專利名稱:多功能紅外光壓力機安全保護裝置的制作方法
本實用新型是一種壓力機的紅外光電安全保護裝置，屬于對偏離正常工作情況的有害變化直接起反應的自動斷開緊急保護電路裝置。
通常壓力機的紅外光電安全保護裝置由調(diào)制脈沖光發(fā)射部分發(fā)射紅外調(diào)制脈沖光，光電探測二極管把接受到的紅外光進行轉換，放大，處理后，驅動控制繼電器，配合故障保護電路和伺服機構，以保證壓力機安全工作。這種紅外光安全保護裝置結構比較簡單，成本也較低。然而，由于它采用的是一般調(diào)制脈沖發(fā)光，各發(fā)光管發(fā)出的是同一脈沖光，所以各光束之間不易區(qū)分，容易相互干擾。采用聚光鏡會聚光線，可以使各光束間得以隔離和增加發(fā)、收間的距離，但是光束只能在一個狹小的范圍內(nèi)有效，因此造成了發(fā)光器或受光器稍有偏離就對不成光路，對光不便和抗震性差的不足。其次，這種壓力機的紅外光安全保護裝置中，控制繼電器使用頻繁，控制繼電器的觸點不加保護措施時，容易電蝕發(fā)黑，失效，使繼電器壽命明顯降低，從而不能適應長時間連續(xù)控制的需要。此外，這種壓力機的紅外光安全保護裝置中采用的雙通道自檢電路還有不完善的地方，如工作一段時間，第一通道出故障，使一個控制繼電器常吸而發(fā)不出“遮光”信號時；當再工作一段時間后，第二通道也出故障，使第二個控制繼電器處在常吸狀態(tài)時，就會使安全保護裝置失靈而可能導致事故發(fā)生。因此，為了克服現(xiàn)有壓力機的紅外光安全保護裝置的不足，使壓力機較可靠，安全地工作，本實用新型改進了壓力機的紅外光安全保護裝置。
本實用新型的目的是，提供一種多功能紅外光壓力機安全保護裝置，采用掃描發(fā)射和接收紅外光，以提高各光束間的隔離度；利用負載電磁鐵交流電流過零點釋放負載的消火花電路有效地消除繼電器觸點的電火花，從而提高控制繼電器的壽命；利用壓力機安全裝置不保護功能區(qū)的時間間隔，自動循環(huán)送入信號使紅外發(fā)光管依次“遮光”，對每束光路進行自檢，從而使壓力機工作更安全，更可靠。
圖1是本實用新型的外形圖。其中，1是控制箱；2是面板盒；3是電源插頭；4是面板盒與控制箱的連線插頭；5是控制箱上的插座；6是控制箱連接位置鑒別器的插頭；7是連接位置鑒別器的控制箱上的插座；8是光電發(fā)射和探測器；9是光電發(fā)射和探測器連接控制箱的插頭；10是光電發(fā)射和探測器連接控制箱的插座；11是斷熔絲；12是面板盒連接控制箱的電源線插頭；13是控制箱連接電磁鐵的插頭。
圖2是本實用新型的電原理框圖。其中，14是紅外光發(fā)射和探測主電路；15是伺服機構；16是消火花電路；17是循環(huán)自檢電路；18是20KHZ方波發(fā)生器；19是脈沖分配器；20是功放電路；21是紅外光發(fā)射與指示；22是光接收及放大電路；23是掃描控制門電路；24是整流電路；25是與門電路；26是信號功放電路；27是自保電路；28是控制繼電器J1；29是控制繼電器J2；30是防踏電磁鐵；31是緊急剎車電磁鐵；32是負載電流取樣電路；33是取樣信號整流電路；34是光耦合器；35是放大倒相電路；36是鋸齒波發(fā)生器；37是移相電路；38是單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC11；39是單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC′11；40是50毫秒延時電路；41是故障控制繼電器J5；42是壓力機機頭位置鑒別器；43是上極位繼電器J4；44是下極位繼電器J3；45是計數(shù)電路；46是計數(shù)脈沖分配器；47是或門電路。
圖3是本實用新型的電原理圖。
