Pramoninės automatikos valdymo sistemose ribiniai jungikliai yra pagrindinis komponentas, paverčiantis mechaninį judėjimą elektriniu signalu, o pagrindinės funkcijos yra padėties aptikimas, eigos valdymas ir saugos apsauga. Signalo išvesties įvairovė tiesiogiai lemia suderinimo su programuojamais loginiais valdikliais lankstumą. Šiame darbe detaliai išanalizuotas signalo išvesties tipas, veikimo principas, aparatinės įrangos jungtys ir galinių jungiklių loginis programavimas, o tai suteikia techninę informaciją pramoninio valdymo sistemų projektavimui.
Signalo išvesties tipas ribotiems{0}}padėties jungikliams
Galinių jungiklių signalo išvestis skirstoma į du pagrindinius tipus: kontaktinio tipo ir ne{0}}kontaktinio tipo. Bekontakčiai taip pat apima įvairius techninius maršrutus, tokius kaip indukciniai, talpiniai, fotoelektriniai, magnetiniai ir ultragarsiniai metodai. Skirtingų tipų ribinių jungiklių signalų charakteristikos, taikymo scenarijai ir derinimo metodai su faziniais -užrakintais žiedais akivaizdžiai skiriasi.
1.Susisiekite su ribiniais jungikliais
Kontaktiniai ribiniai jungikliai realizuoja signalo išvestį atidarydami ir uždarydami mechaninį kontaktą. Jų pagrindinę struktūrą sudaro veikimo mechanizmas, kontaktų sistema ir atstatymo spyruoklė. Kai judantys komponentai liečiasi su veikimo mechanizmu, kontaktų sistema keičia savo būseną ir sukuria elektrinį signalą. Pagal kontakto būseną kontaktiniai ribiniai jungikliai gali būti skirstomi į atvirus (NO) ir normaliai uždarus (NC) tipus:
- Normalus atviras (NO): pagal numatytuosius nustatymus kontaktas yra atidarytas ir nėra signalo išvesties. Kai suveikia judantis komponentas, kontaktas užsidaro ir siunčia elektrinį signalą.
- Normalus uždarymas (NC): kontaktas uždarytas pagal numatytuosius nustatymus ir nuolatinis išėjimas. Kai suveikia judantis komponentas, kontaktas atsidaro, nutraukdamas signalą.
- Kontaktinių ribinių jungiklių pranašumai yra paprasta struktūra, maža kaina ir stiprus atsparumas{0}}trukdymui. Jis plačiai naudojamas staklėse, liftuose ir konvejerių linijose. Tačiau jų mechaniniai kontaktai yra linkę susidėvėti, jų eksploatavimo trukmę įtakoja naudojimo dažnis, o atsako greitis yra palyginti lėtas (dažniausiai milisekundėmis).
2. Ne-kontaktiniai limito jungikliai
Bekontakčiai ribiniai jungikliai aptinka fizikinių dydžių (tokių kaip induktyvumas, talpa, šviesos intensyvumas arba magnetinio lauko stiprumas) pokyčius tarp tikslinio objekto ir jutiklio, kad būtų pasiektas signalo išėjimas be mechaninio kontakto. Jis pasižymi dideliu reagavimo greičiu, ilgu tarnavimo laiku ir dideliu patikimumu. Pagal aptikimo principus bekontakčius ribinius jungiklius galima suskirstyti į šiuos tipus:
(1) Indukciniai ribiniai jungikliai
Indukciniai ribiniai jungikliai aptinka metalinius objektus naudodami elektromagnetinės indukcijos principus. Kai metalinis taikinys patenka į jutiklio aptikimo diapazoną, svyruojančios grandinės amplitudė sumažėja, suaktyvindama signalo išvestį. Jų išvesties signalai dažniausiai yra jungiklio signalas (aukštas/žemas lygis), kurį galima tiesiogiai prijungti prie PLC skaitmeninio įvesties modulio. Indukciniai ribiniai jungikliai tinka metalo aptikimo scenarijams, tokiems kaip įrankio padėties aptikimas ir metalinių komponentų rūšiavimas staklėse.
(2) Talpiniai ribiniai jungikliai
Išėjimo signalų tarp tikslinio objekto ir jutiklio elektrodo talpa aptinkama talpos ribojimo jungikliu. Kai nemetalinis taikinys, pvz., plastikas, skystis ar kietosios dalelės, patenka į aptikimo diapazoną, pasikeičia talpos vertė ir suaktyvinamas signalo išėjimas. Jų išvesties signalai taip pat yra mainų signalai, tačiau jų aptikimo atstumas yra trumpesnis nei indukcinių tipų, be to, juos labiau veikia aplinkos drėgmė ir temperatūra. Talpiniai ribiniai jungikliai dažnai naudojami medžiagų lygio aptikimui ir pakavimo mašinos padėties nustatymui.
