1、沖床光電保護裝置研制 摘 要 在沖床工作時，工人稍不留神就有發生事故的可能，該保護裝置就是為保護 工人安全的一種裝置。 它采用用光傳感器作為探測工人的手及其身體其他部位是否離開危險區的敏 感器件。若檢測到手及其它部位未離開危險區時，發光二極管發出光線被遮擋使 光敏三極管接受不到光信號，從而致使繼電器不能動作，使沖床立即制動停車， 如若正常運行且沒有遮擋時，光敏三極管接收發光二極管的光信號，通過四級放 大信號，對繼電器的觸點進行控制使沖床進行正常工作。除此之外，該裝置還有 故障自檢功能，在保護電路一旦出現故障致使自檢繼電器斷開從而觸點斷開，不 僅能及時發出故障信號而且還能自動閉鎖機床，工人則無法

2、啟動沖床，這就可以 從根本上解決保護電路失靈帶來的不安全問題。 光電傳感器通常由光源，光學通路和光電元件三部分組成的光信號。它們能 夠分別造成光源本身或光學通路的變化，從而影響傳感器輸出的電信號。光電傳 感器設計靈活，形式多樣，檢測方法具有精度高、反應快，敏感范圍敏感范圍遠 遠超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍，非接觸等優點，而且可 測參數多。近年來，隨著光電技術的發展，在越來越多的領域內得到廣泛的應用。 尤其適合工廠機械安全化要求，基于光電傳感的種類選擇安全性較高的遮光式傳 感器。 關鍵詞：光電傳感器，放大，自檢電路，繼電器觸點，電磁閥 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 錄 前 言1 第1章 沖床保護介紹2 1.1 選用沖床保護裝置的介紹2 1.2 保護裝置設計要求2 1.3 沖床光電保護電路3 第2章 光電保護裝置原理分析4 2.1 分析光電傳感器的選擇5 2.2 發射和接受電路分析8 第3章 放大、選通、檢波電路分

10、析10 3.1 放大電路分析10 3.2 選通電路分析10 3.3 檢波電路分析11 第4章 控制驅動電路12 4.1 控制電路分析12 4.2 驅動電路分析12 4.3 電路的元器件選擇即詳細計算13 第5章 故障自檢控制原理14 5.1 對電路元件作用分析14 結 論18 謝 辭19 參考文獻20 附 錄21 外文資料翻譯22 前前 言言 隨著現代科學技術以及復雜自動控制系統和信息處理技術的提高，光電 檢測技術作為一門研究光與物質相互作用發展起來的新興學科，已經成為現 代信息科學的一個極為重要的組成部分。光電檢測技術具有測量精度高、速 度快、非接觸、頻寬和信息量大信息效率極高，以及自動化程

11、序高等突出特 點，發展十分迅速并推動著信息科學技術的發展。它將光學技術與現代電子 技術相結合，廣泛用于工業、農業、家庭、醫學、軍事和空間科學等領域。 在這些領域中幾乎都涉及到將光輻射信息轉換為電信檢測控制問題，展現出 了獨特的優勢。光電檢測技術是光電技術的核心，已成為信息技術中最活躍 的高新技術之一。 光電檢測技術是以激光、紅外、光纖、等現代光電子器件作為基礎，通 過對被檢測物體的光輻射，經光電檢測器接收光輻射并轉換為電信號，由輸 入電路，放大濾波等檢測電路提取有用信息，再經放大處理去控制執行元件。 自 20 世紀 60 年代激光器誕生以來，光電檢測技術在理論及應用方面都 去得了巨大的發展。光

12、電技術與微電子技術相互結合，相互交叉，相互滲透 形成了光電檢測信息技術。通信中使用了光纖技術，促進了光技術的發展， 激光器的發明使光波的調制與解調成為可能，進而使電子檢測技術的各種基 礎知識，如放大與振蕩、調制與解調等概念幾乎移植到了光頻段的光電檢測 技術。這一先進技術使人類能更有效地擴展自身的視覺能力，使視覺的長波 延伸到亞毫米波，短波延伸到紫外、X 射線，并在超快條件下檢測諸如：核 反應、航空器發射等變化過程。光電檢測技術將光電技術與電子技術相結合 實現各種檢測，具體如下特點：高精度、高速度、遠距離、大量程、非接觸 檢測、壽命長等特點。所以光電檢測技術是一個具有非常光明發展前途的寬 廣域，

