冲床保安电路制作（或非门）

冲床保安电路（或非门）

1.绪论

在生产中,操作工人因误踏冲床开关而导致的伤手断指现象,曾屡见不鲜。事故发生后,既造成了工伤者的终身痛苦,又使生产受到直接影响。为解决冲床的安全生产问题,防止误踏开关而发生人身事故,许多有识之士不遗余力地致力于保安措施的研究,各种用于冲床保安的电子装置便应运而生。

冲床保安装置就结构和线路来说,有简单的,也有复杂的,其种类繁多。从动作原理看,分感应式、光电式、红外式诸种;以光源来区别,可用白炽灯、发光二极管、红外发光管或其它电光源:若按光接收器所选元件而论,则光敏管、光敏电阻和光电开关管等均很适宜。这里,向大家介绍一种设计简便、冲床保安电路,这种冲床保安装置的结构非常简单。

安全光幕由投光器和受光器两部分组成。投光器发射出调制的红外光，由受光器接收，形成了一个保护网，当是有物体进入保护网，当从中有光线被物体挡住，通过内部控制线路，受光器电路马上作出反应，即在输出部分输出一个信号用于机床如冲床，压力机等紧急刹车。在这种情况下，采用光栅和光幕就是最佳的选择。在操作人员送取料时，只要有身体的任何一部分遮断光线，就会导致机器进入安全状态而不会给操作人员带来伤害。如图1.1所示。

接线原理图

图1.1冲床保安电路图

光电保护器的工作原理是：发光器发射光信号由受光器接收，形成保护光幕，受光器监控光幕的通断状态，并把光幕的通断信号通过内部电路处理，直接输出低电平（通过时）或高电平（挡光时），由传输线接到PLC或报警器报警电路，实现设备停止或发出安全报警。从而保证人身安全。

2. 设计前的准备工作及思路

在确定了要做“冲床保安电路”这个设计课题后，我首先复习了教材，使自己掌握了一些必要的理论知识，在此基础之上，我带着课题又参考了有关“保安电路”的一些资料，为自己的课程设计理清了头绪，在脑海中形成一个清晰的设计思路。大致想出整体原理图，并且到市场上购买必须的电气元件，为课题做好充分准备。

采用或非门设计一个冲床保安电路，操作人员的手进入危险区时电动机的控制电路会自动断开。利用光感原件的控制原理设计电路来控制电动机的控制电路，从而保证操作人员的人身安全。冲床安全保护控制器，能在手靠近模具时，自动断开冲床电磁离合器的供电回路，可防止冲床损伤操作者手部，保证了操作者的安全。该冲床安全保护控制器电路由直流稳压电源电路、红外检测控制电路和控制执行电路组成。当检测到手或其他物品伸入，其常开触头断开，切断冲床电磁离合器的工作电源。此时即使接通开关S，电磁离合器也不会通电工作，从而保证了操作者的安全。

3. 器件的选取及介绍

元器件的选取其实是重要的一个步骤，它的选择是否恰当直接影响电路图的绘制，以及课题设计能否顺利进行。为了使自己所设计的电路图尽量显得准确简便，可预先想好电路的元件，课程设计的要求为或非门电路，74LS02为或非门电路正好满足要求，并且其动作稳定设计简单，更适合作为保安电路使用。

如下表3.1所示。

表3.1器件及个数

如图3.174LS02引脚图所示。

74LS02引脚图

图3.1 74LS02引脚图

功能：实现2输入四或非门功能，常用于各种数字电路中

输入端：2；5；9；12；3；6；8；11

输出端：1；4；10；13

逻辑表达式：Y=A+B

1.发光器由若干发光器件组成发射红外光线。（此处实验用白光代替，有很好的可视程度。）

2.受光器由若干受光器件组成接受红外光线与发光器的发光器件一一对应形成保护光幕产生通光、遮光信号同时通过信号电缆将信号传输给控制器对外部设备进行控制。

3.发光器发射光信号由受光器接收，受光器监控光幕的通断状态，并把光幕的通断信号通过内部电路处理，直接输出低电平（通过时）或高电平（挡光时），由传输线接到PLC或报警器报警电路，实现设备停止或发出安全报警。

4.信号电缆用来传输控制器和发光器、受光器之间的信号。

5.控制电缆用来连接控制器和机床、设备以实现机床或其他设备的安全控制。

6.安装支架把发光器与受光器固定在机台上。

4.电路设计

控制器为发光器、受光器供电并接收受光器传送的通光、遮光信号输出控制信号控制机床的制动控制回路或其他设备的报警装置实现机床停止运行或安全报警。控制器有内置式控制器和外置式控制器两种类型内置式控制器结构小巧紧凑可安装在设备的控制箱内外置式控制器结构美观牢固可直接安装在设备上方便操作及光幕通光、遮光状态的观察。