(3) Fotoelektriniai ribiniai jungikliai
Fotoelektriniai ribiniai jungikliai aptinka objektą pagal fotoelektrinį efektą. Priklausomai nuo optinio diapazono, juos galima suskirstyti į siųstuvus, atšvaitus ir difuzinius atšvaitus:
Perdavimo lemputė: siųstuvai ir imtuvai montuojami atskirai. Kai tikslinis objektas blokuoja šviesos kelią, jis suaktyvina signalą. Dėl jų aptikimo atstumų (iki kelių dešimčių metrų) jie tinka nuotoliniam padėties nustatymui.
Atspindys: siųstuvas ir imtuvas yra integruoti į vieną įrenginį. Atšvaitas reikalingas, kad veiktų signalas, kuris suveikia, kai tikslinis objektas atspindi šviesą atgal į imtuvą. Jų aptikimo atstumai yra nedideli.
Difuzinis atspindys: siųstuvas ir imtuvas taip pat yra integruoti į vieną įrenginį. Signalas suveikia, kai šviesa išsklaido nuo tikslinio objekto paviršiaus į imtuvą be reflektoriaus. Tačiau jų aptikimo atstumai yra palyginti trumpi (dažniausiai mažesni nei 1 metras), todėl juos galima nustatyti arti.
Fotovoltinis ribotas{0}}padėties jungiklio išvesties jungiklio signalo atsako greitis (mikrosekundžių diapazonas), plačiai naudojamas automatizuotose gamybos linijose, logistikos rūšiavimo, roboto padėties nustatymo ir kituose scenarijuose.
(4) Magnetiniai ribiniai jungikliai
Magnetiniai ribiniai jungikliai naudoja Holo efektą arba magnetorezistinį efektą, kad aptiktų magnetinio lauko pokyčius. Kai magnetinis objektas, pvz., nuolatinis magnetas, patenka į aptikimo diapazoną, jutiklis išveda elektrinį signalą. Jų išvesties signalai yra įjungimo -išjungimo signalas, turintis didelį atsparumą trukdymui, todėl jis tinka padėties aptikimui atšiaurioje aplinkoje (pvz., alyvoje ir dulkėse), pvz., hidraulinio cilindro padėties grįžtamasis ryšys ir vožtuvo atidarymo aptikimas.
(5) Ultragarsiniai ribiniai jungikliai
Ultragarsiniai ribiniai jungikliai perjungia atstumo matavimą, skleisdami ultragarso bangas ir aptikdami aido laiką. Kai tikslinis objektas patenka į nustatytą diapazoną, jutiklis išveda elektrinį signalą. Jų išvesties signalai gali būti perjungimo signalai arba analoginiai signalai (atstumo reikšmės), tinkami bekontakčio atstumo aptikimo scenarijams, tokiems kaip medžiagų krūvos aukščio aptikimas ir roboto kliūčių išvengimas.
Ribinių jungiklių ir fazės blokavimo kilpos suderinimas
Siekiant užtikrinti patikimą signalo perdavimą ir teisingą valdymo logiką, būtina derinti aparatūros jungtis ir loginį programavimą, kad ribotos padėties jungiklis atitiktų-fazės{1}}užrakintą kilpą.
1. Aparatinės įrangos prijungimas
(1) Maitinimo šaltinio suderinimas
Galinių jungiklių maitinimo įtampa turi atitikti PLC įvesties modulio įtampos lygį. Įprasti PLC įvesties moduliai palaiko DC24V arba AC220V maitinimo šaltinius, o ribotos padėties jungikliai paprastai veikia esant 12V, DC24V arba AC220V įtampai. Jei įtampa nesutampa, reguliuoti galite naudoti galios konvertavimo modulį (pvz., DC-DC keitiklį) arba relę.
(2) Signalo tipo suderinimas
Galinių jungiklių signalo išvesties tipas (NPN arba PNP) turi atitikti PLC įvesties modulio signalo priėmimo tipą:
- NPN ribiniai jungikliai: išvesties gnybtas prijungtas prie PLC įvesties modulio bendro gnybto (COM) ir įžeminimo galo (GND), o signalo linija prijungta prie PLC įvesties taško. Suveikus signalo linija perduodama į žemę, o PLC įvesties taškas aptinka žemo lygio signalą.
- PNP ribiniai jungikliai: išvesties gnybtas yra prijungtas prie PLC įvesties modulio bendro gnybto (COM) ir teigiamo maitinimo šaltinio (VCC), o signalo linija yra prijungta prie PLC įvesties taško. Suveikus signalo linija prijungiama prie teigiamo maitinimo šaltinio, o PLC įvesties taškas aptinka išplėstinį signalą.