13、已滲透到了許多科學領域。 第 1 章 沖床保護介紹 1.1 選用沖床保護裝置的介紹 沖床最大壓力為 250KN，電機為 2.5KW 經兩級減速驅動曲柄滑塊機構來進 行工作。在沖床工作時，工人稍不留神就有可能發生事故，該裝置就是為保護工 人安全的一種裝置，它采用光電傳感器作為探測工人的手及身體其它部位是否離 開危險區的敏感器件。 1.2 保護裝置設計要求 1若檢測到手及其它部位未離開危險區域，光電保護裝置立即動作使沖床 立即停車。 2 電路故障自檢功能，在保護電路一旦出現故障時，不僅能及時發出故障 警告信號而且還能自鎖機床，工人無法再啟動車床，這可以從根本上解決保護電 路失靈帶來的不安全問題。附

14、錄為沖床光電保護裝置的電路原理圖。如圖 11 所示為該裝置的工作原理圖。 1.3 沖床光電保護電路 有紅外發射、紅外接受、控制三大部分組成，而控制又有光電保護控制和故 障自檢控制。 紅外 發光 管 光敏 三極 管 放大選通 反相 比較 振蕩 器 1 K 功率 驅動 2 K 功率 驅動 電路故障檢測 自檢記憶 3 K 故障告警電路 一次啟動記憶 4 K 行程 連鎖 制動 電磁 鐵 同相 比較 SX S（啟動 開關） 同相 信號 反相信號 2 2 K 1 2K 1 2 K 3 2 K 圖 11 沖床光電保護裝置的工作原理圖 第 2 章 光電保護裝置原理分析 邏輯 電路 檢波 發射電路采用 555

15、時基集成電路 組成多諧振蕩器，工作電壓為 4.518V 1 IC 其輸出又要驅動三個發光二極管，而線性穩壓器只有 5V、 9V、 12V 、15V 、18V、 24V 等系列，故取 555 時基電路工作電壓為 12V，即可以降低功耗又能 驅動紅外發光二極管，7812 為三端集成穩壓器系數要求輸入、輸出均為 37V， 而常用小型直流繼電器的工作電壓又 3V、6V、9V、12V 等系列加上電路中其它 部位的壓降首先選用 12V 的直流繼電器，為保證可靠工作以及電源電壓的波動， 取電路中的直流電源電壓為 18V。為了知道光電保護電路是否通電，則用一個二 極管，三端集成穩壓器 7812，只有一個輸入端

16、 1 和一個輸出端 3，一個公共 18 VD 端 2。應用方便可靠及其參數如下：輸入電壓 19V 輸出電壓 12V 靜態電流 8mA 短路電流 2.2A 電壓差 2V 最大輸出電流 1.5A。 圖中的電容、均 3 C 45 CC、 6 C 為濾波電容。它們的取值應盡可能大，這樣輸出電壓更穩定。取 220F 選用 6 C 鋁電解電容， 均為高頻旁路電容，它們可以消除寄生高頻振蕩，使電壓波 4 C 5 C 形更為理想，與 7812 穩壓器配合使用為下一級電路提供可靠穩定的供電電壓。 沖床沖頭的運行與停止時通過電磁鐵和和相關機構，控制離合器的分離和吸 合以及制動器的放松與吸合等動作來實現的，那么就可

17、以認為制動電磁鐵 Y 不工 作，制動沖床停止運行，起到保護作用。 光電傳感器有對射式和反射式光電傳感器，由于對射式原理簡單價格便宜應 用廣泛，本設計也一樣用對射式傳感器。在使用光電傳感器時一般要考慮到發光 器件和受光器件所能感應的距離，在使用光電器件所能保護的范圍和分辨率的問 題。所以本設計通過紅外光的調制就能增強紅外二極管的發光強度，從而增大感 應范圍，在外接受三極管前端裝有凸透鏡，從而提高感應靈敏度。J2325 型壓 力機的寬度為 56cm，在紅外二極管發光經過調制以后感應距離何以達幾米至幾 十米，因此，任何經過發射接受均能滿足感應距離要求。J2325 型壓力機滑塊 行程為 75 cm，若

18、假定該光電器件的分辨率為 30mm，則只需 3 個光敏三極管接 受即可滿足要求。 2.1 分析光電傳感器的選擇： 遮光式光電傳感器一種用光電方法進行檢測的光電傳感器.發光器射出來的光 線對準接收器,當有目標物體把光線擋住時,接收器的輸出便發生變化.遮光式光電 傳感器有很多類型.最常見的是用一只發光器,一只接收器,在發光器與接收器之間 只有一束光線.另一種是槽式或叉式光電傳感器,這時,發光器和接收器都裝在同 一個機殼中,不存在對準的問題.光柵是由很多不同的發光器和不同的接收器排列 起來組成的,發光器裝在一個機殼中,接收器裝在另一個機殼中,當它們互相對準時, 便形成一片光束. 紅外光是人眼看不見的

