沖床保安電路制作（或非門）

ID:439695 · 發表于 2018-12-4 23:54

沖床保安電路（或非門）

1.緒論

1.1概述

在生產中,操作工人因誤踏沖床開關而導致的傷手斷指現象,曾屢見不鮮。事故發生后,既造成了工傷者的終身痛苦,又使生產受到直接影響。為解決沖床的安全生產問題,防止誤踏開關而發生人身事故,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運而生。

沖床保安裝置就結構和線路來說,有簡單的,也有復雜的,其種類繁多。從動作原理看,分感應式、光電式、紅外式諸種;以光源來區別,可用白熾燈、發光二極管、紅外發光管或其它電光源: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管等均很適宜。這里,向大家介紹一種設計簡便、沖床保安電路,這種沖床保安裝置的結構非常簡單。

安全光幕由投光器和受光器兩部分組成。投光器發射出調制的紅外光，由受光器接收，形成了一個保護網，當是有物體進入保護網，當從中有光線被物體擋住，通過內部控制線路，受光器電路馬上作出反應，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，就會導致機器進入安全狀態而不會給操作人員帶來傷害。如圖1.1所示。

圖1.1沖床保安電路圖

1.2課題原理及目的

光電保護器的工作原理是：發光器發射光信號由受光器接收，形成保護光幕，受光器監控光幕的通斷狀態，并把光幕的通斷信號通過內部電路處理，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，實現設備停止或發出安全報警。從而保證人身安全。

2. 設計前的準備工作及思路

2.1準備工作

在確定了要做“沖床保安電路”這個設計課題后，我首先復習了教材，使自己掌握了一些必要的理論知識，在此基礎之上，我帶著課題又參考了有關“保安電路”的一些資料，為自己的課程設計理清了頭緒，在腦海中形成一個清晰的設計思路。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。

2.2設計思路

采用或非門設計一個沖床保安電路，操作人員的手進入危險區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壓電源電路、紅外檢測控制電路和控制執行電路組成。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

3.1元器件的選取

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，以及課題設計能否順利進行。為了使自己所設計的電路圖盡量顯得準確簡便，可預先想好電路的元件，課程設計的要求為或非門電路，74LS02為或非門電路正好滿足要求，并且其動作穩定設計簡單，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

元器件	個數
繼電器	1
74LS02	1
電阻	2個10ｋΩ，1個2ｋΩ，1個500Ω
二極管	2
導線	若干

3.2主要元件介紹

如圖3.174LS02引腳圖所示。

圖3.1 74LS02引腳圖

功能：實現2輸入四或非門功能，常用于各種數字電路中

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.發光器由若干發光器件組成發射紅外光線。（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光器的發光器件一一對應形成保護光幕產生通光、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備進行控制。

3.發光器發射光信號由受光器接收，受光器監控光幕的通斷狀態，并把光幕的通斷信號通過內部電路處理，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，實現設備停止或發出安全報警。

4.信號電纜用來傳輸控制器和發光器、受光器之間的信號。

5.控制電纜用來連接控制器和機床、設備以實現機床或其他設備的安全控制。

6.安裝支架把發光器與受光器固定在機臺上。

4.電路設計

4.1基本原理

控制器為發光器、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備的報警裝置實現機床停止運行或安全報警�？刂破饔袃戎檬娇刂破骱屯庵檬娇刂破鲀煞N類型內置式控制器結構小巧緊湊可安裝在設備的控制箱內外置式控制器結構美觀牢固可直接安裝在設備上方便操作及光幕通光、遮光狀態的觀察。

4.2設計思路

沖床安全保護控制器電路直流穩壓電源電路由機床電源總開關出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，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�？刂茍绦须娐酚�74LS02控制繼電器來控制帶內源信號。使其產生通斷效應�？刂茩C器電源打開或者是關閉。

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，繼續給電機器也不會正常工作。保證工人安全。

4.3電路原理分析

如圖4.1電路原理分析圖所示。

圖4.1電路原理圖

如圖4.1示發光器發出的光直射到受光器，形成保護光幕。當光幕被遮擋時，受光器產生一遮光信號，通過信號導線傳輸到控制器，控制器將此信號進行處理，產生一控制信號，控制機床的制動控制回路或其他設備的報警裝置，實現機床停車或安全報警。

如圖4.2沖床保安電路PCB圖所示。

圖4.2沖床保安電路PCB圖

4.4電路板焊接及注意事項

1.首先將電烙鐵通電預熱。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。

4.5 注意事項：

（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。

（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“+”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。

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

（8）裝完同一種規格后再裝另一種規格,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.調試過程中出現的問題及解決方法

5.1 調試

（1）斷電檢查（板子有沒有因手工問題產生重連或者短路現象。）

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

（3）信號調試（發現工作不正常時，找問題。發現哪里先擇不合適重新調換，選用合適零件。）

5.2 出現問題

電路圖設計出來后，接下來就是焊接操作，按圖接好線后開始驗證設計電路的準確性，也就是進行調試。剛開始的時候，我連接上穩壓電源后，電路沒有反應，LED燈根本不能發光，自己竟然沒找出來原因�？瓷先グ遄記]出錯，但就是有錯誤找不出。

5.3 解決方法

首先找一個萬用表來測試，看用歐姆檔時，指針的偏轉情況，但是電路連接是沒有什么問題。完成了第一個調試任務后，我又發現，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進行了仔細的檢查，確保和所需原件的參數相同，又對電路整體進行是否通路進行檢測；檢測完發現沒什么問題。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，發現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。

5.4 實物圖