自动机与生产线04自动机的检测与控制装置

4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（5）热电传感器 工程上常用的热电传感器有热电偶传感器和热敏电阻传感器。 1）热电偶传感器 把两种不同导电性能的导体材料或半导体材料连接成如图4.18（a）所示的闭 合回路，并将两节点臵于温度各为t和t0的热环境中，则两节点间将产生热电 势，这种现象称为热电效应。能产生热电势的元件称为热电偶传感器。
4.1 概
1．控制技术的种类及特点
述
（3）电气控制 电气控制由电动机，各种低压电器（如接触器、继电器、电磁阀、 行程开关等）和保护电器（如熔断丝、热继电器等），通过导线连 接而组成。 （4）计算机控制（电子控制） 计算机的微型化、高速、大内存、高性能，促进了工业自动化，导 致了制造工业机电一体化变革，机电一体化技术已从早期的机械电 子化变为机械微电子化和机械计算机化。在控制过程中，微型计算 机收集和分析处理信息，发出各种指令去指挥和控制系统运行，还 提供多种人机接口，以便观测结果，监测运行状态和实现人对系统 的控制和调整。
图4.12 输出电压与磁心位移的关系
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（3）电阻应变式检测传感器 利用导体的电阻应变特性进行检测的元件称为电阻应变元件。一般将此 类电阻应变元件制成丝或箔式应变片。 如图4.14所示为电阻应变传感器工作原理。用4片电阻应变片连接成桥 式电路，贴在所测量的弹性物件表面上。电阻应变片R1和R4顺着弹性构件 主轴（秤盘主支承）线粘贴，感受弹性。 支承中主应变，作为检测电桥的检测桥臂；R2、R3横着弹性构件主轴 线方向粘贴，应变很小，可作为温度补偿桥臂。设加于检测电桥的电源电压 为u0，当秤盘处于平衡位臵时，弹性元件不受力，无变形产生，此时按四臂 交流电桥平衡条件选定应变片电阻值为R1×R4=R2×R3，检测电桥的输出 电压为u0=0。当秤盘上的物流质量量值变化时，电阻应变片R1、R4受力也 发生变化，其电阻增（减）量分别为ΔR1，ΔR4，而R2、R3受力极小，其 增（减）量可略去不计。此时电桥输出电压u0为
图4.16 板间距可调电容传感器
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（4）电容传感器 图4.17为电容传感器在测厚仪上的应用示例，电容测厚仪可以用来测 量金属带材在扎制过程中的厚度。
图4.17 电容传感器在测厚仪上的应用示例
1—金属带材 2—电容极板 3—导向轮 5. 热电传感器 4—轧辊
图4.6 行程程序控制原理方框图
4.1 概
3. 控制系统的分类
述
（3）时间、行程混合控制 时间、行程混合控制，是指在一个工作程序中，部分节拍的执行元件 是根据时序动作的，而另一部分是依据前一节拍动作的终端行程信号动作 的。
图4.7 时间-行程混合控制框图
4.2 检 测 装 臵
1 . 传感器的定义
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（3）电阻应变式检测传感器
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（3）电阻应变式检测传感器
图4.14 电阻应变传感器工作原理
1—秤体部件 2—弹性构件 3—信号放大器 4—信号调制器 6—定量给定值装置 7—控制系统 5—信号调节器
4.2 检 测 装 臵
1）被加工的物品或工件的参数，如强度、压力、流量、料位、色度、相对 密度和成分等。 2）工作机构参数，如位移行程、速度、加速度、工作时间和作用力大小等。 3）运行综合条件，如强度、压力、流量、料位、色度、相对密度和成分等。
4.1 概
述
2．控制系统的构成 （3）控制器 使被控参数按某一规律变化的装臵称为控制器。因此控制器是 对给定指令和检测信号进行逻辑处理的装臵，相当于人的大脑， 并能给出处理结果的执行情况。控制器也称调节器、数据处理装 臵或运算装臵等。 （4）执行机构 执行机构是根据执行指令的大小、方向、速度等要求，忠实地执 行动作的机构，它好比人的手脚，在大脑中枢指令下完成各种动作。 按运动形式分，执行机构有直线式和回转式两种；按能源分，有 电气式（直流、交流、脉冲）、液压式、气动式。对执行机构的要 求，除能控制其输出力、速度、方向和位臵外，还要求它工作时反 应灵敏、动作可靠、性能稳定、结构简单、价格低廉。
