Tööstusautomaatika juhtimissüsteemides on piirlülitid mehaanilise liikumise elektriliseks signaaliks muutmisel põhikomponent ning nende põhifunktsioonid on asukoha tuvastamine, käigu juhtimine ja ohutuskaitse. Signaali väljundi mitmekesisus määrab otseselt programmeeritavate loogikakontrolleritega sobitamise paindlikkuse. Selles töös analüüsitakse üksikasjalikult signaali väljundi tüüpi, tööpõhimõtet, riistvaraühendusi ja piirlülitite loogilist programmeerimist, mis annab tehnilist viidet tööstusliku juhtimissüsteemi projekteerimiseks.
Piiratud asendi{0}}lülitite signaali väljundi tüüp
Piirlülitite signaaliväljund on jagatud kahte põhitüüpi: kontaktitüüp ja mittekontaktiline{0}}tüüp. Kontaktivaba hõlmab ka mitmesuguseid tehnilisi teid, nagu induktiivsed, mahtuvuslikud, fotoelektrilised, magnetilised ja ultrahelimeetodid. Erinevat tüüpi piirlülititel on ilmsed erinevused signaali omadustes, rakenduse stsenaariumides ja sobitamismeetodites faasi-lukustatud rõngastega.
1. Võtke ühendust piirlülititega
Kontakti piirlülitid realiseerivad signaali väljundi mehaanilise kontakti avamise ja sulgemisega. Nende põhistruktuur koosneb töömehhanismist, kontaktsüsteemist ja lähtestusvedrust. Kui liikuvad komponendid puutuvad kokku töömehhanismiga, muudab kontaktsüsteem oma olekut ja annab elektrisignaali. Kontakti oleku järgi saab kontakti piirlülitid jagada avatud (NO) ja normaalselt suletud (NC) tüüpideks:
- Tavaline avatud (NO): vaikimisi on kontakt avatud ja signaali väljund puudub. Liikuva komponendi käivitamisel kontakt sulgub, saates välja elektrisignaali.
- Tavaline sulgemine (NC): Kontakt on vaikimisi suletud pideva väljundiga. Liikuva komponendi käivitamisel kontakt avaneb, katkestades signaali.
- Kontakti piirlülitite eeliseks on lihtne struktuur, madal hind ja tugev segamisvastane{0}}võime. Seda kasutatakse laialdaselt tööpinkides, liftides ja konveieriliinides. Kuid nende mehaanilised kontaktid on kulumisohtlikud, nende kasutusiga mõjutab kasutussagedus ja reageerimiskiirus on suhteliselt aeglane (tavaliselt millisekundites).
2. Mittekontakteeruvad piirlülitid{1}
Kontaktivabad piirlülitid tuvastavad sihtobjekti ja anduri vahelised füüsikaliste suuruste (nt induktiivsus, mahtuvus, valgustugevus või magnetvälja tugevus) muutused, et saavutada signaali väljund ilma mehaanilise kontaktita. Seda iseloomustab suur reageerimiskiirus, pikk kasutusiga ja kõrge töökindlus. Vastavalt tuvastamispõhimõtetele saab kontaktivabad piirlülitid jagada järgmisteks tüüpideks:
(1) Induktiivsed piirlülitid
Induktiivsed piirlülitid tuvastavad metallesemed, kasutades elektromagnetilise induktsiooni põhimõtteid. Kui metallist sihtmärk siseneb anduri tuvastusvahemikku, väheneb võnkeahela amplituud, käivitades signaali väljundi. Nende väljundsignaalid on tavaliselt lüliti signaal (kõrge/madal tase), mida saab ühendada otse PLC digitaalse sisendmooduliga. Induktiivsed piirlülitid sobivad metalli tuvastamise stsenaariumide jaoks, nagu tööriista asukoha tuvastamine ja metallosade sorteerimine tööpinkides.
(2) Mahtuvuslikud piirlülitid
Väljundsignaalide mahtuvus sihtobjekti ja anduri elektroodi vahel tuvastatakse mahtuvuse piirava lülitiga. Kui mittemetallist sihtmärk, nagu plast, vedelik või tahked osakesed, satub tuvastusvahemikku, muutub mahtuvuse väärtus, käivitades signaali väljundi. Nende väljundsignaalid on samuti vahetussignaalid, kuid nende tuvastamiskaugus on lühem kui induktiivsetel tüüpidel ning neid mõjutavad rohkem ümbritseva õhu niiskus ja temperatuur. Mahtuvuslikke piirlüliteid kasutatakse sageli materjali taseme tuvastamisel ja pakendamismasina positsioneerimisel.
