用電磁傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)械跑光試驗(yàn)臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制研究

油曉喆，張 波，趙慶志，王永琪，趙 忠，欒嘯飛

（山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博255049）

0 前言

在精密傳動(dòng)機(jī)械如滾珠絲杠制造工藝中需要做往復(fù)循環(huán)跑合試驗(yàn)，圖1所示為滾珠絲杠跑合試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)圖，1為滾珠絲杠，3為左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)跑合座，為了避免誤動(dòng)作和應(yīng)用方便，圖1上2、4選圖2所示的電磁式傳感器，而不選光電式和霍耳式傳感器[1]，5為計(jì)數(shù)器，6為三相交流電機(jī)，7為變頻器。電機(jī)正轉(zhuǎn)跑合座3向右運(yùn)動(dòng)接近傳感器4時(shí)電機(jī)停止正轉(zhuǎn)改為反轉(zhuǎn)，則跑合座3就向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)跑合座3靠近傳感器2時(shí)電機(jī)停止反轉(zhuǎn)改為正轉(zhuǎn)，跑合座再向右運(yùn)動(dòng)，這樣循環(huán)往復(fù)做跑合運(yùn)動(dòng)。當(dāng)跑合座來(lái)回運(yùn)動(dòng)次數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器5的常閉觸點(diǎn)SJ斷開(kāi)，停止跑合運(yùn)動(dòng)。為了保證往復(fù)運(yùn)動(dòng)安全可靠，設(shè)計(jì)上需要考慮三相交流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)互鎖，有文獻(xiàn)介紹，在有非接觸式傳感器電氣控制中的互鎖要比傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制中的互鎖復(fù)雜[2-3]，為此進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。

圖1 往復(fù)循環(huán)跑合運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)示意圖

圖2 LJ12A3-4-Z/BX型NPN電磁傳感器

1 電磁式傳感器工作原理分析

圖3所示為L(zhǎng)J18A3-8-Z/BY型NPN電磁傳感器接直流電源和直流繼電器的工作原理，傳感器黑色接線(xiàn)端和棕色接線(xiàn)端之間接24 V直流繼電器線(xiàn)圈J，當(dāng)有金屬靠近傳感器的檢測(cè)面時(shí)，傳感器內(nèi)部電路工作，使得RJ2S-C-D24型直流繼電器線(xiàn)圈J帶電24 V，繼電器觸點(diǎn)工作；當(dāng)沒(méi)有金屬靠近傳感器的檢測(cè)面時(shí)，直流繼電器線(xiàn)圈J的電壓為0 V，繼電器觸點(diǎn)不工作。

圖3 電磁式傳感器工作原理圖

2 基于電磁式傳感器的計(jì)數(shù)器工作原理分析

如圖4所示，用圖2所示的NPN型電磁傳感器作為計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)，接線(xiàn)及工作過(guò)程如下：

8、11接一個(gè)按鈕的常開(kāi)觸點(diǎn)，按鈕斷路時(shí)計(jì)數(shù)器才計(jì)數(shù)工作；短路時(shí)計(jì)數(shù)器顯示清零，再斷路才可以從頭計(jì)數(shù)工作。9接圖2傳感器的棕色線(xiàn)，11接傳感器的藍(lán)色線(xiàn)，10接傳感器的黑色線(xiàn)。每當(dāng)有金屬靠近傳感器的檢測(cè)面時(shí)計(jì)數(shù)加1，當(dāng)計(jì)數(shù)累加到預(yù)設(shè)值時(shí)，3、5常閉觸電SJ才斷開(kāi)，3、4常開(kāi)觸點(diǎn)才閉合。

圖4 DH48J-11數(shù)顯計(jì)數(shù)器接線(xiàn)及其工作原理

3 用兩個(gè)電磁式傳感器控制三相電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)工作原理分析

3.1 用直流繼電器常閉觸點(diǎn)互鎖設(shè)計(jì)分析

如圖5所示（b）為用RJ2S-C-D24型直流繼電器對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)互鎖的控制電路，J1、J2分別是圖1所示兩個(gè)電磁式傳感器2、4控制的直流繼電器的觸點(diǎn)。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)跑合座靠近2號(hào)傳感器的感應(yīng)面時(shí)，（b）圖中交流接觸器KM1線(xiàn)圈帶電，對(duì)J1自鎖，三相交流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，接入反轉(zhuǎn)控制回路的J1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，暫時(shí)實(shí)現(xiàn)互鎖；但當(dāng)跑合座向右離開(kāi)2號(hào)傳感器時(shí)，反轉(zhuǎn)控制回路中的J1的常閉觸點(diǎn)又閉合，反轉(zhuǎn)互鎖失敗。當(dāng)跑合次數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，SJ斷開(kāi)，停止跑合。

當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)跑合座靠近4號(hào)傳感器的感應(yīng)面時(shí)，（b）圖中交流接觸器KM2線(xiàn)圈帶電，三相交流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，接入正轉(zhuǎn)控制回路的J2的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，暫時(shí)實(shí)現(xiàn)互鎖；但當(dāng)跑合座離開(kāi)4號(hào)傳感器時(shí)，正轉(zhuǎn)控制回路中的J2的常閉觸點(diǎn)又閉合，正轉(zhuǎn)互鎖失敗。

3.2 用交流接觸器輔助常閉觸點(diǎn)互鎖設(shè)計(jì)分析

如圖5所示（c）為用交流接觸器對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)互鎖的的控制電路。當(dāng)跑合座靠近2號(hào)電磁傳感器感應(yīng)面時(shí)（c）中交流接觸器KM1線(xiàn)圈帶電，對(duì)J1自鎖，三相異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，接入反轉(zhuǎn)控制回路的KM2輔助常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)互鎖，跑合座遠(yuǎn)離2號(hào)傳感器時(shí)，反轉(zhuǎn)控制回路中的KM1的輔助常閉觸點(diǎn)仍斷開(kāi)，反轉(zhuǎn)互鎖一直有效；當(dāng)跑合次數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器設(shè)定的次數(shù)時(shí)，SJ斷開(kāi)，停止跑合。

同理，當(dāng)跑合座靠近4號(hào)接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面時(shí)，正轉(zhuǎn)互鎖一直有效。

圖5 用兩個(gè)光電式接近開(kāi)關(guān)控制三相交流電機(jī)分析

4 機(jī)械跑光往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制試驗(yàn)臺(tái)研制及結(jié)論

根據(jù)前述原理，研制的滾珠絲杠往復(fù)跑合運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)如圖6所示，對(duì)DH48J-11數(shù)顯計(jì)數(shù)器、電磁傳感器、交流接觸器互鎖、直流繼電器互鎖等問(wèn)題進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和應(yīng)用證明，用圖5（c）所示互鎖控制回路控制三相異步電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)具有反應(yīng)靈敏、安全可靠、不用接觸等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)交流接觸器可以實(shí)現(xiàn)互鎖控制，保證電機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，而圖5（b）所示控制回路不能實(shí)現(xiàn)互鎖控制。

圖6 研制的往復(fù)循環(huán)跑合運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)