一种新型热释电红外感应全自动冲床安全保护器设计

一种新型热释电红外感应全自动冲床安全保护器设计 一种新型热释电红外感应冲床安全保护器设计 One Kind Of New Pyroelectric Infrared Induction Punch Press Security Protector Design 詹鼎&朱建峰 东南大学继续教育学院电气系 江苏 扬州 225001 摘要:本文设计了一种新颖、简单实用、运行可靠、成本低廉的热释 电红外感应全自动冲床安全保护器。采用热释电红外传感器作为探头，它 通过对人手是否存在的自动检测来控制继电器触点的通断，再由继电器触 点工作状态，使控制用交流接触器线圈电路的接通与断开，实现冲床电动 机运行与停止，达到安全保护目的。 关键词:传感器 自动开关 点动控制电路 继电器 交流接触器 Abstract: This article has designed one kind novel, simple practical, the movement reliable, the cost inexpensive pyroelectric infrared induction completely automatic punch press security protector.Uses the pyroelectric infrared sensor to take the probe head, it through to manpower whether exists the automatic detection control relay electronic contact make-and-break, by the relay electronic contact active status, causes the control again and separates with the exchange contact device coil electric circuit connection, realizes the punch press electric motor movement and the stop, achieves the safekeeping of security goal. Key word: Sensor; Autoswitch; The spot moves the control circuit; Relay; Exchanges the contact device 0 引言 冲压机床被人称为“喜欢吃人手指的铁老虎”，如何防止冲压伤手事故是人极为关注的课题。针对苏州、无锡等地区，许多小企业仍长期使用大量的老式冲床，担负着多种产品或多种工序的制造，缺乏配置安全防护措施，极易发生伤手事故。在冲压生产中加强安全防护和提高机械化程度，是防止事故发生的一项重要任务。 冲压机床的防护装置中，机械式防护装置结构简单，制造方便，但是对作业干扰较大，操作工人不太喜欢，应用较少。光电式防护装置是由一套光电开关与机械装置组合而成的，当操作者的手进入模具区时，发射器发出的光束被手阻挡，接受器发出的控制电信号，达到使滑块停止动作，控制机床电动机停止运行，保证了操作者的安全。但是，冲床电动机如要再次运转时，必须重新启动按钮才能运行，很费时，降低生产效率，影响产品生产速度和经济效益，不太理想，应用受到很大限制。 因此，本文设计了一种新颖、简单实用、运行可靠、成本低廉的热释电红外感应全自动冲床安全保护器，打破了目前尚无理想冲床安全保护装置的瓶颈，另僻新途径。 1 全自动冲床安全保护器组成原理 保护器由热释电红外自动开关电路和控制用交流接触器电路等组成。 热释电红外自动开关电路由传感器、放大器、比较器、延时器电路、继电器电路和电源等组成。采用热释电红外传感器作为探头，它能感应出 移动的人手发出的微量红外线，并转换成电信号输出，驱动继电器电路工作，再由继电器触点工作状态的改变，使控制用交流接触器线圈电路接通与断开，实现冲床电动机运行与停止，达到安全保护目的。 2 热释电红外自动开关电路设计(1) 热释电红外自动开关电路如图1所示。它由热释电红外传感器P288、运算放大器LM324、继电器乐工4137等电路组成。 2.1检测放大电路 检测放大电路由热释电红外传感器及滤波放大器A1、A2等组成。R2为传感器的负载，是一个匹配电阻，使传感器有一个最佳的输出信号。当人手进入被传感的区域，在热释电传 感器T1上产生一个交变红外辐射信号，使传感器电路产生一个微弱的电压信号，输出信号频率约为0.1~10HZ,电阻R1和电容C1是一个滤波电路，以减小提供给T1电源上的纹波电压，传感器输出的信号经R3、C2积分电路滤波干扰噪声输入到A1上。运放A1等组成第一级滤波放大电路，它是一个具有低频放大倍数AF1=1+ 止频率为f01=R5=1+51=52的低通滤波放大器，其截R31=6.6HZ。A2也是一个低通滤波放大器，其低频放大倍数2?R5C4 R81AF2=1+=1+51=52, 其截止频率为f02==6.6HZ.经过2级放大后，6.6HZ左右的信R62?R8C7 号被放大到2704倍，静态时A2的输出信号电压为2.7V左右。 各参数估算: 电源滤波电路，取R1=100KΩ,C1=100μf,保证电源电压纹波小。 匹配电阻，取R2=47KΩ，使传感器有一个最佳信号输出。 放大器A1参数:AF1=1+ R5=2.4MΩ。