(3) Fotoelektrilised piirlülitid
Fotoelektrilised piirlülitid tuvastavad sihtobjekti fotoelektrilise efekti järgi. Olenevalt nende optilisest vahemikust võib need liigitada saatjateks, reflektoriteks ja hajusreflektoriteks:
Edastustuli: saatjad ja vastuvõtjad paigaldatakse eraldi. Kui sihtobjekt blokeerib valguse tee, käivitab see signaali. Nende tuvastamiskaugused (kuni mitukümmend meetrit) muudavad need kaugpositsioneerimiseks sobivaks.
Peegeldus: saatja ja vastuvõtja on integreeritud ühte seadmesse. Reflektor on vajalik signaali käitamiseks, mis käivitub siis, kui sihtobjekt peegeldab valgust vastuvõtjasse tagasi. Nende avastamiskaugused on mõõdukad.
Hajus peegeldav: saatja ja vastuvõtja on samuti integreeritud üheks seadmeks. Signaal käivitub, kui valgus hajub sihtobjekti pinnalt vastuvõtjasse ilma reflektorita. Nende tuvastamiskaugused on aga suhteliselt lühikesed (tavaliselt alla 1 meetri), mistõttu need sobivad lähipositsioneerimiseks.
Fotogalvaaniline piiratud{0}}asendilüliti väljundlüliti signaali reageerimiskiirus (mikrosekundivahemik), kasutatakse laialdaselt automatiseeritud tootmisliinides, logistikas sortimisel, roboti positsioneerimisel ja muudes stsenaariumides.
(4) Magnetilised piirlülitid
Magnetilised piirlülitid kasutavad magnetvälja muutuste tuvastamiseks Halli efekti või magnetoresistiivset efekti. Kui magnetiline objekt, näiteks püsimagnet, satub tuvastuspiirkonda, väljastab andur elektrilise signaali. Nende väljundsignaalid on sisse--väljas-signaal, millel on tugev ummistuskindlus, mis muudab selle sobivaks asukoha tuvastamiseks karmides keskkondades (nagu õli ja tolm), nagu hüdrosilindri asendi tagasiside ja klapi avanemise tuvastamine.
(5) Ultraheli piirlülitid
Ultraheli piirlülitid kauguse mõõtmiseks kiirgavad ultrahelilaineid ja tuvastavad kajaaja. Kui sihtobjekt jõuab määratud vahemikku, väljastab andur elektrilise signaali. Nende väljundsignaalid võivad olla lülitussignaalid või analoogsignaalid (kauguse väärtused), mis sobivad kontaktivaba kauguse tuvastamise stsenaariumide jaoks, nagu materjalivirna kõrguse tuvastamine ja roboti takistuste vältimine.
Piirlülitite ja faasiluku ahela sobitamine
Signaali usaldusväärse edastamise ja õige juhtimisloogika tagamiseks on vaja kombineerida riistvaraühendusi ja loogilist programmeerimist, et sobitada piiratud -asendilüliti faasi-lukustatud ahelaga.
1. Riistvaraühendus
(1) Toiteallika sobitamine
Piirlülitite toitepinge peab ühtima PLC sisendmooduli pingetasemega. Tavalised PLC sisendmoodulid toetavad DC24V või AC220V toiteallikaid, samas kui piiratud -asendilülitid töötavad tavaliselt DC12V, DC24V või AC220V pingel. Kui pinge ei ühti, saate reguleerimiseks kasutada toitemuunduri moodulit (nt DC-DC muundurit) või releed.
(2) Signaalitüübi sobitamine
Piirlülitite signaaliväljundi tüüp (NPN või PNP) peab ühtima PLC sisendmooduli signaali vastuvõtu tüübiga:
- NPN-i piirlülitid: väljundklemm on ühendatud PLC sisendmooduli ühise klemmiga (COM) ja maandusotsaga (GND) ning signaaliliin on ühendatud PLC sisendpunktiga. Käivitamisel edastatakse signaaliliin maapinnale ja PLC sisendpunkt tuvastab madala{1}}taseme signaali.
- PNP piirlülitid: väljundklemm on ühendatud PLC sisendmooduli ühise terminali (COM) ja positiivse toiteallikaga (VCC) ning signaaliliin on ühendatud PLC sisendpunktiga. Käivitamisel on signaaliliin ühendatud positiivse toiteallikaga ja PLC sisendpunkt tuvastab täiustatud signaali.