改進后的紅外光掃描發(fā)射和接收如圖3，由二個1／4IC1與非門組成20KHZ方波發(fā)生器。方波發(fā)生器產(chǎn)生的方脈沖輸入二個1／2IC2D型觸發(fā)器和四個1／4IC3與門構成的脈沖分配器，分成四路(當然可改變脈沖分配器變成n路，n＝1，2，3…)分別送到晶體管BG4－BG7的基極，放大，點燃設置在面板盒上的4個可見光指示發(fā)光管4D1－4D4和串聯(lián)的設置在工作臺兩邊的光電發(fā)射和探測器上的4個紅外發(fā)光管3D1－3D4。紅外發(fā)光管發(fā)出的光束分別被設置在光電發(fā)射和探測器上的探測二極管3D5－3D8接收，轉換，放大，輸入控制電路。下面以第一束紅外光為例，說明本實用新型提高光束間隔高度的過程，其它光束完全類同。如圖3，第一束光路中，從脈沖分配器1／4IC3的第10腳輸出正脈沖，經(jīng)電阻R8輸入晶體管BG4的基極，晶體管BG4和BG8將其放大后，點燃指示發(fā)光二極管4D4和紅外發(fā)光二極管3D1。紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外光被光電探測二極管3D5接收，轉換成電信號送入脈沖放大器中放大，輸出，經(jīng)電容C7送入掃描控制門電路1／4IC5的第9腳。同時，掃描控制門電路還必須收到從脈沖分配器1／4IC3的第10腳輸出的經(jīng)電阻R38送入的掃描控制正脈沖才打開，輸出正脈沖，否則，其它干擾光束不可能使掃描控制門電路輸出正脈沖。因此，有效地消除了干擾，提高了各光束間的隔離度，保證了壓力機工作更安全、可靠。
本實用新型中增加的消火花電路，按圖3，由JQX－13F型控控制繼電器J1、J2連接觸點交流電過零點控制電路構成。常用的JQX－13F型繼電器的常開觸點從繼電器釋放到接點開始分離，時間為2.5－3.0毫秒(不是指釋放結束)。因此，繼電器釋放應比電流過零點導前2.5－3.0毫秒，繼電器釋放時間與電移相時間對應才能有效地消除電火花。不然，則相反。本實用新型采用了控制繼電器J1、J2釋放時間比電流過零點遲后7－7.5毫秒，從而使控制繼電器J1、J2釋放導前后一個電流過零點2.5－3.0毫秒，達到釋放與電移相對應而消除電火花。即在消火花電路中，調(diào)節(jié)電阻R57使控制繼電器J1、J2的釋放時間比過零點遲后7－7.5毫秒，再調(diào)節(jié)電阻R53，使單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC11的輸出端
Q輸出脈寬為1.5－2毫秒負脈沖，通過觸點J1－5和J2－5輸入到功放管BG17，BG19的基極，控制繼電器J1、J2釋放，從而有效地消除控制繼電器J1、J2觸點的電火花。其次，由于本實用新型中使用了8公斤牽引電磁鐵，它吸合后的電流為400毫安／220伏。但是它起始吸合電流可達2安培以上。為避免消火花電路中的電阻2R1、整流橋堆、光耦合器燒壞，本實用新型在電阻2R1上並聯(lián)了二個靜合接點DT1和DT2。它們的作用是，只有當電磁鐵快要完全吸合時，即電流較小時，接點才啟開。從而保證了消火花電路的正常工作。當然，消火花電路中的穩(wěn)壓管2D1也起了保護作用。此外，為防止“遮光”引起控制繼電器J1、J2抖動，本實用新型還加接了J1－5和J2－5接點。接上這二個接點后，“遮光”，繼電器J1、J2釋放，同時也斷開了接點J1－5和J2－5，消火花電路不起作用。此外，為了使消火花電路本身出現(xiàn)故障時也能報警，本實用新型還在單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC11后面連接了另一個單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC′11。