Dalam sistem kawalan automasi industri, suis had adalah komponen utama untuk mengubah pergerakan mekanikal kepada isyarat elektrik, dan ia mempunyai fungsi teras pengesanan kedudukan, kawalan strok dan perlindungan keselamatan. Kepelbagaian output isyarat secara langsung menentukan fleksibiliti pemadanan dengan Pengawal Logik Boleh Aturcara. Dalam makalah ini, jenis output isyarat, prinsip kerja, sambungan perkakasan dan pengaturcaraan logik suis had dianalisis secara terperinci, yang menyediakan rujukan teknikal untuk reka bentuk sistem kawalan industri.
Jenis output isyarat untuk suis kedudukan-terhad
Output isyarat suis had dibahagikan kepada dua jenis utama: jenis kenalan dan bukan-jenis kenalan. Tanpa sentuh juga termasuk pelbagai laluan teknikal seperti kaedah induktif, kapasitif, fotoelektrik, magnetik dan ultrasonik. Jenis suis had yang berbeza mempamerkan perbezaan yang jelas dalam ciri isyarat, senario aplikasi dan kaedah pemadanan dengan gelang berkunci{3}}fasa.
1. Suis Had Kenalan
Suis had kenalan merealisasikan output isyarat dengan membuka dan menutup kenalan mekanikal. Struktur teras mereka terdiri daripada mekanisme operasi, sistem hubungan dan spring set semula. Apabila komponen yang bergerak bersentuhan dengan mekanisme pengendalian, sistem sentuhan menukar keadaannya dan menghasilkan isyarat elektrik. Mengikut keadaan kenalan, suis had kenalan boleh dibahagikan kepada jenis terbuka (NO) dan biasanya tertutup (NC):
- Normal Open (NO): Secara lalai, kenalan terbuka dan tiada output isyarat. Apabila dicetuskan oleh komponen yang bergerak, kenalan ditutup, menghantar isyarat elektrik.
- Tutup Biasa (NC): Kenalan ditutup secara lalai, dengan output berterusan. Apabila dicetuskan oleh komponen yang bergerak, kenalan terbuka, mengganggu isyarat.
- Suis had kenalan mempunyai kelebihan struktur ringkas, kos rendah dan keupayaan anti-jamming yang kuat. Ia digunakan secara meluas dalam peralatan mesin, lif dan talian penghantar. Walau bagaimanapun, sesentuh mekanikalnya terdedah kepada haus dan lusuh, hayat perkhidmatannya dipengaruhi oleh kekerapan penggunaan, dan kelajuan tindak balasnya agak perlahan (biasanya dalam milisaat).
2.Bukan-Suis Had Kenalan
Suis had tanpa sentuh mengesan perubahan dalam kuantiti fizikal (seperti kearuhan, kemuatan, keamatan cahaya atau kekuatan medan magnet) antara objek sasaran dan penderia untuk mencapai output isyarat tanpa sentuhan mekanikal. Ia dicirikan oleh kelajuan tindak balas yang tinggi, hayat perkhidmatan yang panjang dan kebolehpercayaan yang tinggi. Menurut prinsip pengesanannya, suis had tanpa sentuh boleh dibahagikan kepada jenis berikut:
(1) Suis Had Induktif
Suis had induktif mengesan objek logam menggunakan prinsip aruhan elektromagnet. Apabila sasaran logam memasuki julat pengesanan sensor, amplitud litar berayun berkurangan, mencetuskan output isyarat. Isyarat output mereka biasanya isyarat suis (tahap tinggi/rendah) yang boleh disambungkan terus ke modul input digital PLC. Suis had induktif sesuai untuk senario pengesanan logam seperti pengesanan kedudukan alat dan pengisihan komponen logam dalam alatan mesin.
(2) Suis Had Kapasitif
Kapasiti isyarat keluaran antara objek sasaran dan elektrod penderia dikesan oleh suis pengehad kemuatan. Apabila sasaran bukan{1}}logam, seperti plastik, cecair atau zarah, memasuki julat pengesanan, nilai kapasitansi berubah, mencetuskan output isyarat. Isyarat keluarannya juga merupakan isyarat pertukaran, tetapi jarak pengesanannya lebih pendek daripada jenis induktif, dan ia lebih dipengaruhi oleh kelembapan dan suhu ambien. Suis had kapasitif sering digunakan dalam pengesanan tahap bahan dan kedudukan mesin pembungkusan.