19、光，是一種電磁波。紅外光是比紅色光的波長(0.7m) 還長的光波。通常將電磁波譜中間距為 0.761000m 的波普段稱為紅外光譜區。 一般把紅外光譜分為四個區域，即近紅外（0.763.0m） 、中紅外（3.06.0m） 、 中遠紅外（6.020m）和遠紅外（201000m）區。 實際上，目前在工業和民用的紅外光探測中使用的紅外光譜主要集中在 0.761.60m（7601600nm）的近紅外區。 2.1.1 采用近紅外光作為紅外探測光源，主要基于如下理由： 1. 一般接收用的光電二極管、光敏三極管都才用硅半導體材料制作而成，這 類管的接收峰值波長為 7801550nm 即管子對波長為 7801

20、550nm 的探測靈敏度 最高。 2. 紅外光射器件，發射波長在 8801550nm 范圍內，這與硅光接收器件（包 括發光二極管、光敏三極管）的響應波長相匹配，是探測靈敏度高，工作效率高。 3. 紅外發光二極管的特點： （1） 體積小。在投光距離相同的條件下，紅外發光二極管體積只有燈泡 的幾分之一。 （2） 壽命長。紅外發光二極管的壽命可達h 以上，至少要比鎢絲燈高 5 10 一個數量級。 （3） 功率小、省電。如果要照射 10m 遠的硅光敏器件，使之輸出某一定 的電流，如用鎢絲燈要 8W，而用紅外發光二極管只需要幾十毫瓦就可以了。 （4） 響應速度快。用鎢絲燈不能直接用光源調制光，而用紅外管

21、則可調 制到數十兆赫。 （5） 機械強度高。鎢絲燈的鎢絲懸掛在燈泡的中間，不耐震而紅外二極管 則經得起振動的沖擊。 由于紅外二極管的優點十分明顯，所以在這次設計中選用紅外二極管。常見 的紅外發光二極管其功率分為小功率（120 毫瓦）中功率（2050 毫瓦）和大功 率（50100 毫瓦）三大類。使用不同功率的紅外發光管時，應配置相應功率的驅 動管。紅外發光二級管均采用 TL38 型二極管，其峰值可達 400mA 平 13 VDVD 均電平為 150mA 左右頂端有一個鑄模透鏡，它能將發處的紅外光匯聚成為 60 度 的光束。 4. 光敏三極管原理結構與主要特征及選擇 （1） 原理結構 光敏三極管是

22、靠光的照射來控制電流器件，它可等效看做一個光敏三極管 與一只晶體三極管的結合，所以它具有放大能力的光電轉換三極管。其常用材料 為硅。一般僅引出集電極和發射極。在無光照射時，光敏三極管處于截止狀態， 五點信號輸出。當光信號照射其基極（受光窗口）時，光敏三極管將導通，從發 射極或集電極輸出放大后的電信號。 （2） 主要特征 a. 光照伏安特性： 光敏三極管在零偏壓下，即使受到光照也無光電流輸出，光電流與入射光 照度（或輻射度）并非總成線性關系，而在大約 514V 范圍內呈線性關系；在 低光照范圍由于三極管的電流放大系數下降，因而光電靈敏度降低；然而，在大 電流范圍內，又趨于下降，故隨入射光度的增強

23、，趨于飽和。在IV 特征中， C I 好的線性表現為曲線之間有較均勻的間距。欲要得較寬的線性工作區，宜用較高 的工作電壓與較小的負載電阻。 b. 輸出特性： 光敏三極管的輸出特性與一般晶體管特性相同，差別僅在于參數變量不同， 三極管的參變量為基極電流而光敏三極管的參變量為入射光照度，如圖（2-1 所 示）其它參數可參照表（21） 表 21 3DU110、120、130 及 3DU210、220、230 硅光敏三極管 反向擊穿電 壓 最高工作 電壓 暗電流光電流上升時間下降時間 最大功 耗 參數型號 符號 / 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 實驗條件0.5 ce IA ceD II Rm ce VV 無光照 10 ce VV 光照度 10001X 50 L R 10 ce VV 脈沖電流 幅度為 1mA 50 L R 10 ce VV 脈沖電流 幅度 1mA 注：1.3DU 1XX 型與 3DU 2XX 型參數都相同，僅外