正常情況下，消火花電路的單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC11輸出端Q1(第6腳)輸出一個正脈沖到另一個單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC′11的第12腳，單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC′11第9腳輸出頻率為100HZ的方波。這個方波經(jīng)電阻R52、電容C21延時后，在電容C21上產(chǎn)生一定的電位，但這一交變電位不足以使晶體管BG21導通，然而，當消火花電路出故障無脈沖輸出時，單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC′11的第9腳輸出端將保持高電位輸出，這個高電位經(jīng)延時電路R52、C21延時50毫秒后，電容C21上的電位足以使晶體管BG21導通，而晶體管BG22則截止，連接在晶體管BG22上的故障監(jiān)視繼電器J5釋放，常閉觸點接通故障指示紅色發(fā)光二極管4D5發(fā)光、告警、直到排除故障為止。
本實用新型改進的循環(huán)自檢是利用壓力機回程，“遮光”后壓力機運動狀態(tài)不變，即壓力機進入不保護功能區(qū)進行的。區(qū)分壓力機處在行程狀態(tài)還是回程狀態(tài)，采用了二只常開接點干簧管進行監(jiān)視。永久磁鐵固定在壓力機的轉軸上。當壓力機在起始位置時，轉軸上的永久磁鐵靠近上極位干簧管，上極位干簧管接點閉合，繼電器J4吸合；當壓力機運動到下極位置，進入不保護功能區(qū)時，轉軸上的永久磁鐵靠近下極位干簧管，下極位干簧管接點閉合，送出接地信號，使繼電器J3吸合。由于繼電器J3的常開觸點J3－2並聯(lián)在控制繼電器觸點J1－2、J2－2上，故繼電器J3吸合后，控制繼電器J1、J2就不再起作用，“遮光”自檢也不影響壓力機正常工作。自檢中，干簧管送出的接地信號同時也使晶體管BG16基極接地，晶體管BG16截止，它的集電極輸出高電位正脈沖，經(jīng)電阻R47和電容C17延時后，送入雙D觸發(fā)器組成的計數(shù)電路IC9和IC10中，再經(jīng)譯碼器IC8分成四路輸入或門IC7，送出四路信號到二極管D10－D13。由二極管D10－D13控制晶體管BG4－BG7的基極，使晶體管依次截止，“遮光”檢驗壓力機的運動狀態(tài)正常與否。下面以第一路為例說明“遮光”自檢過程，其它幾路依次類推。當干簧管第一次在壓力機回程時，接點閉合，送出接地信號后，晶體管BG16截止，輸出正脈沖，經(jīng)R47、C17，送入計數(shù)電路IC9和IC10及譯碼器IC8后，輸入或門IC7?；蜷TIC7的第3腳輸出負脈沖，使二極管D10導通，晶體管BG4截止，第一路紅外發(fā)光管3D1也截止，不發(fā)光(即“遮光”)。這時，對應的第一路光電探測二極管3D5收不到紅外光而無信號輸出。當然，其后面的IC5電路也無信號輸出，二極管D6、D7無電流流過，電路IC6無輸出信號，控制繼電器J1、J2隨之釋放。但是，這時壓力機處在不保護功能區(qū)，繼電器J3已吸合，故J1、J2釋放不起控制作用，壓力機正?；爻?，完成第一路“遮光”自檢。當這一回程結束后，壓力機又進入起始上極位置，繼電器J4吸合，而繼電器J3釋放，譯碼器的四路均輸出高電位，二極管D10－D13都被截止，紅外發(fā)光管無“遮光”，壓力機脫離自檢過程。