截止频率为f01=R5R5=1+51=52，所以=51，取R3=47KΩ，则R5=2.397MΩ,取R3R311=6.6HZ，所以C4==0.01μf，取C4=0.01μf。2?R5C42?f01R5 为使静态时A1输出端点电位稳定为零伏，必须让R4串联一个C3=22μf的电容接地，保证交流反馈量由R5与R4的分压比决定。A1与A2间通过C6=10μf电容耦合信号。放大器A2参数:AF2=1+R8R8=1+51=52，所以=51，取R6=47 KΩ，则R8=2.397MΩ,取R8=2.4MΩ。截止频R6R6 11=6.6HZ，所以C7==0.01μf，取C7=0.01μf。 2?R8C72?f02R8率为f02= 2.2比较器电路 A3等组成电压比较器电路，其中RP为参考电压调节电位器，用来调节电路灵敏度，也就是探测范围。平时，参考电压(A3的9脚电压)高于A2的输入电压(A2的7脚电压)，A3输出低电平。当人手进入探测区域时，探头输出探测电压，经A1和A2放大后使信号输出高电平，三极管V1导通，继电器J得电吸合开关，接通负载(控制对象)。人手在此区域，开关持续导通，人手离开后，瞬间自动断开负载，可实现“人手在，开关接通;人手离，开关断开”的效果。 2.3延时电路 V2三极管等组成电路开机延时电路。当开机时，开机人的感应会使A3输出高电平，造成误触发。开机延时电路在开机的瞬间，由于电容C9的充电作用而使V2导通，这样就使A3输出的高电平经V2接地，V2可以 保持截止状态，防止了开机误触发，开机延时时间由C9与R12的时间常数决定。 2.4电源电路及继电器电路 电容C10、电阻R14、全桥与R15、电容C11、稳压管D6构成一个由高压电容进行交流降压、全波整流、稳压滤波的电路，为了减小电压纹波，D6稳压值为24V，再经电阻R16、稳压管D7、电容C12稳压滤波输出9V的直流电压供给各级电路。继电器的工作电压为直流24V。当A3输出高电平时，V1导通，继电器J吸合，其触点接通控制用交流接触器线圈电路，再来控制电动机的运行与停止，电路中R14是一个高阻，当切断电源时能放掉电容C10内的高压电荷。继电器的两组触点，一组触点用来控制报警灯，另一组触点用来控制交流接触器线 圈电路的通断，触点支路上串联5A的保险丝防止过载或短路。热释红外自动开关电路图如图1所示。 3 控制用交流接触器点动控制电路设计 冲床电动机在需要频繁启动停车时，采用由按钮、交流接触器等实现的点动控制电路(2)如图2所示，图中，SB为按钮，KM为交流接触器，M为电动机。 图2 点动控制电路 工作原理:合上刀开关QS，按下SB按钮，KM线圈得电，其三对常开主触点闭合，电动机三相绕组得电，电动机M启动。松开SB按钮，KM线圈失电，其主触点断开，电动机 三相绕组失电，电动机M停车。 控制用交流接触器点动控制电路由电源、按钮、热释电红外自动开关继电器电路的常开触点、交流接触器线圈三者串接，与电源形成回路，如图3所示，其中SB为按钮，J为热释电红外自动开关继电器常开触点电路，KM为交流接触器线圈。继电器J的常开触点，一端与按钮端串接，另一端与线圈端串接。 图3 点动控制电路 工作原理:按下SB按钮后,当人手不出现在感应探测区域，热释电红外自动开关继电器J为常开触点;当人手进入感应探测区域时，热释电红外自动开关继电器J为常闭触点，输出控制信号，导致线圈电路得电，造成三对常闭主触点断开，电动机三相绕组失电，电动机M停车;当人手离开感应探测区域，继电器J为常开触点，线圈电路失电，三对常开主触点闭合，电动机三相绕组得电，电动机M重新启动。 4 冲床安全保护器 保护器电路图如图4所示，主回路:开关QS合上，按下启动按钮SB2，其常开触点闭合，接触器KM1线圈得电，三对常开主触点闭合，电动机接通三相电源启动。按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈失电，KM1主触点断开，切断电动机的主电路和控制电路，电动机停车。 控制原理:按下启动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1主触点闭合，同时KM1常开辅助触点闭合(自锁)，电动机转动。正常情况下，按下停止按钮SB1，KM1失电，电动机停转。异常情况下，人手出现时，J继电器常开触点闭合得电，KM2线圈得电，KM2常闭触点断开，KM1线圈失电，KM1主触点断开，电动机停转。从而实现了人手不出现时，电动机正常转 动;人手出现时，电动机停转，达到安全保护目的。 图4 冲床安全保护器 其中:KM1为原机床主交流接触器;KM2为报警器控制用交流接触器;J为自动开关继电器 冲床安全保护器的封装，把热释电红外传感器安装于圆柱形金属或不透明塑料套筒内，传感器、感光面与圆柱套筒切面相距2~4cm，使传感器变为窄光束式探测器，抗干扰，用三根一定长度的屏蔽导线分别焊接在电路板和传感器上，用支架按需固定，使传感器运用灵活，为了灵敏度高可将多个传感器并联使用。 将交流接触器、按钮、热释电红外自动开关电路安置在一个塑料盒中，配置所需的安装接线导线，与交流电源连接，就制成了冲床安全保护器。 5 结束语 经实际试验运用，验证得到如下效果:当人手不出现在感应探测区域，电动机正常运行;当人手出现在感应探测区域时，电动机停车，而且安全、可靠。具有极大推广价值。 参考文献: [1] 熊延国 .热 释电红外自动开关[J]. 电子技术 1996(1)42—43. [2] 戴裕崴 张永飞 数控机床电气控制 P 49-50 大连理工大学出版社 2008