- Jei ribinio jungiklio signalo tipas neatitinka PLC, konvertavimui galima naudoti signalo konvertavimo modulį (pvz., NPN{0}}PNP keitiklius) arba relę.
(3) Laidų optimizavimas
Siekiant pagerinti sistemos anti{0}}trukdžių sistemos galimybes, jungiant ribinius jungiklius prie fazinio-užrakto žiedo, reikia laikytis šių principų:
- Ekranuoto kabelio naudojimas: esant dideliems atstumams arba esant dideliems elektromagnetiniams trukdžiams, ribiniams jungikliams ir fazių -užrakinimo žiedams prijungti turi būti naudojamas ekranuotas kabelis, o ekranavimo sluoksnis turi būti įžemintas.
- Nepriklausomas maitinimo šaltinis: suteikia nepriklausomą maitinimo šaltinį galiniams jungikliams, išvengia maitinimo dalijimosi su PLC išvesties moduliu ar kita didelės galios įranga, sumažina galios svyravimus signalo įtakai.
- Apsauga nuo kontaktų: kontaktinių ribinių jungiklių atveju RC sugerties grandinės arba diodai gali būti jungiami lygiagrečiai tarp kontaktų, kad būtų užkirstas kelias lankui, kuris atsiranda atidarius kontaktą ir prailginamas kontakto tarnavimo laikas.
2. Loginis programavimas
(1) Įvesties taško konfigūracija
PLC programavimo programinėje įrangoje įvesties taškas, prijungtas prie ribotos padėties jungiklio, turi turėti tinkamo tipo signalą (aukštą arba žemą) ir turi atitikti aparatinės įrangos prijungimo metodą. Pvz., jei naudojamas NPN ribinis jungiklis, PLC įvesties taškas turi būti sukonfigūruotas taip, kad būtų aktyvus žemos -galos.
(2) Valdymo loginis dizainas
Galinių jungiklių valdymo logika turi būti suprojektuota pagal konkrečius taikymo scenarijus. Įprasta logika apima:
- Išjungimo valdymas: suaktyvina variklį, kad sustotų arba pasuktų atgal, naudojant ribotos padėties jungiklį{0}}, kad aptiktų judančių komponentų galinę padėtį. Pavyzdžiui, automatizuotoje gamybos linijoje, kai vežimėlis juda į dešinę, suveikia ribinis jungiklis, o PLC išėjimo signalas apverčia variklį, todėl vežimėlis pajuda į kairę.
- Saugos apsauga: naudokite ribinius jungiklius, kad aptiktumėte pavojingas vietas, suaktyvintumėte avarinius stabdžius. Pavyzdžiui, apdorojant stakles, kai mašina pasislenka iki galo, suveikia ribinis jungiklis ir PLC nedelsiant išjungia variklį, kad būtų išvengta įrangos sugadinimo.
- Nuoseklus valdymas: Sudėtingas nuoseklus judesių valdymas realizuojamas kelių ribinių jungiklių deriniu. Pavyzdžiui, valdant antgalį, pradinio padėties ribinio jungiklio, padavimo pradžios ribinio jungiklio ir padavimo pabaigos ribinio jungiklio derinys įgalina automatinę kilpą, greitą padavimą, padavimą ir greitą antgalio atsitraukimą.
(3) Gedimų diagnostika ir valdymas.
Siekiant pagerinti sistemos patikimumą, į PLC programą reikia įtraukti galinių jungiklių diagnostikos logiką, pvz.:
- Signalo praradimo aptikimas: naudojant laikmatį, norint nustatyti, ar ribinio{0}}jungiklio signalas nepasikeitė per nurodytą laiką. Jei pasibaigia laikas, suveikia aliarmas.
- Signalų konflikto aptikimas: aptinka, ar signalai iš vienas kitą paneigiančių ribinių jungiklių, pvz., pirmyn ir atgal ribojančių jungiklių, yra aktyvūs tuo pačiu metu. Jei taip, įjunkite žadintuvą.
- Rankinio atstatymo funkcija: įvykus gedimui, gedimo signalas turi būti pašalintas rankiniu būdu (pavyzdžiui, paspaudus atstatymo mygtuką), kad būtų atkurtas įprastas sistemos veikimas.
Paraiškos atvejo analizė
Šiame darbe detaliai pristatomas ribinių jungiklių ir PLC suderinimo metodas, kaip pavyzdį paimant vežimėlio valdymą automatinėje gamybos linijoje:
1. Sistemos sudėtis
- Judantys komponentai: vežimėliai, judantys kairėn ir dešinėn palei kreipiamąjį bėgelį.
- Pavara: variklis, varantis tramvajų per pavarų dėžę.