又當壓力機再次運行到下極位置時，壓力機再次進入回程不保護功能區(qū)，轉軸上的永久磁鐵吸動下極位干簧管，送出接地信號，繼電器J3重新吸合自鎖，晶體管BG16再次截止，雙D觸發(fā)器構成的計數(shù)電路IC9、IC10進一位，通過譯碼器IC8和或門IC7輸出負脈沖，使二極管D13導通，晶體管BG7截止，第四路進入“遮光”自檢過程。其余幾幾路“遮光”自檢由計數(shù)電路控制，依次進行。程序為，第一路→第四路→第三路→第二路→第一路。自檢中，當壓力機出現(xiàn)故障(如寄生振蕩、開路、短路等)使控制繼電器J1、J2中有一個或二個不釋放時，則可通過繼電器的接點J3－3、J1－3、J2－3使晶體管BG22的基極接地，截止，故障監(jiān)視繼電器J5釋放，接點J5－2使電磁鐵同時釋放，壓力機處在剎車狀態(tài)。本實用新型采用了二組四路“遮光”循環(huán)自檢后，較好地保護了壓力機正常、安全、可靠地工作。
本實用新型的優(yōu)點是，采用紅外光掃描發(fā)射和接收后，提高了各光束間的隔離度，有效地防止了各光束之間的干擾；采用負載電磁鐵電流過零點釋放負載的消火花電路后，有效地減少了繼電器接觸點的電火花腐蝕，提高了繼電器接點壽命6倍以上，從而適應了壓力機連續(xù)頻繁工作的需要；采用二組四路循環(huán)“遮光”自檢后，避免了雙通道自檢的弊病，提高了裝置的自檢功能，保護了壓力機安全、可靠。
下面結合本實用新型的實施例。
按圖2、3本實用新型中改進后的紅外光掃描發(fā)射和接收部分由20KHZ方波發(fā)生器18、脈沖分配器19、功放電路20、紅外光發(fā)射和可見光指示21、紅外光接收放大電路22以及掃描控制門電路23連接構成。其中，20KHZ方波發(fā)生器18由二個1／2IC1與非門連接構成；脈沖分配器19由二個D型觸發(fā)器1／2IC2和四個與門1／4IC3連接構成；功放電路20由晶體管BG4－BG11構成；紅外光發(fā)射和可見光指示21分別由4只發(fā)光二極管LED4D1－4D4和4只紅外發(fā)光管3D1－3D4構成；紅外光接收、放大電路22分別由4只光電探測二極管3D5－3D8和4個脈沖放大器連接構成；掃描控制門電路23由4個1／4IC5門電路構成。實現(xiàn)掃描發(fā)射和接收，提高各光束間隔離度的過程如下，方波發(fā)生器18產(chǎn)生的方脈沖輸入脈沖分配器19，分成四路，分別送入功放電路20的晶體管BG4－BG7的基極和掃描控制門電路23。送入功放電路20的脈沖經(jīng)晶體管BG4－BG11放大后，點燃設置在面板盒2上的4只指示發(fā)光二極管4D1－4D4和設置在壓力機工作臺兩邊的光電發(fā)射和探測器8上的4只紅外發(fā)光管3D1－3D4。紅外發(fā)光管3D1－3D4發(fā)出的紅外光束由設置在對應工作臺二邊的光電探測二極管接受，轉換，放大，輸入1／4IC5掃描控制門電路23中。至此，掃描控制門電路23中同時收到了由脈沖放大器22和脈沖分配器19輸出的二個同極性脈沖信號，掃描控制門電路23打開，輸出正脈沖，使控制繼電器J1、J2工作。否則，其它任何光束的干擾都不可能使掃描門電路23同時收到二個同極性脈沖信號，輸出正脈沖，使控制繼電器J1、J2工作。因此，掃描發(fā)射和接收有效地提高了光束之間的隔離度，提高了壓力機工作的安全性和可靠性。
按圖2、3本實用新型中增加的消火花電路16由負載電流取樣電路32、取樣信號整流電路33、光耦合器34、放大倒相器35、鋸齒波發(fā)生器36、移相電路37、單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC11、1／2IC′1138、39、50毫秒延時電路40連接構成。