Автоматизация проволочного стана 150

     Фотоэлектрические датчики позволяют наиболее точно  поддерживать размеры петли в  заданных пределах, однако также подвержены влиянию загрязнения окружающей среды. Датчики этого типа также требуют точной установки поля зрения.

     С учетом приведенного выше предлагается устройство контроля провиса петли  проката мелкосортного стана (см. рис. 1),

где:

Д.Стр. - датчик строба;

Изм.Д. - измерительный датчик;

ТЭО - термоэлектрический охладитель;

У1, У2, У3 - усилители сигналов;

Т.Д. - температурный  датчик;

УПС1, УПС2, УПС3, УПС4 - устройства преобразования сигналов;

МП - микропроцессор;

ЦАП - цифроаналоговый  преобразователь;

УПТ - усилитель  постоянного тока;

Инд. - индикатор. 

 

Рисунок 1.5 - Структурная схема устройства

     Устройство  работает следующим образом. На измерительный  датчик периодически попадает инфракрасное излучение от разогретого проката  через оптическую систему, в состав которой входит вращающееся зеркало. Сигнал с измерительного датчика усиливается и поступает через устройство преобразования сигнала на микропроцессор. Для понижения уровня шумов измерительного датчика используется термоэлектрический охладитель.

     Для контроля температурного режима используется бинарный датчик температуры, реагирующий на превышение максимально допустимой температуры. Так как данное устройство работает в составе системы управления скоростным режимом прокатки, то цифровая величина провиса петли посредством цифроаналогового преобразователя и усилителя постоянного тока преобразуется в унифицированный сигнал, необходимый для работы следующего блока системы.

     В процессе работы микропроцессор циклически диагностирует свое состояние. Соответствующие бинарные сигналы выдаются в систему управления, а также дублируются на индикаторе. 

Емкостные датчики 

     Принцип действия емкостной измерительной  системы основан – на том, что  с измерением размера контролируемой детали изменяется емкость конденсатора датчика. Измеряя тем или иным путем эту емкость, можно судить о размере изделия.

     Емкостный метод контроля может быть как  контактным, так и бесконтактным. При бесконтактном методе одной  из пластин конденсатора служит само контролируемое изделие; при контактном методе емкостный датчик представляет собой плоский или цилиндрический конденсатор, одна из пластин которого связана с измерительным стержнем. Бесконтактный метод находит ограниченное применение. 

     Емкостные датчики работают только с преобразующими электросхемами. Применяются в основном два типа схем: преобразующая схема, работающая как прецизионный измеритель емкости по методу моста, в одно из плеч которого включен датчик, и схема с включением емкостного датчика в контур задающего генератора. В первом типе схем при изменении емкости датчика в диагонали моста возникает напряжение разбаланса, которое может быть использовано непосредственно для отсчета или как напряжение, приводящее в действие сервосистему, осушествляющую нулевой баланс моста. Во втором типе схем при изменении емкости меняется частота генератора. По величине изменения частоты можно судить о размере изделия. Эта схема значительно чувствительнее мостовой, но более подвержена всевозможным влияниям извне.

 

 

Рис. 1.6. Емкостные датчики: а- схема включения; г- датчик с поворотными пластинами; д- датчики с пластинами в виде выдвижных цилиндров.

     Емкостные датчики имеют ряд преимуществ  перед другими датчиками; линейное изменение параметра (емкости) в  довольно широких пределах рабочего хода, обеспечивающее при этом очень высокую точность измерения (до долей микрона); измерительное усилие датчика может быть столь незначительным (несколько грамм), что датчик может конкурировать с бесконтактными методами измерения; при включении в соответствующую схему емкости датчика могут быть использованы для дифференциальных измерений.

     На  рис.1.6,а приведена типовая схема включения емкостного датчика. На неподвижные электроды датчика подается переменное напряжение с частотой 50 гц от трансформатора Тр с заземленной средней точкой. При смещении подвижного электрода В относительно нейтрального положения на сетке лампы появляется напряжение, которое после усиления подается к электродвигателю Д.

     При работе электродвигателя щетка реохорда Р перемещается до тех пор, пока напряжение на катоде лампы не станет равным напряжению на сетке. На одной оси с реохордом находится шкала, проградуированная в единицах измеряемой величины. На диске шкалы смонтирован упор. При предельных размерах детали он воздействует на концевые выключатели; при этом подается импульс на исполнительное реле.Такого рода емкостный датчик является дифференциальным, так как в нем имеется одна подвижная В и две неподвижные А и С пластины, что увеличивает чувствительность датчика.

     Технические характеристики емкостного датчика CSN EC50S8-31P-25-LZS4-H 

       Способ установки   невстраиваемый

       Тип выхода датчика   нормально разомкнутый

       Структура выхода   PNP

       Номинальное напряжение питания   24 В

       Диапазон напряжения питания  постоянного тока   10…30 В

       Уровень пульсации питающего напряжения   ≤ 15%

       Максимальный рабочий ток  

       - при температуре ≤ 75о C   250 мА

       - при температуре более 75о  С   150 мА

       Падение напряжения при максимальном  рабочем токе   ≤ 2,5 В

       Регулировка уровня срабатывания   есть

       Диапазон регулировки уровня срабатывания  

       Заводская настройка уровня срабатывания   HR = 0 мм

       Задержка срабатывания   1±0,2 с

       Защита от переплюсовки напряжения  питания и превышения тока  нагрузки   есть

       Индикация срабатывания   есть

       Индикация напряжения питания   есть

       Степень защиты по ГОСТ 14254-96  

       - cо стороны чувствительной поверхности   IP68

       - остальное    P65

       Материал корпуса    Сталь 12Х18H10T

       Материал чувствительной поверхности   фторопласт-4

       Диапазон рабочих температур   Минус 15о С … плюс 105о С 

Фотоэлектрические датчики 

     Фотоэлектрические датчики размера с промежуточным  преобразованием осуществляют непосредственное преобразование изменения размера  изделия в изменение лучистой энергии светового потока с помощью  оптической системы; затем лучистая энергия света преобразовывается фотоэлементами в электрический сигнал.