- Ribinis jungiklis: Kairysis eigos jungiklis (NC tipas) ir dešinysis eigos jungiklis (NO tipas) naudojami atitinkamai nustatyti vežimėlio padėtį kairėje ir dešinėje.
- PLC: universalaus PLC prekės ženklas, palaikantis DC24V maitinimo šaltinį ir PNP signalų tipus.
2. Aparatinės įrangos prijungimas
- Maitinimo suderinimas: ribiniai jungikliai veikia DC24V ir atitinka PLC įvesties modulių įtampos lygį, todėl nereikia konvertuoti.
- Signalo tipo atitikimas: teisingas ribinis jungiklis yra NO tipo, todėl norint konvertuoti į PNP signalą reikia naudoti reles. Tiksliau, ribinio jungiklio išvesties gnybtas yra prijungtas prie relės ritės, o normalus atviras relės kontaktinis galas yra prijungtas prie PLC įvesties modulio bendro gnybto (VCC), o kitas galas - prie PLC įvesties taško. Kairysis galinis jungiklis yra NC tipo ir yra tiesiogiai prijungtas prie bendrojo gnybto (VCC) ir PLC įvesties modulio įvesties taško (turi būti sukonfigūruotas kaip aktyvus PLC programoje).
- Laidų optimizavimas: naudojant ekranuotus kabelius prijungimo ribinius jungiklius ir PLC, ekranavimo sluoksnio įžeminimą. Nepriklausomas DC24V maitinimo šaltinis yra skirtas ribiniams jungikliams, kad būtų išvengta maitinimo dalijimosi su PLC išvesties moduliais.
3. Loginis programavimas
Įvesties taško konfigūracija: PLC programavimo programinėje įrangoje dešiniojo galinio jungiklio įvesties taško konfigūracija yra aukšta, o kairiojo galinio jungiklio įvesties taško konfigūracija yra žema.
Valdymo logikos dizainas:
- Paleidimo valdymas: paspauskite paleidimo mygtuką ir PLC išveda signalą, kuris suka variklį į priekį ir pajudina automobilį į dešinę.
- Dešiniosios ribos aptikimas: Kai vežimėlis pajuda į dešinę, suveikia dešinysis ribinis jungiklis, uždaromos relės, o PLC įvesties taškai aptinka pažangius signalus. Tada PLC išveda signalą, kad pakeistų variklį ir pastumtų vežimėlį į kairę.
- Kairiosios ribos aptikimas: Kai vežimėlis pajuda į kairę, suveikia kairysis eigos jungiklis ir PLC įvesties taške aptinkamas žemo lygio signalas. Tada PLC išveda signalą, kuris suka variklį į priekį ir perkelia vežimėlį į dešinę.
- STOP VALDYMAS: paspaudus sustabdymo mygtuką, PLC išjungia variklį ir sustabdo vežimėlio judėjimą.
Gedimų diagnostika ir gydymas:
- Signalo praradimo aptikimas: naudokite laikmatį, kad nustatytumėte, ar teisingas eigos jungiklio signalas nepasikeitė per 10 sekundžių. Jei įvyksta skirtasis laikas, suveikia „dešinės ribos gedimo“ aliarmas.
- Signalo konflikto aptikimas: aptinka, ar signalai iš kairiųjų{0}}dešinių ribinių jungiklių yra aktyvūs tuo pačiu metu. Jei taip, suaktyvinkite „ribinio konflikto“ signalą.
Rankinio atstatymo funkcija: po gedimo paspauskite atstatymo mygtuką, kad pašalintumėte gedimo signalą, atkurtumėte normalų sistemos veikimą.
ĮVADAS Išvada:
Kaip pagrindinis pramoninės automatikos valdymo sistemų komponentas, ribotos padėties jungiklis{0}} suteikia įvairių signalo išvesties režimų ir lankstų sistemos projektavimo pasirinkimą. Protingai suderinus signalo tipą, maitinimo įtampas ir galinių jungiklių laidų būdus bei derinant su PLC loginiu programavimu, galima pasiekti aukštą efektyvumą ir patikimą padėties aptikimą ir judesio valdymą. Praktikoje, siekiant užtikrinti sistemos stabilumą ir saugumą, reikia pasirinkti tinkamus ribinių jungiklių tipus pagal konkretaus scenarijaus reikalavimus ir vadovautis geriausios aparatinės įrangos jungčių ir loginio programavimo praktikos pavyzdžiais. Plėtojant pramonę 4.0 ir daiktų internetą (IoT), ribiniai jungikliai juda prie išmaniųjų, sujungtų į tinklą ir ateityje bus giliai integruoti su tokiais įrenginiais kaip PLC, jutikliai ir pavaros, o tai suteiks daugiau galimybių pramoninės automatikos valdymui.
