U sistemima upravljanja industrijskom automatizacijom, krajnji prekidači su ključna komponenta za transformaciju mehaničkog kretanja u električni signal, a imaju osnovne funkcije detekcije položaja, kontrole hoda i sigurnosne zaštite. Raznolikost izlaznog signala direktno određuje fleksibilnost usklađivanja sa programiranim logičkim kontrolerima. U ovom radu detaljno su analizirani tip izlaznog signala, princip rada, hardverske veze i logičko programiranje graničnih prekidača, što daje tehničku referencu za projektovanje industrijskog upravljačkog sistema.
Vrsta izlaznog signala za prekidače s ograničenom{0}}pozicijom
Izlazni signal graničnih prekidača je podijeljen u dva glavna tipa: kontaktni i bez{0}}kontaktni tip. Beskontaktni također uključuje niz tehničkih puteva kao što su induktivne, kapacitivne, fotoelektrične, magnetske i ultrazvučne metode. Različiti tipovi graničnih prekidača pokazuju očigledne razlike u karakteristikama signala, scenarijima primjene i metodama usklađivanja sa fazno-zaključanim prstenovima.
1.Kontaktni krajnji prekidači
Kontaktni granični prekidači realizuju izlaz signala otvaranjem i zatvaranjem mehaničkog kontakta. Njihova osnovna struktura se sastoji od pogonskog mehanizma, kontaktnog sistema i opruge za resetovanje. Kada pokretne komponente dođu u kontakt sa pogonskim mehanizmom, kontaktni sistem mijenja svoje stanje i proizvodi električni signal. Prema stanju kontakta, kontaktni granični prekidači se mogu podijeliti na otvorene (NO) i normalno zatvorene (NC) tipove:
- Normalno otvoren (NO): Podrazumevano, kontakt je otvoren i nema izlaznog signala. Kada ga pokrene pokretna komponenta, kontakt se zatvara, šaljući električni signal.
- Normalno zatvaranje (NC): Kontakt je po defaultu zatvoren, sa kontinuiranim izlazom. Kada ga pokrene pokretna komponenta, kontakt se otvara, prekidajući signal.
- Kontaktni granični prekidači imaju prednosti jednostavne strukture, niske cijene i jake sposobnosti protiv -ometanja. Široko se koristi u alatnim mašinama, liftovima i transportnim linijama. Međutim, njihovi mehanički kontakti su podložni habanju, njihov vijek trajanja je pod utjecajem učestalosti korištenja, a oni reagiraju relativno sporo (obično u milisekundama).
2.Bes-Krajnji prekidači
Beskontaktni granični prekidači otkrivaju promjene fizičkih veličina (kao što su induktivnost, kapacitivnost, intenzitet svjetlosti ili jačina magnetnog polja) između ciljanog objekta i senzora kako bi se postigao izlazni signal bez mehaničkog kontakta. Odlikuje se velikom brzinom odziva, dugim vijekom trajanja i visokom pouzdanošću. Prema principima detekcije, beskontaktni granični prekidači se mogu podijeliti na sljedeće tipove:
(1) Induktivni krajnji prekidači
Induktivni granični prekidači detektuju metalne predmete koristeći principe elektromagnetne indukcije. Kada metalna meta uđe u domet detekcije senzora, amplituda oscilirajućeg kruga se smanjuje, pokrećući izlazni signal. Njihovi izlazni signali su obično signali prekidača (visoki/niski nivoi) koji se mogu povezati direktno na PLC digitalni ulazni modul. Induktivni granični prekidači su prikladni za scenarije detekcije metala kao što je detekcija položaja alata i sortiranje metalnih komponenti u alatnim mašinama.
(2) Kapacitivni krajnji prekidači
Kapacitivnost izlaznih signala između ciljnog objekta i senzorske elektrode detektuje se prekidačem za ograničavanje kapaciteta. Kada ne-metalni cilj, kao što je plastika, tečnost ili čestice, uđe u opseg detekcije, vrijednost kapacitivnosti se mijenja, pokrećući izlazni signal. Njihovi izlazni signali su također signal za razmjenu, ali njihova udaljenost detekcije je kraća od one kod induktivnih tipova i na njih više utiču vlaga i temperatura okoline. Kapacitivni granični prekidači se često koriste u detekciji nivoa materijala i pozicioniranju mašina za pakovanje.