25、型不同，3DU 1XX 外型為3X5，3DU2XX 外型為 5X8.6。 23DU 1XX 及 3DU 2XX 都是全塑封。 3.短腳為 c，長腳為 e。 4.波長峰值為 880nm，光譜范圍為 0.4m1.1m。 圖 2-1 入射光照與輸出電流的關系曲線 c. 光敏三極管的選擇： 根據上面圖表和下面所計算的光敏三極管計算值最高工作電壓為 30V，集電 極最大電流為 20mA，最大功耗為 25mV 所以選擇 3DUI32 為此次設計的光敏三 極管。 2.2 發射和接受電路分析： 發射電路采用 555 時基集成電路組成多諧振蕩器其輸出端直接驅動三只 1 IC 紅外發光二極管工作，當輸出端 A 為

26、低電平時發光二極管發出紅外光， 13 VDVD 當 A 點為高電平時發光二極管停止工作。發光二極管設置在沖模口危 13 VDVD 險區，形成一道 80 mm 高看不見的防線。為了增強紅外線的控制距離，紅外發光 二極管 VD 應工作于脈沖狀態，即工作電流是脈動的。因為脈動光（調制光）的 有效傳送距離與脈沖峰值電流成正比，只需盡量提高峰值就能增強紅外光的發 p I 射距離。提高的方法，是減小脈沖占空比即壓縮脈沖寬度一些彩電紅外遙控 p I 器，其紅外發光管的工作脈沖占空比為，一些電氣產品紅外發光器，其占空比是 11 43 （如本設計所示） 。 1 10 其具體電路分析如下： NE555 雙極型時基

27、集成電路其主要參數如下所示： 電源電壓 4.518V 工作電流典型值 10mA (=15V 空載) 閥值電壓 DD V DD V 2/3 輸出低電平電壓為 0.4V 輸出高電平電壓 13.3V DD V 根據圖中參數可知充電過程，也即輸出點平的時間 （21） 33 11 0.6930.693 75 0.01 100.0693 10tRC 、 放電過程也即輸出低電平時間 （22） 33 21 0.6930.693 75 0.01 100.5198 10tR C 、 該電路輸出波形的占空比為 （23） 1 10 t q tt 充 充放 輸出舉行脈沖的頻率 （24） 0 122 1.441.44 9

28、00 (2)(102 75) 0.01 fHZ RR C 起到穩壓參考電壓消除干擾的作用，由于時基電路時刻處于振蕩狀態，紅外發 2 C 光二極管也處于開關狀態，所以電路引入 RC 退耦電路起到濾波抗干擾作用， 為退耦電阻，其值越大退耦效果越好，本設計取為 1.2K 電容為退耦 4 R 4 R 78 C C 電容，起到濾波穩定輸出電壓的作用，用來濾除高頻寄生振蕩。紅外發射 7 C 8 C 管 TLN104 和紅外接受管 TLP104 主要參數如下表 22 所示： 表 22 紅外發射管 TLN104 和紅外接受管 TLP104 主要參數 正向工作 電流 峰值電流正向電壓反偏電流峰值波長光功率 TL

29、N104 60A60A 1.5V 25mW 最高工作電壓最大功率集電極最大電流 TLP104 30V150mW20mA 當時基電路輸出為高電平時反偏截止，處于截止狀態。 13 VDVD 13 VTVT 和組成的接受電路的支路電阻為無窮大，則 a ,b 兩點間的電壓為： 13 VTVT 5 R Uab= （25） 67 567 1211.76 RR VV RRR 當時基電路輸出為低電平時和接受管均導通，由于電容的 13 VDVD 13 VTVT 7 C 存在電容兩高端電壓不能突變，就相當與一個局部電源，此時 a ,b 兩點電壓仍 7 C 未 Uab=11.76V，此時通過 TLN104 的電流：

30、 （26） 3 3 7.4 122 ab N V ImA R 滿足參數條件 中的電流： 13 VTVT （27） 5 3 0.3 2.8 ab P V ImA R 滿足參數條件 飽和導通時集電極和發射極壓降為 0.3V,的值也滿足使用條件。 13 VTVT NP II和 第 3 章 放大、選通、檢波電路分析 3.1 放大電路分析： 紅外接受管接受到的是微弱的光電信號，經變換后產生了微弱的電信號不能 起到有效的控制和驅動負載的能力所以要進行放大處理，其具體過程如下： 采用 3DU 型光電三極管，它和構成一個光電轉換器，它將接收到的紅 13 VTVT 5 R 外光指令信號轉換為電信號，經耦合后由運

