沖床保安電路制作（或非門）

沖床保安電路（或非門）

1.緒論

在生產(chǎn)中,操作工人因誤踏沖床開關(guān)而導(dǎo)致的傷手斷指現(xiàn)象,曾屢見不鮮。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)問題,防止誤踏開關(guān)而發(fā)生人身事故,許多有識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)運而生。

沖床保安裝置就結(jié)構(gòu)和線路來說,有簡單的,也有復(fù)雜的,其種類繁多。從動作原理看,分感應(yīng)式、光電式、紅外式諸種;以光源來區(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、光敏電阻和光電開關(guān)管等均很適宜。這里,向大家介紹一種設(shè)計簡便、沖床保安電路,這種沖床保安裝置的結(jié)構(gòu)非常簡單。

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，形成了一個保護網(wǎng)，當是有物體進入保護網(wǎng)，當從中有光線被物體擋住，通過內(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信號用于機床如沖床，壓力機等緊急剎車。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，只要有身體的任何一部分遮斷光線，就會導(dǎo)致機器進入安全狀態(tài)而不會給操作人員帶來傷害。如圖1.1所示。

接線原理圖

圖1.1沖床保安電路圖

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

2. 設(shè)計前的準備工作及思路

在確定了要做“沖床保安電路”這個設(shè)計課題后，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，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)計理清了頭緒，在腦海中形成一個清晰的設(shè)計思路。大致想出整體原理圖，并且到市場上購買必須的電氣元件，為課題做好充分準備。

采用或非門設(shè)計一個沖床保安電路，操作人員的手進入危險區(qū)時電動機的控制電路會自動斷開。利用光感原件的控制原理設(shè)計電路來控制電動機的控制電路，從而保證操作人員的人身安全。沖床安全保護控制器，能在手靠近模具時，自動斷開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。該沖床安全保護控制器電路由直流穩(wěn)壓電源電路、紅外檢測控制電路和控制執(zhí)行電路組成。當檢測到手或其他物品伸入，其常開觸頭斷開，切斷沖床電磁離合器的工作電源。此時即使接通開關(guān)S，電磁離合器也不會通電工作，從而保證了操作者的安全。

3. 器件的選取及介紹

元器件的選取其實是重要的一個步驟，它的選擇是否恰當直接影響電路圖的繪制，以及課題設(shè)計能否順利進行。為了使自己所設(shè)計的電路圖盡量顯得準確簡便，可預(yù)先想好電路的元件，課程設(shè)計的要求為或非門電路，74LS02為或非門電路正好滿足要求，并且其動作穩(wěn)定設(shè)計簡單，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：實現(xiàn)2輸入四或非門功能，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。（此處實驗用白光代替，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)光器件一一對應(yīng)形成保護光幕產(chǎn)生通光、遮光信號同時通過信號電纜將信號傳輸給控制器對外部設(shè)備進行控制。

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

4.信號電纜用來傳輸控制器和發(fā)光器、受光器之間的信號。

5.控制電纜用來連接控制器和機床、設(shè)備以實現(xiàn)機床或其他設(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臺上。

4.電路設(shè)計

控制器為發(fā)光器、受光器供電并接收受光器傳送的通光、遮光信號輸出控制信號控制機床的制動控制回路或其他設(shè)備的報警裝置實現(xiàn)機床停止運行或安全報警。控制器有內(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。

沖床安全保護控制器電路直流穩(wěn)壓電源電路由機床電源總開關(guān)出5v控制電路電源供電，本次實驗為5v電池供電。紅外檢測控制電路由發(fā)光二極管代替，實驗室為了更好的觀察到實驗光源的遮擋效應(yīng)，故用可可見光作為素材。紅外檢測控制電路由光敏二極管作為檢測機構(gòu)�？刂茍�(zhí)行電路由74LS02控制繼電器來控制帶內(nèi)源信號。使其產(chǎn)生通斷效應(yīng)。控制機器電源打開或者是關(guān)閉。

當操作者的手接近模具空位附近時，手會將L1與V1之間的可見白光光路擋住，使繼電器截止。機器斷電。如果手不拿開，繼續(xù)給電機器也不會正常工作。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，形成保護光幕。當光幕被遮擋時，受光器產(chǎn)生一遮光信號，通過信號導(dǎo)線傳輸?shù)娇刂破�，控制器將此信號進行處理，產(chǎn)生一控制信號，控制機床的制動控制回路或其他設(shè)備的報警裝置，實現(xiàn)機床停車或安全報警。

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。當焊接器熱到能夠融化錫絲的時候，取下焊接器將錫絲融化到焊接器上（按照電路圖進行焊接）。

2.細電線點在需要焊接的地方。然后同時將將沾有融化了的錫絲的焊接器點在那個地方。

3.這時，錫就會順著鐵絲向下滑到斷點，將電線和線路板融為一體。

4.這時，慢慢移走焊接器，保持不動，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。焊接時要嚴格按照 PCB 板上的缺口所指的方向，使芯片，底座與 PCB 三者的缺口都對應(yīng)。

   （3）焊接時要使焊點周圍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,一般電容值都是比較大的, 其電容器的引腳是分長短的以長腳對應(yīng)“+”號所在的孔。

   （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板上凸出方向相對應(yīng)。

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

   （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,先檢查所用型號,引腳位置是否符合要求，焊接時先焊邊沿對腳的二只引腳,以使其定位然后再從左到右自上而下逐個焊接。  

   （10）對引腳過長的電器元件,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，檢查是否有虛焊以及短路的情況的發(fā)生。

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

5.調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

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

（2）通電檢查(通電正常運行以后，將手伸到發(fā)光出進行遮擋實驗查看是否正常斷電。)

（3）信號調(diào)試（發(fā)現(xiàn)工作不正常時，找問題。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)計出來后，接下來就是焊接操作，按圖接好線后開始驗證設(shè)計電路的準確性，也就是進行調(diào)試。剛開始的時候，我連接上穩(wěn)壓電源后，電路沒有反應(yīng)，LED燈根本不能發(fā)光，自己竟然沒找出來原因。看上去板子沒出錯，但就是有錯誤找不出。

    首先找一個萬用表來測試，看用歐姆檔時，指針的偏轉(zhuǎn)情況，但是電路連接是沒有什么問題。完成了第一個調(diào)試任務(wù)后，我又發(fā)現(xiàn)，繼電器有輸出電壓，但是LED燈信號沒有亮，當然，理論上錯誤應(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有異常，但令我失望的是測試出來并沒有出錯。仔細看著圖，思索良久，我認為問題就出在此處。于是，我想出以下解決辦法：

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

   （2）進行參數(shù)的計算，估算阻值的大小。重新先擇合適的電阻大小對二極管正常供電；

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

如圖5.1沖床保安電路實物圖所示。

模型圖

圖5.1沖床保安電路實物