柵和光幕就是最佳的選擇。在操作人員送取料時(shí)，只要有身體的任何一部分遮斷光線，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器進(jìn)入安全狀態(tài)而不會(huì)給操作人員帶來(lái)傷害。如圖1.1所示。

接線原理圖

圖1.1沖床保安電路圖

光電保護(hù)器的工作原理是：發(fā)光器發(fā)射光信號(hào)由受光器接收，形成保護(hù)光幕，受光器監(jiān)控光幕的通斷狀態(tài)，并把光幕的通斷信號(hào)通過(guò)內(nèi)部電路處理，直接輸出低電平（通過(guò)時(shí)）或高電平（擋光時(shí)），由傳輸線接到PLC或報(bào)警器報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)設(shè)備停止或發(fā)出安全報(bào)警。從而保證人身安全。

2. 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作及思路

在確定了要做“沖床保安電路”這個(gè)設(shè)計(jì)課題后，我首先復(fù)習(xí)了教材，使自己掌握了一些必要的理論知識(shí)，在此基礎(chǔ)之上，我?guī)е�課題又參考了有關(guān)“保安電路”的一些資料，為自己的課程設(shè)計(jì)理清了頭緒，在腦海中形成一個(gè)清晰的設(shè)計(jì)思路。大致想出整體原理圖，并且到市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)必須的電氣元件，為課題做好充分準(zhǔn)備。

采用或非門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)沖床保安電路，操作人員的手進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)電動(dòng)機(jī)的控制電路會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。利用光感原件的控制原理設(shè)計(jì)電路來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的控制電路，從而保證操作人員的人身安全。沖床安全保護(hù)控制器，能在手靠近模具時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)沖床電磁離合器的供電回路，可防止沖床損傷操作者手部，保證了操作者的安全。該沖床安全保護(hù)控制器電路由直流穩(wěn)壓電源電路、紅外檢測(cè)控制電路和控制執(zhí)行電路組成。當(dāng)檢測(cè)到手或其他物品伸入，其常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，切斷沖床電磁離合器的工作電源。此時(shí)即使接通開(kāi)關(guān)S，電磁離合器也不會(huì)通電工作，從而保證了操作者的安全。

3. 器件的選取及介紹

元器件的選取其實(shí)是重要的一個(gè)步驟，它的選擇是否恰當(dāng)直接影響電路圖的繪制，以及課題設(shè)計(jì)能否順利進(jìn)行。為了使自己所設(shè)計(jì)的電路圖盡量顯得準(zhǔn)確簡(jiǎn)便，可預(yù)先想好電路的元件，課程設(shè)計(jì)的要求為或非門(mén)電路，74LS02為或非門(mén)電路正好滿足要求，并且其動(dòng)作穩(wěn)定設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，更適合作為保安電路使用。

如下表3.1所示。

表3.1器件及個(gè)數(shù)

如圖3.174LS02引腳圖所示。

74LS02引腳圖

圖3.1 74LS02引腳圖

功能：實(shí)現(xiàn)2輸入四或非門(mén)功能，常用于各種數(shù)字電路中

輸入端：2；5；9；12；3；6；8；11

輸出端：1；4；10；13

邏輯表達(dá)式：Y=A+B

1.發(fā)光器由若干發(fā)光器件組成發(fā)射紅外光線。（此處實(shí)驗(yàn)用白光代替，有很好的可視程度。）

2.受光器由若干受光器件組成接受紅外光線與發(fā)光器的發(fā)光器件一一對(duì)應(yīng)形成保護(hù)光幕產(chǎn)生通光、遮光信號(hào)同時(shí)通過(guò)信號(hào)電纜將信號(hào)傳輸給控制器對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行控制。

3.發(fā)光器發(fā)射光信號(hào)由受光器接收，受光器監(jiān)控光幕的通斷狀態(tài)，并把光幕的通斷信號(hào)通過(guò)內(nèi)部電路處理，直接輸出低電平（通過(guò)時(shí)）或高電平（擋光時(shí)），由傳輸線接到PLC或報(bào)警器報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)設(shè)備停止或發(fā)出安全報(bào)警。