(3) Fotoelektrični krajnji prekidači
Fotoelektrični granični prekidači detektuju ciljni objekat fotoelektričnim efektom. Ovisno o svom optičkom dometu, mogu se podijeliti na odašiljače, reflektore i difuzne reflektore:
Prijenosno svjetlo: predajnici i prijemnici se postavljaju odvojeno. Kada ciljni objekt blokira put svjetlosti, on pokreće signal. Njihove udaljenosti detekcije (do nekoliko desetina metara) čine ih pogodnim za daljinsko pozicioniranje.
Refleksija: Predajnik i prijemnik su integrisani u jednu jedinicu. Reflektor je potreban za rad signala koji se aktivira kada ciljni objekt reflektira svjetlost natrag u prijemnik. Udaljenost njihove detekcije je umjerena.
Difuzno reflektirajući: predajnik i prijemnik su također integrirani u jednu jedinicu. Signal se pokreće kada se svjetlost difundira sa površine ciljanog objekta na prijemnik bez potrebe za reflektorom. Međutim, njihove udaljenosti detekcije su relativno kratke (obično manje od 1 metra), što ih čini pogodnim za blisko pozicioniranje.
Fotonaponski ograničeni-pozicioni prekidač izlaznog prekidača brzine odziva signala prekidača (opseg mikrosekunde), široko se koristi u automatizovanim proizvodnim linijama, logističkom sortiranju, pozicioniranju robota i drugim scenarijima.
(4) Magnetski granični prekidači
Magnetni granični prekidači koriste Hallov efekat ili magnetorezitivni efekat za detekciju promjene magnetnog polja. Kada magnetni objekt, kao što je trajni magnet, uđe u opseg detekcije, senzor emituje električni signal. Njihovi izlazni signali su signal za uključivanje-isključenje sa jakim otporom na ometanje, što ga čini pogodnim za detekciju položaja u teškim okruženjima (kao što su ulje i prašina), kao što je povratna informacija o položaju hidrauličnog cilindra i detekcija otvaranja ventila.
(5) Ultrazvučni krajnji prekidači
Ultrazvučni granični prekidači mjerenje udaljenosti emitiranjem ultrazvučnih valova i otkrivanjem vremena odjeka. Kada ciljni objekt uđe u postavljeni raspon, senzor emituje električni signal. Njihovi izlazni signali mogu biti prekidački signali ili analogni signali (vrijednosti udaljenosti), pogodni za scenarije beskontaktnog otkrivanja udaljenosti kao što je detekcija visine naslaga materijala i izbjegavanje robotskih prepreka.
Metode usklađivanja krajnjih prekidača i petlje za zaključavanje faze
Kako bi se osigurao pouzdan prijenos signala i ispravna logička logika upravljanja, potrebno je kombinovati hardverske veze i logičko programiranje kako bi se uskladio ograničeni-pozicioni prekidač sa faznom-zaključanom petljom.
1. Hardverska veza
(1) Usklađivanje napajanja
Napon napajanja krajnjih prekidača mora odgovarati naponskom nivou PLC ulaznog modula. Uobičajeni PLC ulazni moduli podržavaju DC24V ili AC220V napajanje, dok prekidači ograničene{3}}pozicije obično rade na DC12V, DC24V ili AC220V. Ako napon ne odgovara, možete koristiti modul za pretvaranje energije (kao što je DC-DC pretvarač) ili relej za podešavanje.
(2) Usklađivanje tipa signala
Tip izlaznog signala (NPN ili PNP) graničnih prekidača mora odgovarati tipu prijema signala PLC ulaznog modula:
- NPN krajnji prekidači: izlazni terminal je spojen na zajednički terminal (COM) i kraj uzemljenja (GND) ulaznog modula PLC-a, a signalna linija je povezana na PLC ulaznu tačku. Kada se aktivira, signalna linija se prenosi na masu i PLC ulazna tačka detektuje nizak-signal.
- PNP krajnji prekidači: Izlazni terminal je povezan na zajednički terminal (COM) i pozitivno napajanje (VCC) PLC ulaznog modula, a signalna linija je povezana na PLC ulaznu tačku. Kada se aktivira, signalna linija je povezana na pozitivno napajanje, a PLC ulazna tačka detektuje napredni signal.