31、放 （）進行放大、 9 C 3 1 IC 3 2 IC 1 324 4 LM 比較。設計由 組成的分壓器對運放進行分壓偏置，將靜態時的同時輸 6 R 7 R 3 1 IC 入端電位墊高到大約為。電壓增益為： 1 9 2 DD VV （31） 3 1 9 8 510 127 22 2 IC R G R 3.2 選通電路分析： 放大了的電信號經耦合至選頻放大級（）和 10 C 3 2 IC 1 324 4 LM 組成 RC 網絡型選頻放大器，對接收到的信號進行選頻、放 1010111213 CRRRR、 大。選頻的目的在于發射來的信號進行選擇濾除鄰近發射器的干擾信號或其它干 擾信號。由組成的分壓器

32、將的同相位墊高至。光電 3 2 IC 1213 RR、 3 2 IC 1 9 2 DD VV 信號經放大后輸入到進行選通比較，選通比較的目的是提高接受電路的 3 1 IC 3 2 IC 抗干擾能力。選通信號選自的 A 輸出端，當 A 點為高電平時，發光二極管截 1 IC 止，的反相輸入端便可建立正常的比較電壓，只有光信號幅值大于該比較電 3 2 IC 壓時，才輸出高電平，從而達到抑制雜散信號的目的。 3 2 IC 3.3 檢波電路分析： 當紅外光無遮擋時，比較器輸出一系列正脈沖信號，經、倍壓 3 2 IC 4 VD 5 VD 檢波在 C 點建立起高電平。此時同相比較器輸出同相控制信號=1。反相

33、 3 3 IC T X 比較器輸出反相控制信號=0。當紅外光受到遮擋時，光電信號消失，C 3 4 IC F X 點變為低電平，兩比較器輸出控制信號相反即=0，=1. T X F X 電路分析過程：此次設計應用現在應用廣泛，性價比較高的四級運放集成放大器 LM324,LM324 內有 4 個高性能運算放大器，并且有相位補償電路耗電低，可用 正電源或正負雙電源工作，電源電壓范圍寬，正負電源為1.515V 輸出范圍 大，并可以低到 0V，電壓增益高（約 100 dB）LM324 內部包含四組電路結構完 全相同的運放電路。根據途中參數和 LM324 的性能參數做如下分析：四級運放 的工作條件，本設計均

34、一律用 15V 的單電源，那么就可以畫出在保護裝置正常運 行時的三種情況分析，各運放的輸出電壓以及有關元件的情況如下表 31 所示： 表 3-1 A 點電位在不同條件下與四個運算放大器的關系 A 點電位條件 3 1 IC 3 2 IC C V 3 3 IC 3 4 IC A 點高電平 （V） 15-15000 無遮擋 1715115-15 A 點低電平 （V） 有遮擋 7150-1515 第 4 章 控制驅動電路 4.1 控制電路分析 在控制信號和的作用下，經過半導體管和放大分別驅動和 T X F X 4 VT 5 VT 1 K 工作。由于繼電器在電路開始工作時已處于工作狀態，因此通過和的 2

35、 K 3 K 1 K 2 K 觸電和便可制動電磁鐵 Y。 1 2 K 2 2 K 為保證沖頭上行器件的去料與送料工序操作在遮擋光線時保護電路不工作電 路中設置的,和行程開關 XS 構成行程連鎖回路，在沖頭上行時 XS 處于 11 VD 14 VD 閉合狀態，和通過 XS 接地導通，此時無論光線是否被遮擋，也即不管 11 VD 14 VD 輸出為高電平還時低電平，繼電器始終保持通電工作，而當輸出為高電 T X 1 K F X 平時可通過于 XS 接地，而不通過，當輸出低電平時，這兩種情況 14 VD 5 VT F X 都不會得電。不受控制信號和的控制，而當沖頭下行處于保護行程， 2 K T X

36、F X XS 斷開，和截止，繼電器受控于控制信號電路進入保護狀態，此時， 11 VD 14 VD 若光線沒有被遮擋，則=1=0 VT4 導通放大時繼電器工作，的常開觸 T X F X 1 K 1 K 點閉合，常閉觸點不動，由于繼電器在電路一開始已處于工作狀態，即觸 2 K 3 K 電早已吸合，電磁鐵 Y 通電，沖床沖頭下行，進行沖壓作業。 3 2 K 當沖頭下行時發生人體遮擋光線控制信號=0 =1 截止，繼電器 T X F X 4 VT 不能導通，其觸點保持常開狀態，三極管導通，使繼電器得電動作， 1 K 1 2 K 5 VT 2 K 其觸點處于斷開狀態，制動電磁鐵 Y 不工作，而制動車床停止