4.信號(hào)電纜用來(lái)傳輸控制器和發(fā)光器、受光器之間的信號(hào)。

5.控制電纜用來(lái)連接控制器和機(jī)床、設(shè)備以實(shí)現(xiàn)機(jī)床或其他設(shè)備的安全控制。

6.安裝支架把發(fā)光器與受光器固定在機(jī)臺(tái)上。

4.電路設(shè)計(jì)

控制器為發(fā)光器、受光器供電并接收受光器傳送的通光、遮光信號(hào)輸出控制信號(hào)控制機(jī)床的制動(dòng)控制回路或其他設(shè)備的報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)床停止運(yùn)行或安全報(bào)警�？刂破饔袃�(nèi)置式控制器和外置式控制器兩種類型內(nèi)置式控制器結(jié)構(gòu)小巧緊湊可安裝在設(shè)備的控制箱內(nèi)外置式控制器結(jié)構(gòu)美觀牢固可直接安裝在設(shè)備上方便操作及光幕通光、遮光狀態(tài)的觀察。

沖床安全保護(hù)控制器電路直流穩(wěn)壓電源電路由機(jī)床電源總開(kāi)關(guān)出5v控制電路電源供電，本次實(shí)驗(yàn)為5v電池供電。紅外檢測(cè)控制電路由發(fā)光二極管代替，實(shí)驗(yàn)室為了更好的觀察到實(shí)驗(yàn)光源的遮擋效應(yīng)，故用可可見(jiàn)光作為素材。紅外檢測(cè)控制電路由光敏二極管作為檢測(cè)機(jī)構(gòu)�？刂茍�(zhí)行電路由74LS02控制繼電器來(lái)控制帶內(nèi)源信號(hào)。使其產(chǎn)生通斷效應(yīng)。控制機(jī)器電源打開(kāi)或者是關(guān)閉。

當(dāng)操作者的手接近模具空位附近時(shí)，手會(huì)將L1與V1之間的可見(jiàn)白光光路擋住，使繼電器截止。機(jī)器斷電。如果手不拿開(kāi)，繼續(xù)給電機(jī)器也不會(huì)正常工作。保證工人安全。

如圖4.1電路原理分析圖所示。

原理圖

圖4.1電路原理圖

如圖4.1示發(fā)光器發(fā)出的光直射到受光器，形成保護(hù)光幕。當(dāng)光幕被遮擋時(shí)，受光器產(chǎn)生一遮光信號(hào)，通過(guò)信號(hào)導(dǎo)線傳輸?shù)娇刂破鳎�控制器將此信�?hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生一控制信號(hào)，控制機(jī)床的制動(dòng)控制回路或其他設(shè)備的報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)床停車(chē)或安全報(bào)警。

如圖4.2沖床保安電路PCB圖所示。

沖床保安電路pcb圖

圖4.2沖床保安電路PCB圖

1.首先將電烙鐵通電預(yù)熱。當(dāng)焊接器熱到能夠融化錫絲的時(shí)候，取下焊接器將錫絲融化到焊接器上（按照電路圖進(jìn)行焊接）。

2.細(xì)電線點(diǎn)在需要焊接的地方。然后同時(shí)將將沾有融化了的錫絲的焊接器點(diǎn)在那個(gè)地方。

3.這時(shí)，錫就會(huì)順著鐵絲向下滑到斷點(diǎn)，將電線和線路板融為一體。

4.這時(shí)，慢慢移走焊接器，保持不動(dòng)，直到融化了的錫絲凝固了以后，就成功的將電線接在線路板上了。

  （1）元器件裝焊順序依次為:電阻器、繼電器、二極管、LED燈、74LS02、大功率管其它元器件為先小后大。

   （2）芯片與底座都是有方向的。焊接時(shí)要嚴(yán)格按照 PCB 板上的缺口所指的方向，使芯片，底座與 PCB 三者的缺口都對(duì)應(yīng)。

   （3）焊接時(shí)要使焊點(diǎn)周?chē)�都有錫將其牢牢焊住，防止虛焊。

   （4）在焊接圓形的極性電容器時(shí),一般電容值都是比較大的, 其電容器的引腳是分長(zhǎng)短的以長(zhǎng)腳對(duì)應(yīng)“+”號(hào)所在的孔。