(3) Suis Had Fotoelektrik
Suis had fotoelektrik mengesan objek sasaran dengan kesan fotoelektrik. Bergantung pada julat optiknya, ia boleh dikelaskan kepada pemancar, pemantul dan pemantul meresap:
Lampu penghantaran: pemancar dan penerima dipasang secara berasingan. Apabila objek sasaran menghalang laluan cahaya, ia mencetuskan isyarat. Jarak pengesanan mereka (sehingga beberapa dozen meter) menjadikannya sesuai untuk kedudukan jauh.
Refleksi: Pemancar dan penerima disepadukan dalam satu unit. Reflektor diperlukan untuk mengendalikan isyarat yang dicetuskan apabila objek sasaran memantulkan cahaya kembali ke penerima. Jarak pengesanan mereka adalah sederhana.
Reflektif Resap: Pemancar dan penerima juga disepadukan ke dalam satu unit. Isyarat dicetuskan apabila cahaya disebarkan dari permukaan objek sasaran ke penerima tanpa memerlukan pemantul. Walau bagaimanapun, jarak pengesanan mereka agak pendek (biasanya kurang daripada 1 meter), menjadikannya sesuai untuk kedudukan rapat.
Kelajuan isyarat suis suis kedudukan fotovolta terhad-(julat mikrosaat), digunakan secara meluas dalam talian pengeluaran automatik, pengisihan logistik, kedudukan robot dan senario lain.
(4) Suis Had Magnet
Suis had magnet menggunakan kesan Hall atau kesan magnetoresistif untuk mengesan perubahan medan magnet. Apabila objek magnetik, seperti magnet kekal, memasuki julat pengesanan, sensor mengeluarkan isyarat elektrik. Isyarat keluarannya ialah isyarat hidup-mati dengan rintangan jamming yang kuat, menjadikannya sesuai untuk pengesanan kedudukan dalam persekitaran yang keras (seperti minyak dan habuk), seperti maklum balas kedudukan silinder hidraulik dan pengesanan bukaan injap.
(5) Suis Had Ultrasonik
Had ultrasonik menukar ukuran jarak dengan memancarkan gelombang ultrasonik dan mengesan masa gema. Apabila objek sasaran memasuki julat yang ditetapkan, sensor mengeluarkan isyarat elektrik. Isyarat keluarannya boleh menjadi isyarat pensuisan atau isyarat analog (nilai jarak), sesuai untuk senario pengesanan jarak tanpa sentuh seperti pengesanan ketinggian tindanan bahan dan pengelakan halangan robot.
Kaedah Pemadanan Suis Had dan Gelung Kunci Fasa
Untuk memastikan penghantaran isyarat yang boleh dipercayai dan logik logik kawalan yang betul, adalah perlu untuk menggabungkan sambungan perkakasan dan pengaturcaraan logik untuk memadankan-suis kedudukan terhad dengan fasa-gelung terkunci.
1. Sambungan perkakasan
(1) Padanan Bekalan Kuasa
Voltan bekalan suis had mesti sepadan dengan tahap voltan modul input PLC. Modul input PLC biasa menyokong bekalan kuasa DC24V atau AC220V, manakala suis kedudukan-terhad biasanya beroperasi pada DC12V, DC24V atau AC220V. Jika voltan tidak sepadan, anda boleh menggunakan modul penukaran kuasa (seperti penukar DC-DC) atau geganti untuk melaraskan.
(2) Padanan Jenis Isyarat
Jenis keluaran isyarat (NPN atau PNP) suis had mesti sepadan dengan jenis penerimaan isyarat modul input PLC:
- Suis Had NPN: terminal output disambungkan ke terminal biasa (COM) dan hujung pembumian (GND) modul input PLC, dan garis isyarat disambungkan ke titik input PLC. Apabila dicetuskan, garis isyarat dihantar ke tanah dan titik input PLC mengesan isyarat tahap-rendah.
- Suis Had PNP: Terminal keluaran disambungkan ke terminal biasa (COM) dan bekalan kuasa positif (VCC) modul input PLC, dan talian isyarat disambungkan ke titik input PLC. Apabila dicetuskan, talian isyarat disambungkan kepada bekalan kuasa positif, dan titik input PLC mengesan isyarat lanjutan.