37、運行起到保護 2 2 K 作用。 4.2 驅動電路分析 在控制信號和的作用下，經過半導體管和放大分別驅動繼電器 T X F X 4 VT 5 VT 和工作。由于繼電器在電路開始工作時已經處于工作狀態，由此通過 1 K 2 K 3 K 和的觸點和便可控制制動電磁鐵 Y。 1 K 2 K 1 2 K 2 2 K 為保證沖頭上行期間的取料送料工序操作在遮擋光線時的保護電路不工作電 路中設置的、通過 XS 構成形成聯鎖回路。在沖頭上行時，XS 處于閉合 11 VD 14 VD 狀態，、通過 XS 接地導通，此時無論光線是否被遮擋，也即不論輸 11 VD 14 VD T X 出為高電平還時地電平，繼電器

38、始終保持通電工作，而當輸出為高電平時 1 K F X 可通過與 XS 通地，而不通過當通輸出為低電平時，這兩種情況都 14 VD 5 VT F X 2 K 不會得電，不受控制信號和的控制。而當沖頭下行時處于保護行程時，XS T X F X 斷開和截止，繼電器控于控制信號。電路進入保護狀態。此時，若光線 11 VD 14 VD 沒有被遮擋則=1 =0 ，XT=1 高電平進行導通放大使繼電器的常開 T X F X 4 VT 1 K 觸點閉合，的常開觸點不動，由于繼電器在電路開始工作時已處于工作狀 2 K 3 K 態，即觸點早已吸合，電磁鐵 Y 通電工作，沖床沖頭下行，進行沖壓作業。 3 2 K 當

39、沖頭下行時發生人體遮擋光線，控制信號=0 , =1 截止繼電器不能 T X F X 4 VT 1 K 導通，其觸點保持常開狀態，三極管的導通，使繼電器得電動作，其 1 2 K 5 VT 2 K 觸點處于斷開狀態，制動電磁鐵 Y 不工作，而制動車床停止運行起到保護作 2 2 K 用。 4.3 電路的元器件選擇即詳細計算： 和均用額定電壓為 18V，吸合電流為mA，釋放電流為mA 的 1 K 2 K94.5 JR4 型 500.000 小型靈敏繼電器，和為開關三極管，當 XT 為高電平時 4 VT 5 VT 基極飽和電流 4 VT （41） 4 2421 150.7 20.714.30.7 ()1

40、1.69 1.22.4 B ImAmAmA RR 滿足吸合條件 當 XF 為高電平時基極飽和電流為 5 VT （42） 5 2425 150.7 20.713.61.4 ()10.79 1.22.4 B ImAmAmA RR 滿足吸合條件 , 均為指示二極管，當吸合時發綠光，證明此時為無人遮擋機 9 VD 12 VD 1 K 9 VD 器正常操作情況下，而當發出紅光時，證明此時有人遮擋，機器此時應為停 12 VD 止狀態。,為,失電時的電流瀉放電路，由于繼電器為感性負載失電 10 VD 13 VD 1 K 2 K 時，電流仍要繼續，,就是吸合斷電產生浪涌電壓。下端有 10 VD 13 VD 1

41、 K 2 K 2 K 并聯電路的目的是：當電路閉合時繼電器線圈由于自感現象會產生電動 2313 RC和 勢阻礙線圈中電流的增大，從而延長吸合時間，串上 RC 電路后，可以縮短電路 吸合時間。原理是：電路閉合的瞬間電容 C 兩端電壓不能突變可視為斷路，這樣 就將繼電器線圈工作電壓加到線圈兩端，加快線圈中電流增大速度，使繼電器迅 速穩定吸合。電容 C 不起作用，電阻 R 起限流作用。 第 5 章 故障自檢控制原理 電路中自檢控制部分屬于直接耦合電路，其中任一級出現故障,都會直接影響 繼電器和的正常工作。故障自檢電路就是為判斷這些電路是否出現故障而 1 K 2 K 設置的。自檢繼電器就是用來實現故障

42、判斷的。 3 K 故障判斷電路由繼電器 及繼電器觸點等組成。在這個電路中設置了由 3 K 4 K 按鈕開關 SB 和繼電器構成的啟動電路。動作順序：當接通總電源后，按動啟 4 K 動按鈕 SB 而得電工作，與其同時觸點的閉合而自鎖，但這只是繼電器得 3 1 K 1 K 電時故障檢測電路的順序，下面分析當有人遮擋時的動作順序。接通總電源后， 按動啟動按鈕 SB，則繼電器通過常開觸點的常閉觸點的斷開，經 3 K 1 1 K 2 1 K 的常閉觸點及 SB 而得電工作，同樣觸點也自鎖與此同時，繼電器 K4 也 4 1 K 3 1 K 經 延時得電動作，其觸點將繼電器的啟動電路切斷，以保證在 26 R