冲床安全保护控制器电路直流稳压电源电路由机床电源总开关出5v控制电路电源供电，本次实验为5v电池供电。红外检测控制电路由发光二极管代替，实验室为了更好的观察到实验光源的遮挡效应，故用可可见光作为素材。红外检测控制电路由光敏二极管作为检测机构。控制执行电路由74LS02控制继电器来控制带内源信号。使其产生通断效应。控制机器电源打开或者是关闭。

当操作者的手接近模具空位附近时，手会将L1与V1之间的可见白光光路挡住，使继电器截止。机器断电。如果手不拿开，继续给电机器也不会正常工作。保证工人安全。

如图4.1电路原理分析图所示。

原理图

图4.1电路原理图

如图4.1示发光器发出的光直射到受光器，形成保护光幕。当光幕被遮挡时，受光器产生一遮光信号，通过信号导线传输到控制器，控制器将此信号进行处理，产生一控制信号，控制机床的制动控制回路或其他设备的报警装置，实现机床停车或安全报警。

如图4.2冲床保安电路PCB图所示。

冲床保安电路pcb图

图4.2冲床保安电路PCB图

1.首先将电烙铁通电预热。当焊接器热到能够融化锡丝的时候，取下焊接器将锡丝融化到焊接器上（按照电路图进行焊接）。

2.细电线点在需要焊接的地方。然后同时将将沾有融化了的锡丝的焊接器点在那个地方。

3.这时，锡就会顺着铁丝向下滑到断点，将电线和线路板融为一体。

4.这时，慢慢移走焊接器，保持不动，直到融化了的锡丝凝固了以后，就成功的将电线接在线路板上了。

  （1）元器件装焊顺序依次为:电阻器、继电器、二极管、LED灯、74LS02、大功率管其它元器件为先小后大。

   （2）芯片与底座都是有方向的。焊接时要严格按照 PCB 板上的缺口所指的方向，使芯片，底座与 PCB 三者的缺口都对应。

   （3）焊接时要使焊点周围都有锡将其牢牢焊住，防止虚焊。

   （4）在焊接圆形的极性电容器时,一般电容值都是比较大的, 其电容器的引脚是分长短的以长脚对应“+”号所在的孔。

   （5）芯片在安装前最好先两边的针脚稍稍弯曲,使其有利于插入底座对应的插口,

   （6）电位器也是有方向的,其旋钮要与PCB板上凸出方向相对应。

   （7）取电阻时,找到所需电阻后,拿剪刀剪下所需数目电阻,并写上电阻以便查找。

   （8）装完同一种规格后再装另一种规格,尽量使电阻器的高低一致，焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。  

   （9）焊接集成电路时,先检查所用型号,引脚位置是否符合要求，焊接时先焊边沿对脚的二只引脚,以使其定位然后再从左到右自上而下逐个焊接。  

   （10）对引脚过长的电器元件,如继电器,电阻等。焊接完后，要将其剪短。

   （11）焊接后用放大镜查看焊点，检查是否有虚焊以及短路的情况的发生。

   （12）当电路连接完后，最好用清洗剂对电路的表面进行清洗，以防电路板表面附着的铁屑使电路短路。

5.调试过程中出现的问题及解决方法

（1）断电检查（板子有没有因手工问题产生重连或者短路现象。）

（2）通电检查(通电正常运行以后，将手伸到发光出进行遮挡实验查看是否正常断电。)

（3）信号调试（发现工作不正常时，找问题。发现哪里先择不合适重新调换，选用合适零件。）

    电路图设计出来后，接下来就是焊接操作，按图接好线后开始验证设计电路的准确性，也就是进行调试。刚开始的时候，我连接上稳压电源后，电路没有反应，LED灯根本不能发光，自己竟然没找出来原因。看上去板子没出错，但就是有错误找不出。

    首先找一个万用表来测试，看用欧姆档时，指针的偏转情况，但是电路连接是没有什么问题。完成了第一个调试任务后，我又发现，继电器有输出电压，但是LED灯信号没有亮，当然，理论上错误应该出在继电器上。于是我很自然的想到查看继电器的组件有没有异常，但令我失望的是测试出来并没有出错。仔细看着图，思索良久，我认为问题就出在此处。于是，我想出以下解决办法：

   （1）换掉发光二极管，可能是实验的时候带你他太高击穿的了二极管；

   （2）进行参数的计算，估算阻值的大小。重新先择合适的电阻大小对二极管正常供电；

   （3）接下来我又对元器件的参数进行了仔细的检查，确保和所需原件的参数相同，又对电路整体进行是否通路进行检测；检测完发现没什么问题。我又重新接上电源测试了一次，但是LED灯还是不亮，最终我有对LED灯进行检测，发现LED灯是坏的我换了一个，接入电路后通电测试一切正常，最终原因是元器件损坏了。

如图5.1冲床保安电路实物图所示。

模型图

图5.1冲床保安电路实物