- Jika jenis isyarat suis had tidak sepadan dengan PLC, modul penukaran isyarat (seperti penukar-PNP) atau geganti NPN boleh digunakan untuk penukaran.
(3) Pengoptimuman Pendawaian
Untuk meningkatkan keupayaan sistem anti-gangguan sistem, prinsip berikut harus dipatuhi apabila menyambung suis had kepada gelang berkunci fasa-:
- Penggunaan Kabel Terlindung: Sekiranya berlaku penghantaran jarak jauh atau gangguan elektromagnet yang serius, kabel terlindung hendaklah digunakan untuk menyambung suis had dan gelang pengunci-fasa, dan lapisan pelindung hendaklah dibumikan.
- Bekalan Kuasa Bebas: menyediakan bekalan kuasa bebas untuk suis had, mengelakkan perkongsian bekalan kuasa dengan modul keluaran PLC atau peralatan kuasa tinggi yang lain, mengurangkan turun naik kuasa kepada pengaruh isyarat.
- Perlindungan sentuhan: Untuk suis had sesentuh, litar serapan RC atau diod boleh disambung selari antara sesentuh untuk menghalang arka yang berlaku apabila sesentuh dibuka, memanjangkan hayat sesentuh.
2. Pengaturcaraan Logik
(1) Konfigurasi Titik Input
Dalam perisian pengaturcaraan PLC, titik input yang disambungkan kepada suis kedudukan-terhad mesti mempunyai jenis isyarat yang betul (tinggi atau rendah) dan mesti konsisten dengan kaedah sambungan perkakasan. Sebagai contoh, jika suis had NPN digunakan, titik input PLC hendaklah dikonfigurasikan supaya-aktif rendah.
(2) Reka Bentuk Logik Kawalan
Logik kawalan suis had mesti direka bentuk mengikut senario aplikasi tertentu. Logik biasa termasuk:
- Kawalan perjalanan: Mencetuskan motor untuk berhenti atau undur menggunakan suis kedudukan-terhad untuk mengesan kedudukan akhir komponen yang bergerak. Contohnya, dalam barisan pengeluaran automatik, apabila troli bergerak ke kanan, suis had dicetuskan, dan isyarat keluaran PLC membalikkan motor, menyebabkan troli bergerak ke kiri.
- Perlindungan keselamatan: gunakan suis had untuk mengesan kawasan berbahaya, mencetuskan hentian kecemasan. Dalam pemprosesan alatan mesin, contohnya, apabila mesin bergerak ke hadnya, suis had dicetuskan dan PLC segera memotong motor untuk mengelakkan kerosakan pada peralatan.
- Kawalan Berjujukan: Kawalan gerakan berjujukan yang kompleks direalisasikan melalui gabungan beberapa suis had. Sebagai contoh, dalam kawalan bit, gabungan suis had kedudukan asal, suis had permulaan suapan dan suis had akhir suapan membolehkan gelung automatik, suapan pantas, suapan dan pengunduran pantas bit.
(3) Diagnosis dan Pengendalian Kesalahan.
Untuk meningkatkan kebolehpercayaan sistem, logik diagnosis suis had perlu ditambah ke dalam program PLC, seperti:
- Pengesanan kehilangan isyarat: menggunakan pemasa untuk mengesan sama ada had -isyarat suis tidak berubah dalam masa yang ditentukan. Jika ia kehabisan masa, ia akan mencetuskan penggera.
- Pengesanan Konflik Isyarat: Mengesan sama ada isyarat daripada suis had yang saling eksklusif, seperti suis had hadapan dan belakang, aktif pada masa yang sama. Jika ya, matikan penggera.
- Fungsi Set Semula Manual: Selepas kerosakan berlaku, isyarat kerosakan mesti dikosongkan secara manual (contohnya, dengan menekan butang set semula) untuk memulihkan operasi sistem normal.
Analisis Kes Aplikasi
Dalam kertas ini, kaedah pemadanan suis had dan PLC diperkenalkan secara terperinci dengan mengambil kawalan salingan troli dalam barisan pengeluaran automatik sebagai contoh:
1. Komposisi Sistem
- Komponen Bergerak: Troli yang bergerak ke kiri dan ke kanan di sepanjang rel panduan.
- Pandu: Motor yang memandu trem melalui kotak gear.