43、 14 C 4 1 K 3 K 3 K 可靠的自鎖條件下工作。在電路正常工作時，和均處于工作狀態，由 3 K 4 K 17 VD 于反偏而截止，報警指示燈不亮。 16 VD 5.1 對電路元件作用分析： 在正常工作時都不起作用，起到限流的作用。當出現故障時繼 14 C 15 C 26 R 3 K 電器支路中， 不在同一回路上，無法正常接地通電所以自鎖處點斷 1 1 K 2 1 K 3 1 K 開，為安全起見也無法重啟，即使按啟動按鈕 SB 也不起作用，因為此時觸 3 K 4 K 點已經被啟動電路切斷，沖床無法啟動，這就使機床處于自鎖狀態，與此同時， 由于的導通報警指示燈（R）亮，然后關閉電源檢

44、修。 均處要失電， 17 VD 16 V 3 K 4 K 由于 繼電器均屬于感性元件，一旦失電電流仍持續，兩端就存在浪涌電壓， 3 K 4 K 均可吸收繼電器產生的浪涌電流，使和的觸點立即關斷，另 14 C 15 C 3 K 4 K 3 K 4 K 外，還有一個重要作用，當有遮擋物時常閉觸點和常開觸點的狀態均 15 C 1 1 K 2 1 K 要變化此時為繼電器線圈供電回路有一個極短的時間差，此時充當電源作 3 K 15 C 用為提供電流使能夠在觸點 變化瞬間保持得電狀態，使觸點 3 K 3 K 1 1 K 2 1 K 和處在吸合狀態。 3 1 K 3 2 K 由二進制原理可把繼電器排成 4

45、種組合如表 51 表示。表中繼電器用 1 K 2 K 1 表示工作，用 0 表示不工作，繼電器觸點用 0 表示初始狀態，而 1 表示觸點狀 態改變，從表中不難看出只有組合 2，組合 3 才是電路正常的工作狀態，此時繼 電器始終保持通電狀態，而繼電器也始終保持通電狀態，而繼電器或總 3 K 1 K 2 K 有一個處于不工作狀態。下面對正常的兩種過程進行分析：當無遮擋時得電 1 K 的觸點動作常開觸點吸合，不得電，觸點不動作，常閉觸點 1 1 K 1 2 K 2 K 2 1 K 2 2 K 不動作，和接通加上按鈕 SB 動作使繼電器的觸點自鎖，使 1 1 K 1 2 K 3 K 3 1 K 觸點吸

46、合制動電磁鐵 Y 通電，沖床運行，若有遮擋的狀態均發生變化， 3 2 K 1 K 2 K 和觸點均與原來相反但還能形成回路，繼電器仍帶電，那么的觸 1 1 K 2 1 K 3 K 3 2 K 點仍閉合，但與都處于斷開狀態，則制動電磁鐵 Y 斷電，沖床停止運行。 2 2 K 1 2 K 有故障的兩種狀態分析：當和同時得電或和同時不得電（第 1 種 1 K 2 K 1 K 2 K 和第 4 種組合） ，表示電路中出現故障其繼電器支路上的和形不成回 3 K 1 1 K 2 1 K 路，則繼電器失電，其觸點也斷開恢復常開狀態。為安全起見，制動電磁 3 K 3 2 K 鐵 Y 選擇斷電為制動，因此斷開使

47、機床制動，制動的同時，由于的導通， 3 2 K 17 VD 報警指示燈亮，告知電路出現了故障。此時，若操作工人再按 SB，因啟動 16 VD 電路被切斷，沖床不會啟動，從而起到保護作用。 4 K 表 51 繼電器 的四種邏輯組合 1 K 2 K 組合 控制繼電器工 作狀態 繼電器各觸點狀態 3 K 電路工 作狀態 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 無遮擋 正常工 作 3010011111 有遮擋 正常工 作 4111111000 有故障 結 論 此次設計由于時間緊迫錯誤在所難免。設計由光電