- Kui piirlüliti signaali tüüp ei ühti PLC-ga, saab teisendamiseks kasutada signaali teisendusmoodulit (nt NPN-PNP muundurid) või releed.
(3) Juhtmete optimeerimine
Süsteemi süsteemi häiretevastaste{0}}võimete parandamiseks tuleks piirlülitite ühendamisel faasi-lukustatud rõngaga järgida järgmisi põhimõtteid:
- Varjestatud kaabli kasutamine: pikamaaülekande või tõsiste elektromagnetiliste häirete korral tuleb piirlülitite ja faasi{0}}lukustusrõngaste ühendamiseks kasutada varjestatud kaablit ning varjestuskiht peab olema maandatud.
- Sõltumatu toiteallikas: pakub sõltumatut toiteallikat piirlülititele, väldib toiteallika jagamist PLC väljundmooduli või muu suure võimsusega seadmega, vähendab signaali mõju võimsuse kõikumisi.
- Kontaktikaitse: kontakti piirlülitite jaoks saab RC-neeldumisahelaid või dioode ühendada paralleelselt kontaktide vahele, et takistada kontakti avamisel tekkivat kaare teket, pikendades kontakti eluiga.
2. Loogiline programmeerimine
(1) Sisendpunkti konfiguratsioon
PLC programmeerimistarkvaras peab piiratud -asendilülitiga ühendatud sisendpunktil olema õige signaalitüüp (kõrge või madal) ja see peab olema kooskõlas riistvaraühenduse meetodiga. Näiteks kui kasutatakse NPN-i piirlülitit, peaks PLC sisendpunkt olema konfigureeritud madala-otsaga aktiivseks.
(2) Juhtimise loogiline disain
Lõpplülitite juhtimisloogika tuleb kujundada vastavalt konkreetsetele rakendusstsenaariumidele. Ühine loogika sisaldab järgmist:
- Käivituse juhtimine: käivitab mootori seiskamise või tagurdamise, kasutades liikuvate komponentide lõppasendi tuvastamiseks piiratud -asendi lülitit. Näiteks automatiseeritud tootmisliinil, kui käru liigub paremale, käivitub piirlüliti ja PLC väljundsignaal pöörab mootori ümber, põhjustades käru liikumise vasakule.
- Ohutuskaitse: kasutage ohtlike piirkondade tuvastamiseks piirlüliteid, käivitades hädaseiskamise. Näiteks tööpinkide töötlemisel, kui masin liigub oma piirini, käivitub piirlüliti ja PLC katkestab kohe mootori, et vältida seadme kahjustamist.
- Järjestikune juhtimine: Liikumise kompleksne järjestikune juhtimine realiseeritakse mitme piirlüliti kombinatsiooni kaudu. Näiteks bitijuhtimise puhul võimaldab algse asendi piirlüliti, etteande alguse piirlüliti ja etteande lõpu piirlüliti kombinatsioon automaatset silmust, kiiret etteannet, etteannet ja biti kiiret taganemist.
(3) Vea diagnostika ja käsitlemine.
Süsteemi töökindluse parandamiseks tuleks PLC programmi lisada piirlülitite diagnostikaloogika, näiteks:
- Signaali kadumise tuvastamine: taimeriga tuvastamine, kas piir{0}}lüliti signaal ei ole määratud aja jooksul muutunud. Kui aeg läheb mööda, käivitab see häire.
- Signaalikonfliktide tuvastamine: tuvastab, kas üksteist välistavate piirlülitite (nt edasi- ja tagasisuunamislülitite) signaalid on samal ajal aktiivsed. Kui jah, pange äratus tööle.
- Käsitsi lähtestamise funktsioon: pärast tõrke ilmnemist tuleb veasignaal käsitsi kustutada (näiteks vajutades lähtestusnuppu), et taastada süsteemi normaalne töö.
Rakendusjuhtumite analüüs
Selles artiklis tutvustatakse üksikasjalikult piirlülitite ja PLC sobitamise meetodit, võttes näiteks automaatse tootmisliini käru edasi-tagasi juhtimise:
1. Süsteemi koostis
- Liikuvad komponendid: vankrid, mis liiguvad mööda juhtrööpa vasakule ja paremale.
- Ajam: mootor, mis juhib trammi läbi käigukasti.