   （5）芯片在安裝前最好先兩邊的針腳稍稍彎曲,使其有利于插入底座對(duì)應(yīng)的插口,

   （6）電位器也是有方向的,其旋鈕要與PCB板上凸出方向相對(duì)應(yīng)。

   （7）取電阻時(shí),找到所需電阻后,拿剪刀剪下所需數(shù)目電阻,并寫(xiě)上電阻以便查找。

   （8）裝完同一種規(guī)格后再裝另一種規(guī)格,盡量使電阻器的高低一致，焊完后將露在印制電路板表面多余引腳齊根剪去。  

   （9）焊接集成電路時(shí),先檢查所用型號(hào),引腳位置是否符合要求，焊接時(shí)先焊邊沿對(duì)腳的二只引腳,以使其定位然后再?gòu)淖蟮接易陨隙�下逐個(gè)焊接。  

   （10）對(duì)引腳過(guò)長(zhǎng)的電器元件,如繼電器,電阻等。焊接完后，要將其剪短。

   （11）焊接后用放大鏡查看焊點(diǎn)，檢查是否有虛焊以及短路的情況的發(fā)生。

   （12）當(dāng)電路連接完后，最好用清洗劑對(duì)電路的表面進(jìn)行清洗，以防電路板表面附著的鐵屑使電路短路。

5.調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

（1）斷電檢查（板子有沒(méi)有因手工問(wèn)題產(chǎn)生重連或者短路現(xiàn)象。）

（2）通電檢查(通電正常運(yùn)行以后，將手伸到發(fā)光出進(jìn)行遮擋實(shí)驗(yàn)查看是否正常斷電。)

（3）信號(hào)調(diào)試（發(fā)現(xiàn)工作不正常時(shí)，找問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)哪里先擇不合適重新調(diào)換，選用合適零件。）

    電路圖設(shè)計(jì)出來(lái)后，接下來(lái)就是焊接操作，按圖接好線后開(kāi)始驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的準(zhǔn)確性，也就是進(jìn)行調(diào)試。剛開(kāi)始的時(shí)候，我連接上穩(wěn)壓電源后，電路沒(méi)有反應(yīng)，LED燈根本不能發(fā)光，自己竟然沒(méi)找出來(lái)原因�？瓷先グ遄記](méi)出錯(cuò)，但就是有錯(cuò)誤找不出。

    首先找一個(gè)萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試，看用歐姆檔時(shí)，指針的偏轉(zhuǎn)情況，但是電路連接是沒(méi)有什么問(wèn)題。完成了第一個(gè)調(diào)試任務(wù)后，我又發(fā)現(xiàn)，繼電器有輸出電壓，但是LED燈信號(hào)沒(méi)有亮，當(dāng)然，理論上錯(cuò)誤應(yīng)該出在繼電器上。于是我很自然的想到查看繼電器的組件有沒(méi)有異常，但令我失望的是測(cè)試出來(lái)并沒(méi)有出錯(cuò)。仔細(xì)看著圖，思索良久，我認(rèn)為問(wèn)題就出在此處。于是，我想出以下解決辦法：

   （1）換掉發(fā)光二極管，可能是實(shí)驗(yàn)的時(shí)候帶你他太高擊穿的了二極管；

   （2）進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算，估算阻值的大小。重新先擇合適的電阻大小對(duì)二極管正常供電；

   （3）接下來(lái)我又對(duì)元器件的參數(shù)進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，確保和所需原件的參數(shù)相同，又對(duì)電路整體進(jìn)行是否通路進(jìn)行檢測(cè)；檢測(cè)完發(fā)現(xiàn)沒(méi)什么問(wèn)題。我又重新接上電源測(cè)試了一次，但是LED燈還是不亮，最終我有對(duì)LED燈進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)LED燈是壞的我換了一個(gè)，接入電路后通電測(cè)試一切正常，最終原因是元器件損壞了。

如圖5.1沖床保安電路實(shí)物圖所示。

模型圖

圖5.1沖床保安電路實(shí)物