- Ako tip signala graničnog prekidača ne odgovara PLC-u, za konverziju se može koristiti modul za konverziju signala (kao što su NPN-PNP pretvarači) ili relej.
(3) Optimizacija ožičenja
Kako bi se poboljšale mogućnosti sistema protiv-smetanja sistema, treba se pridržavati sljedećih principa prilikom povezivanja graničnih prekidača na fazno-zaključani prsten:
- Upotreba oklopljenog kabla: U slučaju prijenosa na velike udaljenosti ili ozbiljnih elektromagnetnih smetnji, oklopljeni kabel će se koristiti za povezivanje krajnjih prekidača i faznih{0}} prstenova za zaključavanje, a zaštitni sloj mora biti uzemljen.
- Nezavisno napajanje: obezbeđuje nezavisno napajanje za krajnje prekidače, izbegava deljenje napajanja sa PLC izlaznim modulom ili drugom opremom velike snage, smanjuje fluktuacije snage na uticaj signala.
- Zaštita kontakata: Za kontaktne granične prekidače, RC apsorpciona kola ili diode mogu biti spojeni paralelno između kontakata kako bi se spriječio luk koji se javlja kada se kontakt otvori, produžavajući vijek trajanja kontakta.
2. Logičko programiranje
(1) Konfiguracija ulazne tačke
U softveru za programiranje PLC-a, ulazna tačka povezana sa prekidačem ograničene-pozicije mora imati ispravan tip signala (visok ili nizak) i mora biti u skladu sa metodom hardverskog povezivanja. Na primjer, ako se koristi NPN granični prekidač, ulazna tačka PLC-a treba biti konfigurirana da bude aktivna na niskom-kraju.
(2) Dizajn upravljačke logike
Kontrolna logika krajnjih prekidača mora biti dizajnirana prema specifičnim scenarijima primjene. Uobičajena logika uključuje:
- Kontrola putovanja: Pokreće motor da se zaustavi ili okrene unazad koristeći ograničeni-prekidač položaja za otkrivanje krajnjeg položaja pokretnih komponenti. Na primjer, u automatiziranoj proizvodnoj liniji, kada se kolica pomjere udesno, aktivira se granični prekidač, a PLC izlazni signal obrće motor, uzrokujući da se kolica pomaknu ulijevo.
- Sigurnosna zaštita: koristite granične prekidače za otkrivanje opasnih područja, aktiviranje zaustavljanja u nuždi. U obradi alatnih mašina, na primjer, kada se stroj pomakne do svoje granice, aktivira se granični prekidač i PLC odmah isključuje motor kako bi spriječio oštećenje opreme.
- Sekvencijalna kontrola: Kompleksna sekvencijalna kontrola kretanja ostvaruje se kombinacijom nekoliko krajnjih prekidača. Na primjer, u kontroli bitova, kombinacija graničnog prekidača originalnog položaja, graničnog prekidača za početak uvlačenja i graničnog prekidača za kraj pomaka omogućava automatsko petlje, brzo uvlačenje, uvlačenje i brzo povlačenje bita.
(3) Dijagnoza kvarova i rukovanje.
Da bi se poboljšala pouzdanost sistema, u PLC program treba dodati dijagnostičku logiku krajnjih prekidača, kao što su:
- Detekcija gubitka signala: korištenje tajmera za otkrivanje da li se signal prekidača za ograničenje{0}}nije promijenio u navedenom vremenu. Ako istekne vrijeme, aktivira se alarm.
- Detekcija sukoba signala: Otkriva da li su signali sa međusobno isključivih graničnih prekidača, kao što su granični prekidači naprijed i nazad, aktivni istovremeno. Ako jeste, uključite alarm.
- Funkcija ručnog resetovanja: Nakon što dođe do kvara, signal greške mora biti obrisan ručno (na primer, pritiskom na dugme za resetovanje) da bi se vratio normalan rad sistema.
Analiza slučaja aplikacije
U ovom radu detaljno je predstavljena metoda usklađivanja graničnih prekidača i PLC-a uzimajući za primjer klipno upravljanje kolicima u automatskoj proizvodnoj liniji:
1. Sastav sistema
- Pokretne komponente: kolica koja se kreću lijevo i desno duž vodilice.