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（1）行程开关 1）触点式行程开关：常见的触点式行程开关，具有一对以上的常开与 常闭触点，由机械碰撞而动作，靠弹簧复位。 优点：触点行程开关的优点是结构简单，动作确实，触点承载能力高， 可以直接使用强电；不需要放大检波等其他电子线路，对电源无特殊要求， 交直流都能用。 缺点：有触点，有火花，易于磨损疲劳，使用寿命短。因此要做定期检 修，定期更换元件，以免在工作过程中发生故障。另外，其动作响应速度低， 不宜用于复杂和高速的控制系统中。
3 . 几种常用的传感器
（4）电容传感器 图4.16为电容传感器的原理图。它由两块平行板构成，图4.16（a） 为双极型，一对平行板的间距d发生变化，则两板构成的电容也发生变化； 图4.16 （b）为差动型，是由两个固定板及一块可动板组成，如果可动板 上移，则可动板与上板构成的电容将增加，而与下板构成的电容将减少。用 平行板电容来测量位移的原理如下：两平行板间的电容量为 式中，s为两板极间遮盖的面积；d为活动板与固定板间的距离； 间介质的介电常数。 为板极
1—电机 2—传动带 3—变速箱 4—分配轴 5、7—凸轮 6—微动开 关 8—拨位销
4.1 概
3. 控制系统的分类
述
（1）时间控制 如图4.3所示为用码盘控制的中央控制器。
图4.3 码盘式中央控制器
1—码盘 2—接收喷嘴 3—信号喷嘴 5—光源 6—微电机 4—光电元件
4.1 概
3. 控制系统的分类
2. 传感器的分类
按使用特点，传感器可分为如下几类： 1）压力传感器：把压力和压差值变为电量，用于压力的测量。常用差动变 压器原理，电阻应变片或半导体压敏效应等机理实现。 2）温度传感器：用于各种温度的测量。常用热电偶、热阻、电半导体单晶 等元件制成。 3）位移传感器：把线位移和角位移变成对应的电量，常用的有差动变压器 式、电容式、莫尔条纹式等。 4）湿度传感器：用于湿度的测量，常用的有电容介质式、毛发式、红外线 吸收式和陶瓷表面吸收式等。 5）气体传感器：用于对气体种类及密度的测量，常用的有半导体气敏式、 热导式等。 6）光学传感器：用来测量光的强度，常用的有光电导型、光电子发射型和 光热效应型等。 7）流量传感器：用于测量流体（气体和液体）的流量，常用膜片式、叶轮 式和半导体电磁式等。 其他还有速度和加速度传感器、化学量（密度、pH值、浓度等）传感器等。
3 . 几种常用的传感器 （6）热电传感器 光电继电器主要由投光器和受光器两部分组成，根据受光器所感知 的信号判断被测对象的有无、形状、方位、颜色等。 1）投光器：投光器的作用是向受光器投去可靠的光束，光束质量对光电继 电器的性能影响很大。作为光电继电器检测用的投光器一般是白炽灯泡、荧 光灯或卤族灯。 2）受光器：受光器是能将光信号转变成电信号的光电元件。这种光电元件 有光电二极管、光电三极管、光敏电阻（光导管）及光电池等几种。 3）光电继电器：就是将受光器受光后所产生的光电流放大，推动灵敏继电 器动作的一种控制元件。图4.21所示为光电转换电路（即光电继电器）线路 图，它是由光电三极管作为受光器的光电继 电器。
述
（2）行程控制 图4.5是按行程控制的电气原理图。
图4.5 行程控制的电气原理图 按下动按钮K1后，部件Ⅰ开始运动。当部件Ⅰ运动到规定位置时，其上的 挡块压下行程开关K2，部件Ⅱ开始运动，部件Ⅰ停止运动或快速退回。当部 件Ⅱ运动到规定位置时，压下行程开关K3，部件Ⅲ开始运动，部件Ⅱ停止运 动。如此类推，使各个部件获得顺序动作。
4.1 概
2．控制系统的构成
述
图2.2 自动机的组成
4.1 概
述
2．控制系统的构成 （1）给定装臵 给定装臵（亦称发令器）是人对机器下命令的装臵，在自动设 备中多以手动发讯和程序寄存器按预订顺序发讯两种方式出现。 （2）检测装臵 检测装臵是检测现场工作情况的装臵，它如同人的视觉、听觉、 触觉等器官，把现场工作情况以信息形式传给控制器（或称处理 装臵）。 检测装臵主要起以下监督作用：
图4.18 热电偶传感器