其中，負載電流取樣電路32由防踏電磁鐵30、緊急剎車電磁鐵31、繼電器接點J4－2、J4－3、J3－2、J1－2、J2－2、電阻2R1和靜合接點DT1、DT2連接構成；取樣信號整流電路33由整流橋堆、穩(wěn)壓管2D1、電阻2R2和電阻2R3連接構成；光耦合器34采用GD－101或其它型號產(chǎn)品；放大倒相器35由晶體管BG23、電阻R54、R55連接構成；鋸齒波發(fā)生器36由晶體管BG24、電容C22、電阻R56連接構成；移相電路37由電阻R57、晶體管BG25、電容C23、電阻R58、R59、二極管D24連接構成；負窄脈沖輸出電路由電阻R53、電容C24和單穩(wěn)態(tài)電路IC1138連接構成；50毫秒延時電路40由電阻R52、電容C21、二極管D22和D23連接構成。在這樣連接成的消火花電路中，調(diào)節(jié)移相電路37中的電阻R57，使晶體管BG25輸出脈沖遲后7－7.5毫秒；調(diào)節(jié)負窄脈沖輸出電路中的電阻R53，使脈寬為1.5－2毫秒。這樣調(diào)節(jié)好的脈寬為1.5－2毫秒的負窄脈沖經(jīng)J1－5、J2－5和二極管D17、D19輸入控制繼電器J1、J2的放大電路，以使繼電器J1和J2的釋放時間和輸入的電流移相時間對應，有效地消除控制繼電器J1、J2的接點J1－2、J2－2電火花，延長控制繼電器的使用壽命。另外，為了防止電磁鐵開始吸合時的大電流燒壞電阻2R1、整流橋堆和光耦合器34，本實用新型還在電阻2R1上並聯(lián)了二個靜合接點DT1、DT2。它們的作用是，只有在電磁鐵快要完全吸合時，繼電器接點DT1、DT2才打開，從而保護護了消火花電路的正常工作。當然，電路中的穩(wěn)壓管也起了保護作用。此外，為了防止“遮光”時，消火花電路使繼電器J1、J2抖動，電路中還加接了繼電器接點J1－5和J2－5，以便在“遮光”后，控制繼電器J1、J2釋放，接點J1－5和J2－5斷開，切斷消火花電路。其次，為了知道消火花電路本身出故障，無窄脈沖輸出。本實用新型還在單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC1138的輸出端Q1連接了另一個單穩(wěn)態(tài)電路1／2IC′1139和延時電路R52、C21以及晶體管BG22以便發(fā)出故障告警信號。
改進的循環(huán)“遮光”自檢電路17按圖2、3由壓力機機頭位置鑒別器42、上極位繼電器J443、下極位繼電器J344、計數(shù)電數(shù)45、計數(shù)脈沖分配器46、或門電路47、二極管D10－D13以及故障繼電器J541連接構成。其中，壓力機機頭位置鑒別器42由壓力機轉軸上的永久磁鐵和上極位干簧管、下極位干簧管構成；計數(shù)電路45由二組雙D觸發(fā)器1／2IC9、1／2IC10連接構成；計數(shù)脈沖分配器46由二個1／2IC8譯碼器連接構成。這樣連接成的循環(huán)“遮光”自檢電路，在壓力機每次回程運行，即壓力機進入不保護功能區(qū)時，由計數(shù)電路45依次控制紅外發(fā)光管“遮光”，自檢。自檢過程如下，當壓力機機頭運行到下極位置，進入不保護功能區(qū)時，轉軸上的永久磁鐵靠近下極位干簧管，干簧管接點吸合，輸出信號，使繼電器J3吸合。吸合的繼電器J3因其觸點J3－2並聯(lián)在控制繼電器觸點J1－2、J2－2上，故控制繼電器J1、J2在“遮光”后就不再起作用。同時，繼電器J3吸合，晶體管BG16也截止，BG16的集電極輸出正脈沖到計數(shù)電路1／2IC9、1／2IC1045、經(jīng)譯碼器1／2IC8分成四路依次控制二極管D10－D13以使掃描發(fā)射功放晶體管BG4－BG7依次截止，紅外發(fā)光二極管3D1－3D4依次“遮光”自檢。以第一路為例，紅外發(fā)光管3D1“遮光”后，對應的光電探測二極管3D5收不到紅外光，也無信號輸出，其后面的控制繼電器J1、J2不工作，呈釋放狀態(tài)。