- Pogon: Motor koji pokreće tramvaj kroz mjenjač.
- Krajnji prekidač: Lijevi granični prekidač (NC tip) i desni granični prekidač (NO tip) se koriste za otkrivanje položaja kolica s lijeve i desne strane.
- PLC: Marka univerzalnog PLC-a, sa podrškom za DC24V napajanje i tipove PNP signala.
2. Hardverska veza
- Usklađivanje napajanja: krajnji prekidači rade u DC24V i odgovaraju naponskom nivou PLC ulaznih modula, tako da nije potrebna konverzija.
- Podudaranje tipa signala: Ispravan granični prekidač je tipa NE, što zahtijeva korištenje releja za pretvaranje u PNP signal. Konkretno, izlazni terminal graničnog prekidača spojen je na zavojnicu releja, a kraj normalnog otvorenog kontakta releja je spojen na zajednički terminal (VCC) PLC ulaznog modula, a drugi kraj na PLC ulaznu tačku. Lijevi granični prekidač je NC tipa i direktno je povezan sa zajedničkim terminalom (VCC) i ulaznom tačkom PLC ulaznog modula (mora biti konfigurisan kao low end aktivan u PLC programu).
- Optimizacija ožičenja: korištenjem graničnih prekidača za povezivanje oklopljenih kablova i PLC-a, uzemljenje zaštitnog sloja. Za krajnje prekidače obezbeđeno je nezavisno DC24V napajanje kako bi se izbeglo deljenje napajanja sa PLC izlaznim modulima.
3. Logičko programiranje
Konfiguracija ulazne tačke: U softveru za programiranje PLC-a, konfiguracija ulazne tačke za desni granični prekidač je visoka, a konfiguracija ulazne tačke za levi granični prekidač je niska.
Kontrolni logički dizajn:
- Kontrola pokretanja: Pritisnite dugme za pokretanje i PLC emituje signal koji okreće motor naprijed i pomiče automobil udesno.
- Detekcija desne granice: Kada se kolica pomaknu udesno, desni granični prekidač se aktivira, releji su zatvoreni, a PLC ulazne tačke detektuju napredne signale. PLC tada emituje signal za okretanje motora i pomicanje kolica ulijevo.
- Detekcija lijeve granice: Kada se kolica pomaknu ulijevo, aktivira se lijevi granični prekidač i detektuje se nizak nivo signala na PLC ulaznoj tački. PLC tada emituje signal koji okreće motor prema naprijed i pomiče kolica udesno.
- STOP CONTROL: Pritiskom na dugme za zaustavljanje, PLC isključuje motor i zaustavlja kretanje kolica.
Dijagnoza kvara i rukovanje:
- Detekcija gubitka signala: Koristite tajmer da otkrijete da li se ispravan signal graničnog prekidača nije promijenio za 10 sekundi. Ako dođe do isteka, aktivira se alarm "greška desne granice".
- Detekcija sukoba signala: detektuje da li su signali s lijevog-desnog graničnog prekidača aktivni istovremeno. Ako je tako, pokrenite alarm "konflikt ograničenja".
Funkcija ručnog resetovanja: nakon kvara, pritisnite dugme za resetovanje da obrišete signal greške, vratite normalan rad sistema.
UVOD Zaključak:
Kao ključna komponenta kontrolnih sistema industrijske automatizacije, ograničeni-prekidač položaja pruža niz načina izlaznog signala i fleksibilan izbor za dizajn sistema. Razumnim usklađivanjem tipa signala, napona napajanja i metoda ožičenja krajnjih prekidača, te kombinovanjem sa PLC logičkim programiranjem, može se postići visoka efikasnost i pouzdana detekcija položaja i kontrola kretanja. U praktičnim primenama, odgovarajuće tipove graničnih prekidača treba izabrati u skladu sa zahtevima specifičnog scenarija i treba slediti najbolje prakse u vezi sa hardverom i logičkim programiranjem kako bi se osigurala stabilnost i sigurnost sistema. Sa razvojem industrije 4.0 i Interneta stvari (IoT), granični prekidači se kreću prema inteligentnim, umreženim i u budućnosti će biti duboko integrirani s uređajima kao što su PLC, senzori i aktuatori, donoseći više mogućnosti za kontrolu industrijske automatizacije.