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（5）热电传感器 2）热敏电阻传感器 某些材料的电阻值与温度有关。用这些材料制成的电阻称为热敏电阻。 金属热敏电阻由纯金属铜、铁、镍及铂等制成。它的电阻值随温度的升高 而增加。金属热敏电阻可用来测量120℃～500℃的温度。
4.2 检 测 装 臵
自动机与自动线的设计原理
第4章 自动机的检测与控制装臵
本 章 要 点
自动机的循环图设计
系统检测工具SiSoftware Sandra。
本 章 难 点
使用3DMark系统测试工具对电脑系统测试。
4.1 概
1．控制技术的种类及特点
（1）机械控制
述
机械控制主要是由分配轴、凸轮、从动杆及一些调整环节所构成。 （2）流体控制 流体控制是利用流体的各种控制元件及装臵，组成控制回路，进 行自动控制。流体控制分为液压控制和气动控制两种: 1、液压控制:液压传动与控制是以液压油作为工作介质，进行能量传 递和控制的一种形式。 2、气动控制技术是利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质， 配合气动控制系统的主要气动元件，与机械、液压、电气（包含PLG 控制器和微机）等部分或全部综合机构成的控制回路，使气动元件按 生产工艺要求的工作状况，自动按设定的顺序或条件动作的一种自动 化技术。
图4.11 差动变压器的工作原理
1—磁心 2、4—次级线圈 3—初级线圈 5—线圈骨架
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
Hale Waihona Puke （2）差动变压器式传感器 当磁心处于两个次级线圈的对称位臵时，输出电压u0=u1－u2=0，当磁心 移向次级线圈2时ul>u2，反之则u2>ul。图4.12所为输出电压与磁心位移的关 系图。由图中可知，磁心位移越大，则输出电压也越大。由此可知，差动变压 器式传感器可以将位移或力等机械量转变成电量，对被控制对象进行检测。
4.1 概
3. 控制系统的分类
述
控制系统按其控制依据（或称控制原则）分为时间控制、行程控制和时间、 行程混合控制三种类型。
（1）时间控制 时间控制系统具有中央控制器（即发令器、分配器）。指令集中 从这里发出，故又称为集中式控制。图4.2所示为分配轴式中央控 制器：
图4.2 分配轴式的中央控制器
4.1 概
3. 控制系统的分类
述
（2）行程控制 如果工作循环较为复杂，用机械传动机构作为部件之间命令的传递， 构造常比较复杂，甚至不可能。所以，在行程控制系统中很少采用机械控 制系统。用得最多，也最方便的是电气的、电子的、气动的、液压的以及 以上几种混合的控制系统。其控制原理可用如图4.6所示的方框图表示。
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（1）行程开关 2）无触点行程开关：无触点行程开关（接近开关）的工作原理如图4.8 所示。实际上它是一个电磁感应式接近开关。当金属片（随运动件移动，常 称为动片）接近磁心时，线圈L1与L2之间的耦合被逐渐削弱，到动片接近 到 某一位臵时，使线路振荡突然停止，从而输出一个脉冲电压信号达到检测某 一种状态的目的。
检测装臵中最重要的部分是传感器，各种控制程序都离不开传感器， 因此应当熟知各种传感器的结构和原理。传感器的应用很广，品种极多， 所以它也有很多种叫法，如变换器、一次仪表、换能器、受感器、敏感 元件等。 传感器是一种能将被测量（各种物理量、化学量和生物量等）变换成 可以测量的有用信号的一种装臵。
4.2 检 测 装 臵
图4.8 感应式接近开关原理图
4.2 检 测 装 臵
3 . 几种常用的传感器
（2）差动变压器式传感器 差动变压器式传感器的工作原理如图4.11（a）所示。在磁性材料制成的 线圈骨架 5上装有一个初级线圈3和两个完全相同的次级线圈2与4。磁心1可 在线圈中移动，它的一端与被测物体相连并与被测物体一起运动。当初级线 圈中通以高频交流电时，在次级线圈2、4中分别产生感应电动势ul和u2，由 于两个次级线圈反相串联［图4.11（b）］，在两个次级线圈的输出端c、d 之间的输出压u0，由两个次级线圈感应电动势之差来决定，即 u0= u1－u2 （4.1）