У системима управљања индустријском аутоматизацијом, крајњи прекидачи су кључна компонента за трансформацију механичког кретања у електрични сигнал, а имају основне функције детекције положаја, контроле хода и сигурносне заштите. Разноврсност излазног сигнала директно одређује флексибилност усклађивања са програмибилним логичким контролерима. У овом раду су детаљно анализирани тип излазног сигнала, принцип рада, хардверске везе и логичко програмирање граничних прекидача, што даје техничку референцу за пројектовање индустријског управљачког система.
Тип излазног сигнала за прекидаче са ограниченим{0}}позицијама
Излазни сигнал граничних прекидача је подељен на два главна типа: контактни и без{0}}контактни тип. Бесконтактни такође укључује низ техничких путева као што су индуктивни, капацитивни, фотоелектрични, магнетни и ултразвучни методи. Различити типови граничних прекидача показују очигледне разлике у карактеристикама сигнала, сценаријима примене и методама подударања са фазно-закључаним прстеновима.
1.Контактни крајњи прекидачи
Контактни гранични прекидачи реализују излаз сигнала отварањем и затварањем механичког контакта. Њихова основна структура се састоји од радног механизма, контактног система и опруге за ресетовање. Када покретне компоненте дођу у контакт са погонским механизмом, контактни систем мења своје стање и производи електрични сигнал. Према стању контакта, контактни гранични прекидачи се могу поделити на отворене (НО) и нормално затворене (НЦ) типове:
- Нормално отворен (НО): Подразумевано, контакт је отворен и нема излазног сигнала. Када га покрене покретна компонента, контакт се затвара, шаљући електрични сигнал.
- Нормално затварање (НЦ): Контакт је подразумевано затворен, са континуираним излазом. Када га покрене покретна компонента, контакт се отвара, прекидајући сигнал.
- Контактни гранични прекидачи имају предности једноставне структуре, ниске цене и јаке способности против -ометања. Широко се користи у алатним машинама, лифтовима и транспортним линијама. Међутим, њихови механички контакти су подложни хабању, на њихов радни век утиче учесталост употребе, а они реагују релативно споро (обично у милисекундама).
2.Бес-гранични прекидачи
Бесконтактни гранични прекидачи детектују промене у физичким величинама (као што су индуктивност, капацитивност, интензитет светлости или јачина магнетног поља) између циљног објекта и сензора да би се постигао излазни сигнал без механичког контакта. Одликује се великом брзином одзива, дугим радним веком и високом поузданошћу. Према принципима детекције, бесконтактни гранични прекидачи се могу поделити на следеће типове:
(1) Индуктивни крајњи прекидачи
Индуктивни гранични прекидачи детектују металне предмете користећи принципе електромагнетне индукције. Када метална мета уђе у домет детекције сензора, амплитуда осцилационог кола се смањује, активирајући излазни сигнал. Њихови излазни сигнали су обично сигнали прекидача (високи/ниски нивои) који се могу директно повезати на ПЛЦ дигитални улазни модул. Индуктивни гранични прекидачи су погодни за сценарије детекције метала као што је детекција положаја алата и сортирање металних компоненти у алатним машинама.
(2) Капацитивни гранични прекидачи
Капацитивност излазних сигнала између циљног објекта и сензорске електроде детектује се прекидачем за ограничавање капацитета. Када не-метални циљ, као што је пластика, течност или честице, уђе у опсег детекције, вредност капацитивности се мења, покрећући излазни сигнал. Њихови излазни сигнали су такође сигнал размене, али је њихова удаљеност детекције краћа од оне код индуктивних типова и на њих више утичу влажност и температура околине. Капацитивни гранични прекидачи се често користе у детекцији нивоа материјала и позиционирању машина за паковање.