48、裝置自動門有感而發。工 業的快速發展已成為當今國家快速發展的重要手段之一。而在工業發展中事故的 發生也是常有的事，提高工業效率，以人為本，是當今社會水平不斷提高的重要 指標。本設計正是對當今工業的發展全面了解之后而想到的。 光電檢測技術具有測量精度高、速度快、非接觸、頻寬和信息量大信息效率 極高，以及自動化程序高等突出特點，發展十分迅速并推動著信息科學技術的發 展。光電檢測技術將光電技術與電子技術相結合實現各種檢測，具體如下特點： 高精度、高速度、遠距離、大量程、非接觸檢測、壽命長等特點。但設計也有不 足之處，由于沖床自身的特點：沖力大、環境差、對光電保護裝置有影響這一點 很重要，在工業設計中

49、必須給予考慮。因為實驗基礎少對電阻和電容的選用不是 很合理。多做實驗、多總結才能夠靈活運用電子知識去解決問題，以后多加注意 對這方面的提高，才能更好的運用傳感器。 光電檢測技術是一個具有非常光明發展前途的寬廣域，已滲透到了許多科學 領域。廣泛用于工業、農業、家庭、醫學、軍事和空間科學等領域。在這些領域 中幾乎都涉及到將光輻射信息轉換為電信檢測控制問題，展現出了獨特的優勢。 光電檢測技術是光電技術的核心，已成為信息技術中最活躍的高新技術之一,利 用好傳感器對生活有著積極的作用。 謝 辭 畢業設計是把上大學所學的知識做一次大的總結，是將所學的內容運用到實 際，是理論與實際相結合的又一次升華，大學所

50、學到的不只是書本的內容，還得 學習書本以外自己感興趣的東西，本次畢業設計就是基于自己的嗜好去做的。 由于自己所學的內容有限，而傳感器也正處于流行階段，五花八門的傳感器 想更深層次的去了解必須運用現在網絡去查找資料，和傳感器相關的書本，不過 這些內容還是會讓人費解，例如：這次設計的控制部分，很多資料也都是一樣的， 也不容易理解，不過互相探討也是個好主意，這次設計特別的感謝孫老師在百忙 中抽出時間幫我分析電器圖，按照電氣控制的正常模式來分析電氣控制部分，通 過電氣控制來領略全圖，多面分析，深入透徹，讓我對整個設計有個全面的、深 層次的理解，在這里還要特別感謝趙輝同學，他對電子電路的更深層次的理解讓

51、 人佩服，從點到面線，從線到整個電路圖與電氣圖，相結合融會貫通，是這次畢 業設計更顯得容易，整體思路清晰，明朗化，是我更有信心做好這次畢業設計。 一個復雜的東西讓一個人干也能行，不過閉門造車，這種做法早已在信息化 迅速發展的今天落伍了，聽百家之言，總結經驗，取其精華，不僅讓你有駕輕就 熟，少走彎路，而且還可以讓你節省大量的時間，去做別的事情。通過這次畢業 設計，是我又一次對大學所學的知識做了一次全面的總結，使我重新反思大學的 生活，覺得大學的生活不僅要學習書本的知識，而且還要多觀察，勤思考，多實 踐，才能出真知。 參考文獻 1 路松行.電路與電子技術.西安電子科技大學出版社,2007 P158

52、P179 2 肖景和.數字集成電路應用精髓.人民郵電出版.2003 P142P148 3 陳有卿 葉桂娟.555 時基電路原理設計及應用.電子工業出版社,2007 P20P30 4 徐巧魚.傳感器工作原理.人民郵電出版社,1998 P271P272 5 王俊峰 孟令啟.現代傳感器應用技術.機械工業出版社,2006 P204P203 6 數字電路與邏輯設計.電子工業出版社.2003 P75P79 7 傳感器應用 300 例(下冊).北京航空航天大學出版社 P241 8 李孟源.測試技術基礎.機械工業出版社 P104P136 9陳振官 陳宏威等.光電子電路及制作實例.國防工業出版社 P34P40

53、10陳永甫.探測與控制電路.人民郵電出版社 P3447 11王煜東.傳感器及應用.北京:機械工業出版設,2003 P247P249 12黃繼昌.傳感器工作原理及應用實例.北京:人民郵電出版社,2000 P178P190 13趙負圖.現代傳感器集成電路.北京: 人民郵電出版社,2000 P247P305 14王伯雄.測試技術基礎.北京:清華大學出版社,2003 P289P331 15鄭國欽.集成傳感器應用入門.杭州:浙江科學出版社,2002 P213P224 16孫肖子,劉剛,孫萬榮.傳感器及其應用.北京:電子工業出版社,1996 P140P143 附 錄 沖床光電保護裝置工作原理圖 外文資料翻

54、譯 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