- Lõpplüliti: Vasakpoolset piirlülitit (NC-tüüpi) ja paremat lõpplülitit (NO-tüüpi) kasutatakse käru asendi tuvastamiseks vastavalt vasakul ja paremal.
- PLC: universaalse PLC kaubamärk, mis toetab DC24V toiteallikat ja PNP signaalitüüpe.
2. Riistvaraühendus
- Toiteallika sobitamine: piirlülitid töötavad alalisvoolul 24V ja vastavad PLC sisendmoodulite pingetasemele, seega pole konversiooni vaja.
- Signaalitüübi sobitamine: õige piirlüliti on NO-tüüpi, mis nõuab PNP-signaaliks teisendamiseks releede kasutamist. Täpsemalt on piirlüliti väljundklemm ühendatud relee mähisega ja relee tavaline avatud kontakti ots on ühendatud PLC sisendmooduli ühise klemmiga (VCC) ja teine ots PLC sisendpunktiga. Vasakpoolne piirlüliti on NC-tüüpi ja on otse ühendatud PLC sisendmooduli ühise terminali (VCC) ja sisendpunktiga (tuleb konfigureerida PLC programmis madala otsa aktiivseks).
- Juhtmete optimeerimine: varjestatud kaablite ühenduse piirlülitite ja PLC kasutamine, varjestuskihi maandus. Piirlülitite jaoks on ette nähtud sõltumatu DC24V toiteallikas, et vältida toiteallika jagamist PLC väljundmoodulitega.
3. Loogiline programmeerimine
Sisendpunkti konfiguratsioon: PLC programmeerimistarkvaras on parempoolse lõpplüliti sisendpunkti konfiguratsioon kõrge ja vasaku lõpplüliti sisendpunkti konfiguratsioon madal.
Juhtimise loogika disain:
- Käivituskontroll: vajutage käivitusnuppu ja PLC väljastab signaali, mis keerutab mootorit edasi ja liigutab autot paremale.
- Parempoolse piiri tuvastamine: kui käru liigub paremale, käivitub parempoolne piirlüliti, releed suletakse ja PLC sisendpunktid tuvastavad täiustatud signaale. Seejärel väljastab PLC signaali mootori tagurdamiseks ja käru vasakule liigutamiseks.
- Vasakpoolse piiri tuvastamine: kui käru liigub vasakule, käivitub vasakpoolne piirlüliti ja PLC sisendpunktis tuvastatakse madal signaal. Seejärel väljastab PLC signaali, mis keerutab mootorit edasi ja liigutab käru paremale.
- STOP CONTROL: Stopp-nupu vajutamisel katkestab PLC mootori ja peatab käru liikumise.
Vea diagnostika ja käsitlemine:
- Signaali kadumise tuvastamine: kasutage taimerit, et tuvastada, kas õige piirlüliti signaal ei ole 10 sekundi jooksul muutunud. Ajalõpu ilmnemisel käivitub häire "parempiiri rike".
- Signaalikonfliktide tuvastamine: tuvastab, kas vasakpoolsete{0}}parempoolsete piirlülitite signaalid on samal ajal aktiivsed. Kui jah, käivitage "piirkonflikti" häire.
Käsitsi lähtestamise funktsioon: pärast riket vajutage lähtestusnuppu, et kustutada tõrkesignaal, taastada süsteemi normaalne töö.
SISSEJUHATUS Järeldus:
Tööstusliku automatiseerimise juhtimissüsteemide põhikomponendina pakub piiratud -asendilüliti erinevaid signaali väljundrežiime ja paindlikke valikuid süsteemi kujundamiseks. Signaalitüübi, toitepingete ja piirlülitite juhtmestiku mõistliku sobitamise ning PLC loogilise programmeerimisega kombineerimise abil on võimalik saavutada kõrge efektiivsusega ja usaldusväärne asendituvastus ja liikumisjuhtimine. Praktilistes rakendustes tuleks valida sobivad piirlülititüübid vastavalt konkreetse stsenaariumi nõuetele ning süsteemi stabiilsuse ja turvalisuse tagamiseks tuleks järgida riistvaraühenduste ja loogilise programmeerimise parimaid tavasid. Tööstus 4.0 ja asjade Interneti (IoT) arendamisega liiguvad piirlülitid intelligentsete, võrku ühendatud ja tulevikus sügavalt integreeritud selliste seadmetega nagu PLC, andurid ja täiturmehhanismid, pakkudes rohkem võimalusi tööstuse automatiseerimise juhtimiseks.