- Suis had: Suis had kiri (jenis NC) dan suis had kanan (jenis NO) digunakan untuk mengesan kedudukan troli di sebelah kiri dan kanan, masing-masing.
- PLC: Jenama PLC universal, dengan sokongan untuk bekalan kuasa DC24V dan jenis isyarat PNP.
2. Sambungan perkakasan
- Padanan Bekalan Kuasa: suis had beroperasi dalam DC24V dan sepadan dengan tahap voltan modul input PLC, jadi tiada penukaran diperlukan.
- Padanan Jenis Isyarat: Suis had yang betul ialah jenis NO, yang memerlukan penggunaan geganti untuk menukar kepada isyarat PNP. Khususnya, terminal keluaran suis had disambungkan ke gegelung geganti, dan hujung hubungan terbuka biasa geganti disambungkan ke terminal biasa (VCC) modul input PLC dan hujung satu lagi ke titik input PLC. Suis had kiri ialah jenis NC dan disambungkan terus ke terminal biasa (VCC) dan titik input modul input PLC (mesti dikonfigurasikan sebagai low end aktif dalam program PLC).
- Pengoptimuman Pendawaian: menggunakan suis had sambungan kabel terlindung dan PLC, melindungi pembumian lapisan. Bekalan kuasa DC24V bebas disediakan untuk suis had bagi mengelakkan perkongsian bekalan kuasa dengan modul keluaran PLC.
3. Pengaturcaraan Logik
Konfigurasi Titik Input: Dalam perisian pengaturcaraan PLC, konfigurasi titik input ke suis had kanan adalah tinggi dan konfigurasi titik input ke suis had kiri adalah rendah.
Reka Bentuk Logik Kawalan:
- Kawalan mula: Tekan butang mula dan PLC mengeluarkan isyarat yang memutarkan motor ke hadapan dan menggerakkan kereta ke kanan.
- Pengesanan Had Kanan: Apabila troli bergerak ke kanan, suis had kanan dicetuskan, geganti ditutup dan titik input PLC mengesan isyarat lanjutan. PLC kemudian mengeluarkan isyarat untuk membalikkan motor dan menggerakkan troli ke kiri.
- Pengesanan Had Kiri: Apabila troli bergerak ke kiri, suis had kiri dicetuskan dan isyarat tahap rendah dikesan pada titik input PLC. PLC kemudian mengeluarkan isyarat yang memutarkan motor ke hadapan dan menggerakkan troli ke kanan.
- KAWALAN BERHENTI: Dengan menekan butang henti, PLC memotong motor dan menghentikan pergerakan troli.
Diagnosis dan Pengendalian Kesalahan:
- Pengesanan Kehilangan Isyarat: Gunakan pemasa untuk mengesan sama ada isyarat suis had yang betul tidak berubah dalam 10 saat. Jika tamat masa berlaku, penggera "kesalahan had betul" dicetuskan.
- Pengesanan Konflik Isyarat: Mengesan sama ada isyarat dari suis had kiri{0}}kanan aktif pada masa yang sama. Jika ya, cetuskan penggera "had konflik".
Fungsi Set Semula Manual: selepas kegagalan, tekan butang set semula untuk mengosongkan isyarat kerosakan, memulihkan operasi sistem normal.
PENGENALAN Kesimpulan:
Sebagai komponen utama sistem kawalan automasi industri, suis kedudukan-terhad menyediakan pelbagai mod output isyarat dan pilihan fleksibel untuk reka bentuk sistem. Dengan padanan yang munasabah jenis isyarat, bekalan voltan dan kaedah pendawaian suis had, dan menggabungkannya dengan pengaturcaraan logik PLC, kecekapan tinggi dan pengesanan kedudukan yang boleh dipercayai dan kawalan gerakan boleh dicapai. Dalam aplikasi praktikal, jenis suis had yang sesuai hendaklah dipilih mengikut keperluan senario tertentu dan amalan terbaik dalam sambungan perkakasan dan pengaturcaraan logik harus diikuti untuk memastikan kestabilan dan keselamatan sistem. Dengan pembangunan Industri 4.0 dan Internet Perkara (IoT), suis had bergerak ke arah pintar, rangkaian dan akan disepadukan secara mendalam dengan peranti seperti PLC, penderia dan penggerak pada masa hadapan, membawa lebih banyak kemungkinan untuk kawalan automasi industri.