     Оптические  системы фотоэлектрических датчиков размера основаны на свойстве изделия  отражать световой поток или диафрагмировать  его. Оптические схемы с отражением светового потока строятся на отражении светового луча непосредственно контролируемым изделием или специальным отражательным зеркалом.

Рис. 81.7. схемы фотоэлектрических методов измерения.

     Непосредственное  отражение светового потока от поверхности  детали (рис.1.7,а) используется, например, в автомате для контроля чистоты поверхности шариков. Световой поток Ф0 падает на поверхность шарика и, отражаясь от нее, направляется на фотоэлемент ФЭ. Отраженный световой ноток Ф1 преобразуется фотоэлементом в пропорциональный ему ток.

     Оптические  системы с диафрагмированием  светового потока строятся на принципе преграждения пути следования светового  луча контуром контролируемого изделия. Такие схемы можно построить  как для контроля наружных размеров деталей (рис.1.7,б), так и для контроля размеров отверстий (рис.1.7,в). Подобная схема применена в автомате для контроля поршневых колец (рис.1.7,г). Кольцо 2 закладывается в калибр обоймы 1 и плотно прижимается. к ней с одной стороны. С противоположной стороны расположен источник света 3, посылавший световой поток через зазор между кольцом и обоймой на фотоэлемент 4. Во время контроля обойма с кольцом вращается от привода.

     При контроле отверстия методом непосредственного  пропускания светового луча контролируется, строго говоря, не диаметр отверстия, а его контур. В оптических схемах диафрагмирования световой поток за изделием изменяется не только за счет изменения контролируемого размера, но и за счет рассеивания света. При этом степень рассеивания будет зависеть от качества поверхности и габаритных размеров изделий, которые не контролируются. Так, например, при контроле отверстия колебание толщины изделия (длины отверстия) будет искажать результаты контроля размера отверстия.

     Оптическая  схема с отражением светового  потока для измерения размера детали, например диаметра цилиндра или шарика, требует наличия отражающего зеркала, положение которого определяется размером контролируемой детали (рис. 1.7, д). В этом случае отраженный поток Ф1 практически не изменяет своей величины, но изменяет свое направление и возбуждает один из нескольких фотоэлементов. Это приводит к релейной харакеристике датчика.

     В последнее время начинают применять  датчики на полупроводниковых сопротивлениях. Чувствительность ряда новых фото- сопротивлений превышает в тысячи раз чувствительность обычных вакуумных и газонаполненных фотоэлементов. Применяя фотосопротивления, можно получать сигналы, по мощности достаточные для срабатывания высокоомного телефонного реле. Схема такого датчика приведена на рис.1.7,е.

     Свет  от лампы 5 через конденсор 4, диафрагму 3 и объектив 6 падает на поворотное зеркало 8 и, отразившись от него, а затем от неподвижных зеркал 2 и 7, попадает на блок фотосопротивлений 1. Зеркало 8 закреплено на рычаге держателя 9, который опирается на длинное плечо рычага 10; последний может вращаться относительно оси 11. Рычаг 10 через шарик опирается на измерительный стержень 12. Когда выполняется измерение, стержень 12 через рычаг 10 воздействует на зеркало 8, и в зависимости от измеряемого размера луч света попадает на то или иное фотосопротивление, резко уменьшая при этом его омическое сопротивление. Ток, протекающий через фотосопротивление, возрастает и достигает значения, обеспечивающего срабатывание высокоомного телефонного реле, включенного последовательно с сопротивлением.

     В датчиках, выпускаемых Ленинградским  инструментальным заводом, принята  ширина фотосопротивлений 3 мм; такое  же смещение светового пятна соответствует  изменению размера на 1 мк. Так  как измерительные реле срабатывают  при засвечивании половины сопротивления, то порог чувствительности датчика составляет 0,5 мк. Погрешность датчика также не превышает 0,5 мк. Сопротивления собраны в блоке уступом, что обеспечивает хорошую электрическую изоляцию. Световое пятно имеет также ширину 3 мм, поэтому оно может осветить только одно фотосопротивление. Всего в датчике 59 фотосопротивлений, что позволяет производить сортировку деталей на 59 групп через 1 мк. Можно также объединять фотосопротивления любыми группами.

     На  Ленинградском инструментальном заводе на базе пружинного прибора – оптикатора – разработаны и применяются электромеханические датчики с фотосопротивлениями. Как показывает опыт, эти датчики обеспечивают высокую точность контроля и необходимое быстродействие. Датчики изготовляются в двух модификациях: двухкомандные – для разбраковки на размерные группы.

     В зависимости от размера детали луч  света попадает на то или иное сопротивление, резко уменьшая его омическое  сопротивление. Ток, протекающий через  фотосопротивление и составляющий 0,1 ма, возрастает и достигает значения, обеспечивающего срабатывание высокоомного телефонного реле типа РНК, включенного последовательно с фотосопротивлениями. Таким образом, подается команда для сортировки деталей в соответствии с результатами их измерения. Номинальный интервал сортировки от 0,5 до 5 мк.

     Основные  технические характеристики фотодачиков  серии Autonics BUP