1、邏輯控制芯片的選擇
本項目中邏輯控制芯片用于接收傳感器反饋的輸入信號,并根據反饋信號輸出相應控制信號給繼電器控制模塊,從而實(shí)現降低繞線(xiàn)圈轉速的目的。邏輯控制芯片 74LS21P 符合本項目控制要求。邏輯控制芯片 74LS21 為兩組 4 輸入端與門(mén)(正邏輯),其主要電氣特性的典型值為:tPLH 為 8 ns,tphl 為 10 ns,PD 為 9 mW,其邏輯關(guān)系如圖 3 所示。
圖 3 中,輸入電壓為 7 V,A~D 間電壓為 5.5 V,工作環(huán)境溫度為 0~70 ℃,存儲溫度為-65~150 ℃。
各功能如表 1 所示。
2、 繼電器模塊
本項目所采用的電磁式繼電器由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成。只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓,線(xiàn)圈中就會(huì )流過(guò)一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應,銜鐵就會(huì )在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開(kāi)觸點(diǎn))吸合。當線(xiàn)圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會(huì )在彈簧的反作用力作用下返回原來(lái)的位置,使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))釋放。
這樣吸合、釋放,就可達到在電路中的導通、切斷的目的。
對于繼電器的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn),可以這樣來(lái)區分:繼電器線(xiàn)圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn),稱(chēng)為常開(kāi)觸點(diǎn);處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為常閉觸點(diǎn)。繼電器一般有兩股電路,即低壓控制電路和高壓工作電路。當繼電器線(xiàn)圈兩端無(wú)電壓或電壓不夠時(shí),繼電器的公共端(COM)與常閉端(NC)接通。當繼電器線(xiàn)圈兩端電壓達到吸合時(shí),繼電器的公共端(COM)與常開(kāi)端(NO)接通,其原理如圖 4 所示。
圖 4 繼電器工作原理
在調試中,測得腳踏板中 Rp5 的電阻為 500 Ω。因此,為了控制繞線(xiàn)電機的速度,在繼電器控制模塊中聯(lián)入 2 個(gè)最大值為 1 000 Ω 的可調電阻 R1 和 R2。
3、紅外線(xiàn)數字避障傳感器
本項目選用了價(jià)格便宜、抗干擾性強、靈敏度高以及反應快的反射式紅外線(xiàn)數字避障傳感器 ,博光-50NK,這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據要求進(jìn)行調節。該傳感器具有探測距離遠、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn),可以廣泛應用于機器人避障、流水線(xiàn)計件等眾多場(chǎng)合。博光-50NK(NPN 型光電開(kāi)關(guān))其輸出狀態(tài)是 0、1,即數字電路中的高電平和低電平。沒(méi)檢測到物體時(shí)輸出高電平及 VCC,檢測到物體時(shí)輸出低電平及 0.7 V。
其電氣特性如下:工作電壓為 5 V,工作電流為 10 mA,信號輸出為 TTL 電平。感應距離為 2~50cm。尺寸為 31 mm×25 mm×13 mm。接線(xiàn)圖時(shí)輸出信號需要加上拉電阻。特點(diǎn)為輸出信號穩定,不受可見(jiàn)光影響,壽命長(cháng)。
4、聯(lián)機測試
通電源,當按下安全防護裝置的開(kāi)關(guān)按鍵,安全防護裝置紅色指示燈亮,兩繼電器紅色電源 LED 指示燈亮,處于常態(tài)(非動(dòng)作狀態(tài)),此時(shí)可調電阻 R1、R2 沒(méi)有串入腳踏調速回路,繞線(xiàn)機穩定工作。
(1)當操作工人將手移動(dòng)到次級紅外線(xiàn)數字避障傳感器檢測范圍時(shí),次級繼電器動(dòng)作,常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),常開(kāi)觸點(diǎn)吸合,相對應的黃色 LED 指示燈亮,這時(shí)腳踏調速回路中串入可調電阻 R1 使得總電阻增加,導致輸入到繞線(xiàn)變頻器的模擬電壓的電壓源 U 降低,繞線(xiàn)變頻器的頻率隨之降低,根據式(1)可知,繞線(xiàn)電機的轉速 n 也隨之降低,即儲線(xiàn)環(huán)的轉速也就降低了,這時(shí)工人操作的安全性也就提高了。
(2)當工人手繼續往儲線(xiàn)環(huán)移動(dòng),進(jìn)入一級紅外線(xiàn)數字避障傳感器檢測范圍時(shí),一級繼電器動(dòng)作,常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),常開(kāi)觸點(diǎn)吸合,黃色 LED 指示燈都亮,這時(shí)腳踏調速回路中串入可調電阻 R1、R2 使得總電阻增加到最大,導致輸入到繞線(xiàn)變頻器的模擬電壓的電壓源 U 降到可調節的最低值,繞線(xiàn)變頻器的頻率隨之降到最低。同樣根據式(1)可知,這時(shí)繞線(xiàn)電機的轉速 n 也進(jìn)一步降低,即儲線(xiàn)環(huán)的轉速也就降到較低速度,這時(shí)工人操作的安全性再次提高。
本項目所設計安全防護裝置需與繞線(xiàn)機配合完成工作,并按照以下步驟進(jìn)行測試。
(1)檢查安全防護裝置接線(xiàn)是否正確。
(2)將傳感器安裝到繞線(xiàn)機適當位置。
(3)將安全防護裝置串接到繞線(xiàn)機腳踏調速回路中。
(4)將未繞線(xiàn)鐵芯放入 3 個(gè)滾動(dòng)輪中,打開(kāi)儲線(xiàn)環(huán)本體燕尾鎖條,將儲線(xiàn)環(huán)開(kāi)口活動(dòng)段分開(kāi),讓未繞線(xiàn)鐵芯中心空位穿越儲線(xiàn)環(huán)開(kāi)口部分,然后鎖上鎖條。
(5)踩下腳踏開(kāi)關(guān),使儲線(xiàn)環(huán)轉動(dòng)。
(6)將兩只手分別從儲線(xiàn)環(huán)兩邊慢慢伸入到其中心位置,觀(guān)察紅外線(xiàn)數字避障傳感器和繼電器模塊工作狀態(tài)燈的發(fā)光情況及儲線(xiàn)環(huán)轉動(dòng)的速度。
基于本系統完成的 4 套護手裝置經(jīng)過(guò) 3 個(gè)月的運行,沒(méi)有發(fā)生安全事故,有效保護了設備和工人的安全。
本系統是基于環(huán)形繞線(xiàn)機設計的一種安全防護裝置,彌補了市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品的缺陷,加裝該安全防護裝置,能降低斷指工傷的發(fā)生率,具有成本低、體積小、控制較精確等優(yōu)點(diǎn),普遍推廣應用的價(jià)值大,市場(chǎng)潛力巨大,創(chuàng )造的社會(huì )、經(jīng)濟效益值得期待。