(3) Фотоелектрични крајњи прекидачи
Фотоелектрични гранични прекидачи детектују циљни објекат помоћу фотоелектричног ефекта. У зависности од њиховог оптичког домета, могу се класификовати на предајнике, рефлекторе и дифузне рефлекторе:
Светло за пренос: предајници и пријемници се постављају одвојено. Када циљни објекат блокира пут светлости, он покреће сигнал. Њихове удаљености детекције (до неколико десетина метара) чине их погодним за даљинско позиционирање.
Рефлексија: Предајник и пријемник су интегрисани у једну јединицу. Рефлектор је потребан за управљање сигналом који се покреће када циљни објекат рефлектује светлост назад ка пријемнику. Њихова даљина детекције је умерена.
Дифузно рефлектујући: предајник и пријемник су такође интегрисани у једну јединицу. Сигнал се покреће када се светлост дифундује са површине циљаног објекта на пријемник без потребе за рефлектором. Међутим, њихове удаљености детекције су релативно кратке (обично мање од 1 метра), што их чини погодним за блиско позиционирање.
Брзина одзива сигнала излазног прекидача прекидача за фотонапон{0}} (опсег микросекунде), широко се користи у аутоматизованим производним линијама, логистичком сортирању, позиционирању робота и другим сценаријима.
(4) Магнетни крајњи прекидачи
Магнетни гранични прекидачи користе Холов ефекат или магнеторезитивни ефекат за детекцију промене магнетног поља. Када магнетни објекат, као што је трајни магнет, уђе у опсег детекције, сензор емитује електрични сигнал. Њихови излазни сигнали су сигнал за укључивање-искључење са јаком отпорношћу на ометање, што га чини погодним за детекцију положаја у тешким окружењима (као што су уље и прашина), као што су повратне информације о положају хидрауличног цилиндра и откривање отварања вентила.
(5) Ултразвучни крајњи прекидачи
Ултразвучни гранични прекидачи мерење удаљености емитујући ултразвучне таласе и детектујући време одјека. Када циљни објекат уђе у подешени опсег, сензор емитује електрични сигнал. Њихови излазни сигнали могу бити прекидачки сигнали или аналогни сигнали (вредности растојања), погодни за сценарије бесконтактног откривања удаљености као што је детекција висине наслага материјала и избегавање роботских препрека.
Методе подударања граничних прекидача и петље за закључавање фазе
Да би се обезбедио поуздан пренос сигнала и исправна логичка логика управљања, неопходно је комбиновати хардверске везе и логичко програмирање да би се ускладио ограничени-прекидач положаја са фазном-закључаном петљом.
1. Хардверска веза
(1) Усклађивање напајања
Напон напајања крајњих прекидача мора одговарати нивоу напона ПЛЦ улазног модула. Уобичајени ПЛЦ улазни модули подржавају ДЦ24В или АЦ220В напајање, док прекидачи са ограниченим{3}}позицијама обично раде на ДЦ12В, ДЦ24В или АЦ220В. Ако се напон не поклапа, можете користити модул за конверзију снаге (као што је ДЦ-ДЦ претварач) или релеј за подешавање.
(2) Усклађивање типа сигнала
Тип излазног сигнала (НПН или ПНП) граничних прекидача мора одговарати типу пријема сигнала ПЛЦ улазног модула:
- НПН гранични прекидачи: излазни терминал је повезан на заједнички терминал (ЦОМ) и крај уземљења (ГНД) улазног модула ПЛЦ-а, а сигнална линија је повезана на ПЛЦ улазну тачку. Када се активира, сигнална линија се преноси на земљу и ПЛЦ улазна тачка детектује низак-сигнал.
- ПНП гранични прекидачи: Излазни терминал је повезан на заједнички терминал (ЦОМ) и позитивно напајање (ВЦЦ) ПЛЦ улазног модула, а сигнална линија је повезана на улазну тачку ПЛЦ-а. Када се активира, сигнална линија је повезана на позитивно напајање, а ПЛЦ улазна тачка детектује напредни сигнал.
- Ако се тип сигнала граничног прекидача не подудара са ПЛЦ-ом, за конверзију се може користити модул за конверзију сигнала (као што је НПН-ПНП претварачи) или релеј.
(3) Оптимизација ожичења
Да би се побољшале могућности система против-сметања система, треба се придржавати следећих принципа приликом повезивања граничних прекидача на фазно-закључани прстен:
- Употреба оклопљеног кабла: У случају преноса на велике удаљености или озбиљних електромагнетних сметњи, оклопљени кабл ће се користити за повезивање крајњих прекидача и фазних{0}}прстенова за закључавање, а заштитни слој треба да буде уземљен.
- Независно напајање: обезбеђује независно напајање за крајње прекидаче, избегава дељење напајања са ПЛЦ излазним модулом или другом опремом велике снаге, смањује флуктуације снаге на утицај сигнала.
- Заштита контакта: За контактне граничне прекидаче, РЦ апсорпциона кола или диоде могу се повезати паралелно између контаката да би се спречио лук који се јавља када је контакт отворен, продужавајући животни век контакта.
2. Логичко програмирање
(1) Конфигурација улазне тачке
У софтверу за програмирање ПЛЦ-а, улазна тачка повезана са прекидачем ограничене{0}}позиције мора имати исправан тип сигнала (висок или низак) и мора бити у складу са методом хардверског повезивања. На пример, ако се користи НПН гранични прекидач, улазна тачка ПЛЦ-а треба да буде конфигурисана да буде активна на ниском{2}}крају.
(2) Дизајн контролне логике
Контролна логика крајњих прекидача мора бити пројектована према специфичним сценаријима примене. Уобичајена логика укључује:
- Контрола триповања: Покреће мотор да се заустави или окрене уназад помоћу ограниченог-прекидача положаја да би се открио крајњи положај покретних компоненти. На пример, у аутоматизованој производној линији, када се колица померају удесно, активира се гранични прекидач, а ПЛЦ излазни сигнал обрће мотор, узрокујући да се колица померају улево.
- Сигурносна заштита: користите граничне прекидаче да бисте открили опасне области, активирајући заустављање у нужди. У обради машина алатки, на пример, када се машина помери до своје границе, активира се гранични прекидач и ПЛЦ одмах искључује мотор како би спречио оштећење опреме.
- Секвенцијална контрола: Комплексна секвенцијална контрола кретања се остварује комбинацијом неколико крајњих прекидача. На пример, у контроли бита, комбинација граничног прекидача оригиналне позиције, граничног прекидача за почетак увлачења и граничног прекидача за крај уметања омогућава аутоматско петље, брзо убацивање, увлачење и брзо повлачење бита.
(3) Дијагноза кварова и руковање.
Да би се побољшала поузданост система, у ПЛЦ програм треба додати дијагностичку логику крајњих прекидача, као што су:
- Откривање губитка сигнала: коришћење тајмера за откривање да ли се сигнал{0}}ограничења није променио у наведеном времену. Ако истекне време, активира се аларм.
- Детекција сукоба сигнала: Детектује да ли су сигнали са међусобно искључивих крајњих прекидача, као што су гранични прекидачи за напред и назад, активни у исто време. Ако јесте, укључите аларм.
- Функција ручног ресетовања: Након што дође до квара, сигнал грешке мора бити обрисан ручно (на пример, притиском на дугме за ресетовање) да би се вратио нормалан рад система.
Анализа случаја апликације
У овом раду је детаљно представљен метод усклађивања граничних прекидача и ПЛЦ-а узимајући за пример клипно управљање колицима у аутоматској производној линији:
1. Састав система
- Покретне компоненте: Колица која се крећу лево и десно дуж шине водилице.
- Погон: Мотор који покреће трамвај кроз мењач.
- Гранични прекидач: Леви гранични прекидач (НЦ тип) и десни гранични прекидач (НО тип) се користе за откривање положаја колица на левој и десној страни.
- ПЛЦ: Бренд универзалног ПЛЦ-а, са подршком за ДЦ24В напајање и типове ПНП сигнала.
2. Хардверска веза
- Усклађивање напајања: крајњи прекидачи раде у ДЦ24В и одговарају нивоу напона ПЛЦ улазних модула, тако да није потребна конверзија.
- Подударање типа сигнала: Исправан гранични прекидач је типа НЕ, што захтева употребу релеја за претварање у ПНП сигнал. Конкретно, излазни терминал граничног прекидача је повезан на калем релеја, а крај нормалног отвореног контакта релеја је повезан на заједнички терминал (ВЦЦ) ПЛЦ улазног модула, а други крај на улазну тачку ПЛЦ-а. Леви гранични прекидач је НЦ типа и директно је повезан са заједничким терминалом (ВЦЦ) и улазном тачком ПЛЦ улазног модула (мора бити конфигурисан као лов енд активан у ПЛЦ програму).
- Оптимизација ожичења: коришћењем граничних прекидача за повезивање оклопљених каблова и ПЛЦ-а, уземљење заштитног слоја. За крајње прекидаче обезбеђено је независно ДЦ24В напајање како би се избегло дељење напајања са ПЛЦ излазним модулима.
3. Логичко програмирање
Конфигурација улазне тачке: У софтверу за програмирање ПЛЦ-а, конфигурација улазне тачке за десни гранични прекидач је висока, а конфигурација улазне тачке за леви гранични прекидач је ниска.
Дизајн контролне логике:
- Контрола покретања: Притисните дугме за покретање и ПЛЦ емитује сигнал који окреће мотор напред и помера аутомобил удесно.
- Детекција десне границе: Када се колица померају удесно, десни гранични прекидач се активира, релеји се затварају, а ПЛЦ улазне тачке детектују напредне сигнале. ПЛЦ тада емитује сигнал да преокрене мотор и помери колица улево.
- Детекција леве границе: Када се колица померају улево, активира се леви гранични прекидач и детектује се низак ниво сигнала на улазној тачки ПЛЦ-а. ПЛЦ тада емитује сигнал који окреће мотор напред и помера колица удесно.
- СТОП ЦОНТРОЛ: Притиском на дугме за заустављање, ПЛЦ искључује мотор и зауставља кретање колица.
Дијагноза и руковање грешкама:
- Детекција губитка сигнала: Користите тајмер да откријете да ли се исправан сигнал граничног прекидача није променио за 10 секунди. Ако дође до истека, активира се аларм „грешка десне границе“.
- Детекција сукоба сигнала: Открива да ли су сигнали са левих{0}}десних граничних прекидача активни истовремено. Ако је тако, покрените аларм „конфликт ограничења“.
Функција ручног ресетовања: након квара, притисните дугме за ресетовање да бисте обрисали сигнал грешке, вратили нормалан рад система.
УВОД Закључак:
Као кључна компонента контролних система индустријске аутоматизације, ограничени-прекидач положаја пружа различите режиме излазног сигнала и флексибилан избор за дизајн система. Разумним усклађивањем типа сигнала, напона напајања и метода ожичења крајњих прекидача, и комбиновањем са ПЛЦ логичким програмирањем, може се постићи висока ефикасност и поуздана детекција положаја и контрола кретања. У практичним применама, одговарајуће типове граничних прекидача треба изабрати у складу са захтевима специфичног сценарија и треба следити најбољу праксу везања хардвера и логичког програмирања како би се обезбедила стабилност и сигурност система. Са развојем индустрије 4.0 и Интернета ствари (ИоТ), гранични прекидачи се крећу ка интелигентним, умреженим и биће дубоко интегрисани са уређајима као што су ПЛЦ, сензори и актуатори у будућности, доносећи више могућности за контролу индустријске аутоматизације.