但是，壓力機已進入不保護功能區(qū)，壓力機仍照常工作。第一路“遮光”自檢完成。又當壓力機機頭再次運行到下極位置時，計數(shù)電路45進一位使第四路進入“遮光”自檢。循環(huán)“遮光”自檢的程序依次為第一路→第四路→第三路→第二路→第一路。自檢中，出現(xiàn)故障，控制繼電器J1、J228、29中有一個或二個不釋放，則可通過繼電器接點J3－5、J1－3和J2－3使晶體管BG22截止，其后面的繼電器J5釋放，故障告警，且緊急剎車。采用這種二組四路循環(huán)“遮光”自檢能較有效地保護壓力機正常、安全工作。
除此之外，須注意的是，本實用新型在剛開機時，固故障報警繼電器J5的接點呈斷開狀態(tài)，故需先按動“故障復位”按鈕K2－1，才能使壓力機進入正常運行。
權利要求
1.一種壓力機的紅外光電安全保護裝置，包括壓力機、伺服機構15中的防踏電磁鐵30、緊急剎車電磁鐵31、控制繼電器J1、J2、信號功放電路26、與門電路25、整流電路24和裝置的箱體，其特征在于a、紅外光掃描發(fā)射和接收電路由方波脈沖發(fā)生器18連接脈沖分配器19，連接n路功放電路20，連接指示二極管和紅外光發(fā)射二極管以及紅外光接收、放大器連接掃描控制門電路23和脈沖分配器19連接掃描控制門電路23構成，b、增加的消火花電路16由負載電流取樣電路32連接取樣信號整流電路33，連接光耦合器34、連接放大倒相電路35，連接鋸齒波發(fā)生器36，連接移相電路37、連接單穩(wěn)態(tài)電路1/2IC11，連接控制繼電器J1、J2的功放電路及單穩(wěn)態(tài)電路1/2IC′11和50毫秒延時電路40構成，其中有防止電磁鐵起始吸合大電流的，並聯(lián)在電阻2R1上的二個靜合接點DT1和DT2；有“遮光”時防止控制繼電器J1、J2抖動的，切斷消火花電路的繼電器接點J1-5和J2-5；移相電路37中有調(diào)節(jié)脈沖間隔的電阻R57，單穩(wěn)態(tài)電路38中有調(diào)節(jié)脈沖寬度的電阻R53。c、改進的循環(huán)自檢電路17由壓力機機頭位置鑒別器42連接上極位繼電器J4和下極位繼電器J3，連接計數(shù)電路45，連接計數(shù)脈沖分配器46，連接或門電路47，連接紅外光發(fā)射功放電路20以及計數(shù)電路45輸入端連接故障報警電路和報警繼電器J5構成，其中，壓力機機頭位置鑒別器42由固定在壓力機轉軸上的永久磁體以及上、下極位干簧管組成；且有下極位繼電器J3的，並聯(lián)在控制繼電器接點J1-2、J2-2上的接點J3-2；有壓力機回程時同步工作，循環(huán)計數(shù)的兩組四路計數(shù)電路45和兩組四路計數(shù)脈沖分配器46；有由繼電器接點J3-3、J1-3、J2-3、晶體管BG22和繼電器J5構成的循環(huán)“遮光”自檢故障告警電路。
專利摘要
本實用新型是一種壓力機的紅外光多功能安全保護裝置。其中，改進的紅外光掃描發(fā)射和接收電路，僅在控制門同時收到相同脈沖信號時才輸出信號驅動控制繼電器，故提高了光束間的隔離度；增加的利用負載電磁鐵交流電流過零點釋放負載的消火花電路，有效地消除了控制繼電器觸點的電火花腐蝕，提高了繼電器觸點壽命6倍以上；改進的利用壓力機回程不保護功能區(qū)進行“遮光”循環(huán)自檢電路，提高了裝置的自檢能力，從而達到了多功能、可靠、安全。
文檔編號F16P3/00GK87207253SQ87207253
公開日1988年6月29日 申請日期1987年6月30日
發(fā)明者唐順田 申請人:上海市松江縣華陽光學零件廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan