专利名称：电子凸轮无触点程序控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械运行过程中使用的程序控制器。
长久以来组合凸轮开关的结构，一直沿用机械凸轮触压微动开关方式，用予完成控制过程所需的开关量。就是今天该控制方式仍在机械制造行业中广泛采用。这种形式的程序控制器，广泛应用在印染机械、起重机械、锻压机械及普通机床等方面。但是，由于这种传统的凸轮触点程序控制器重量大，几何尺寸也大，可靠性差、易损坏、寿命短、控制精度低等缺点，如无锡振华机械制造厂制造的SLK2系列可调凸轮控制器即属此类。为了保证一定的定位精度，它还需要有相当强度的金属结构保证其运行寿命，从结构上采用中凸轮与外凸轮分度端面的啮脱啮合，在凸轮外径面上标刻度。分度单位为2.5°，分辨率仅5°，重复定位精度为±1.5°，由于机械结构触点与凸轮是弹性接触，不能高速切换，易产生弹性疲劳变形，造成接触不良，出现火花及弹簧片断裂，因而不能在易燃易爆环境中应用。再由于机械磨损和触点电蚀、运行精度及可靠性随运行速度和时间而下降。这样就不适应现代高速和长周期运行的要求了。继而又出现了接近开关凸轮结构的无接触控制方式，它的控制方式的核心是感应式接近开关与具有一定端面积的金属结构垂直感应，由于所需的金属结构感应端面积必须是足够大，而重量增加，也降低了控制精度，又由于负载能力差(最大负载电流I≤120MA)，极易损坏等弊病，如西德波殊公司(BOSCH CO.)生产的PH1 PH2型辊板式高速自动包装机等所用的控制装置，无锡振华机械厂改进型凸轮控制器LSK1－08型凸轮感应发讯器均属此类。由于过小的凸轮外缘缺口与覆盖于接近开关所需的垂直感应面内，致使感应开关不能敏锐地截止与导通。这样与外缘缺口相应夹角就不能很小，最小工作角度≥10°(指凸轮感应片最小工作面所对应的转角)，小夹角必然失控，这样便失去了工作可靠性和控制精度。
本实用新型的目的是提供一种适宜长周期、高速度、高定位精度、高抗干扰、具有交直流重负载能力、控制特性可选择并具有独立的控制电平输出、而适宜防火防爆环境中使用，结构科学合理的电子凸轮无触点程序控制器。
本实用新型的特征是传动轴上可调组合凸轮，由极薄的且具有相当强度的金属或非金属材料制成的，每个凸轮由二个凸轮叶片组成，与每个组合凸轮相配合的是凹槽传感器，每个凹槽传感器与电路板相配合，电路板上有与凹槽传感器数量相等的功能结构完全相同的控制单元电路构成。由组合凸轮等机械构件与电子线路配合完成无接触红外光传感，无触点大功率重载输出，实现生产过程及机械加工程序的控制。直接拖动电阻或电磁负载。诸如电磁阀、电磁制动器及离合器。它是机械行业技术进步及产品配套有较高水平的更新换代产品。主要用于起重、锻压、包装、印染、印刷机械及其他通用机械自动生产线及需要高控制速度、高定位精度、强干扰环境、易燃易爆环境中的设备配套。
技术指标交流负载50Hz12V－220V2A直流负载5V－－36V0.5A
重复定位精度0.03mm控制电平输出10V频率响应10KHz最高轴转速1000转／分组合凸轮可调范围0°－－360°组合凸轮控制角可调范围1°－－359°直流负载短路保护特征允许短时短路本实用新型解决方案，可进一步用以下
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图1为本实用新型示意图(主视图)。图中(1)轴，(2)轴承，(3)电路板，(4)器架，(5)底座，(6)凹槽传感器，(7)托盘，(8)分度盘，(9)指针，(10)护罩，(11)定位螺栓，(12)组合凸轮，(13)调正环，(14)螺栓。
图2为实用新型示意图(左视图)。图中(5)底座，(10)护罩，(12)组合凸轮，(6)凹槽传感器，(14)螺栓，(15)固定螺钉。
图3为本实用新型组合凸轮(12)叶片。
图4为本实用新型组合凸轮(12)与凹槽传感器(6)的相互位置示意图。图中(12)组合凸轮，(6)凹槽传感器。
图5为本实用新型直流负载时电路板(3)上若干相同功能控制单元电路。图中(GO1，GO2)光电藕荷器，(LED1，LED2)分别是光电藕荷器(GO1、GO2)内红外发光二极管，(K)开关，(BG1)是光电藕荷器(GO1)内光电管，(R1，R2，R3，R4，R5，R7)电阻，(HF1，HF2，HF3，HF4)门电路，(BG2)开关管，(LED3，LED4，LED5)发光二极管，(BG3，BG4)是光电藕荷器(GO2)内的达林顿开关管，(GK)功率开关管，(FZ)负载，(ZL1，ZL2)整流电源，(B)变压器，(HL)恒流二极管，(D)二极管，(WY)三端集成稳压电路，(C1，C2，C3)滤波电容。
图6为本实用新型交流负载时电路板(3)上若干相同功率控制单元电路。图中(GO1，GO2)光电藕荷器，(LED1，LED2)分别是光电藕荷器(GO1，GO2)内红外发光二极管，(BG1)光电管，(BG2)开关管，(R1－R9)电阻，(HF1－HF4)门电路，(K)开关，(LED3，LED4)发光二极管，(2CS)光控二极双向开关管，(STR)双向可控硅开关，(FZ)负载，(ND)氖灯，(ZL1)整流器，(WY)三端集成稳压电路。
本实用新型具有一个器架(4)和底座(5)，器架(4)左端和右端的轴承座中设有轴承(2)，轴承(2)中设有轴(1)，在轴(1)上装有组合凸轮(12)，组合凸轮(12)与轴(1)通过定位螺栓(11)固定，定位螺栓(11)可调整组合凸轮(12)与轴(1)的松紧和组合凸轮(12)在轴(1)上的位置。轴(1)左端上安装有托盘(7)和带有刻度的分度盘(8)，分度盘(8)上面有指针(9)。轴(1)的右端安有调正环(13)。器架(4)上通过螺栓(14)安有电路板(3)。电路板(3)上设有与组合凸轮(12)相对应位置的凹槽传感器(6)。每个组合凸轮(12)由二个凸轮叶片组成，凸轮可调范围为0°－－360°，可控制角度为1°－－359°，每个组合凸轮(12)与一个凹槽传感器(6)相配合，每个凹槽传感器与一个功能控制单元电路相配合，该控制器内的电路板(3)由与凹槽传感器数量相等的功能结构完全相同的功能控制单元电路组成。
直流负载控制单元电路见图5，凹槽传感器(6)是带有凹槽的光电藕荷器(GO1)组成，组合凸轮(12)在传动轴(1)的带动下转动。当组合凸轮(12)上，等于夹角的缺口通过光电藕荷器(GO1)凹槽中心时，光电藕荷器(GO1)内红外发光二极管(LED1)发出的红外光束，射到光电管(BG1)产生光电流，在电阻R2上形成电压降，使A点是高电平，经门电路(HF1)反向后B点低电平，同时使由门电路(HF2，HF3，HF4)构成的触发器被置位，触发器输出端D呈低电平，E呈高电平，反之组合凸轮(12)缺口偏离光电藕荷器(GO1)凹槽中心，光电藕荷器(GO1)内红外发出二极管(LED1)发出的红外光束，被凸轮片遮挡射不到光电管(BG1)上，无光电流产生，电阻R2上无电压降，A点呈低电平，经门电路(HF1)反向后，B点高电平，同时门电路(HF2，HF3，HF4)构成的触发器被重新罩住，触发器输出端D高电平E低电平，简言之，即光电藕荷器(GO1)凹槽中心无遮挡时，触发器输出端D低电平，E高电平；光电藕荷器(GO1)凹槽被遮挡后触发器输出端D高电平，E低电平，由开关(K)选择遮挡或无遮挡方式，并通过开关(K)将触发输出端D或E电平变化由F点，经电阻R4送到G端，同时由F点经过电阻R3使开关管(BG2)饱和导通或截止，如F点高电平，开关管(BG2)导通，，则开关管(BG2)集电极负载，光电藕荷器(GO2)内红外发光二极管(LED2)及发光二极管(LED3)同时发光，发光二极管(LED3)作定位指示，红外发光二极管(LED2)射出的红外光束，照到光电藕荷器(GO2)内达林顿开关管(BG3，BG4)使其饱和导通，并将由三端集成稳压电路构成的功率开关(GK)控制端I接地，功率开关(GK)导通，负载(FZ)接功率开关输出端K与地端N，供负载整流电源(ZL1)正极输出端接功率开关(GK)输入端Z，供负载交流电源由外接变压器(B)，当功率开关管(GK)导通后，接在功率开关(GK)输出端的恒流二极管(HL)向发光二极管(LED4)提供稳定发光电流，以适应不同负载电压下恒定的亮度，并联在功率开关管(GK)输入端Z与输出端K的反向联接二极管(D)，使在电容性负载时，如电源(ZL1)短路，而防止电流倒灌损坏功率开关管(GK)，当负载短路时，功率开关管(GK)内设的芯片过热及短路保护电路，使其功率开关管(GK)不受损坏。整流电源(ZL2)正极输出端L接三端集成稳压电路(WY)输入端，三端集成稳压电路(WY)输出端M接有成串联接的电阻R7发光二极管(LED5)，同时也向各功能单元电路提供稳定直流电源。
交流负载控制单元电路见图6，凹槽传感器(6)是带有凹槽的光电藕荷器(GO1)构成的，组合凸轮(12)在轴(1)的带动下转动，当组合凸轮(12)上等于夹角缺口通过光电藕荷器(GO1)凹槽中心时，光电藕荷器(GO1)内红外发光二极管(LED1)发出红外光束射到光电管(BG1)产生光电流，在电阻R2上产生电压降，使A点呈高电平，经门电路(HF1)反向后B点低电平，同时由门电路(HF2，HF3，HF4)构成的触发器被置位，触发器输出端D呈低电平，E高电平，反之组合凸轮(12)缺口偏离光电藕荷器(GO1)凹槽中心，光电藕荷器(GO1)内红外发出二极管(LED1)发出的红外光束被凸轮遮挡，照射不到光电管(BG1)上，无光电流产生，电阻R2上无电压降，A点呈低电平，经门电路(HF1)反向后B点高电平，同时由门电路(HF2，HF3，HF4)构成的触发器被重新置位，触发器输出端D高电平，E低电平。简言之，即光电藕荷器(GO1)凹槽中心无遮挡时，触发器输出端D低电平，E高电平，光电藕荷器(GO1)凹槽被遮挡后，触发器输出端D高电平，E低电平，由开关(K)选择遮挡或无遮挡控制方式，并通过开关(K)将触发器输出端D或E电平的变化由F点经电阻(R4)送到G端，同时由F点经过电阻(R3)使开关管(BG2)饱和导通或截止。如F点高电平，开关管(BG2)导通，则开关管(BG2)集电极负载光电藕荷器(GO2)内红外发光二极管(LED2)及发光二极管(LED3)同时发光，发光二极管(LED3)作定位指示，红外发光二极管(LED2)射出的红外光束射到光电藕荷器(GO2)内光控二极双向开关管(2CS)，I端，串联限流电阻(R6)用来控制光控二极双向开关管(2CS)导通后流过最大触发电流，使双向可控硅开关(STR)在额定负载下保持最佳触发，双向可控硅开关(STR)输出端K，经过负载(FZ)接交流电源N端，并联在双向可控硅开关(STR)两端Z、K上的电阻(R7)电容(C1)构成串联(RC)保护回路，并联在双向可控硅开关(STR)两端Z、K上的成串联接的电阻(R8)氖灯(ND)作发光指示，由于双向可控硅开关(STR)导通后电压降远小于氖灯(ND)引燃电压，因而氖灯(ND)熄灭，整流器(ZL1)正极输出端L接三端集成稳压电路(WY)输入，三端集成稳压电路(WY)输出端M接有成串联接的电阻(R9)发光二极管(LED4)作电源指示。同时也向各功能控制单元电路提供稳定直流电源。
本实用新型使用方法如下打开护罩(4)接好电源，按设计程序要求可逐次调整组合凸轮控制点，首先将组合凸轮轴(1)转到零刻度，即分度盘(8)零刻度对准指针(9)，放松凸轮定位螺栓(11)，转动组合凸轮(12)的一片凸轮使发光二极管(LED3)刚好发光，旋紧定位螺栓(11)，再将凸轮轴(1)转到设计角度，分度盘(8)示值对准指针(9)，转动另一个凸轮使发光二极管(LED3)再次发光，旋紧定位螺栓(11)。组合凸轮可装有多组，此两次发光示值之间的缺口角度即为控制角度，拨动开关K即可得到与缺口控制相反的控制特性。
本实用新型的特点在于采用带凹槽的光电藕荷器(GO1)无触点、无磨损受控于凸轮叶片，又由于采用大功率器件直接输出带负载，因而无火花、无电蚀现象，能在易燃易爆环境中应用，由于控制过程是电子线路完成的，功能控制单元电路与负载电路采用光电藕荷器来隔离及光藕荷，因而具有极高的隔离阻抗，高的传输特性，因而具有高的抗干扰性能，提高了可靠性，直流负载时，其功率输出具有国内外类似产品所不具备的过载短路保护功能，因而寿命长，该样机连续带载运行性能稳定、控制可靠，各项指标达到设计值。又因为具有比可编程序控制器易理解、掌握、易操作，故此它优良性能不但可以提高与之配套机械设备控制水平，也能提高与之同类产品在市场的竞争能力，同时也为进口机械设备维修配套提供了保证。
权利要求1.一种用于机械运行过程中使用的电子凸轮无触点程序控制器，由器架(4)，底座(5)，轴承(2)，轴(1)，组合凸轮(12)，凹槽传感器(6)和电路板(3)组成，其特征在于a、在轴(1)上装有组合凸轮(12)，并通过定位螺栓(11)予以固定。轴(1)左端装有托盘(7)和带有刻度的分度盘(8)，分度盘(8)上面有指针(9)，轴(1)的右端安有调正环(13)；b、在器架(4)上通过螺栓(14)安有电路板(3)；c、每个组合凸轮(12)由二个凸轮叶片组成，每个组合凸轮与一个凹槽传感器(6)相配合，每个凹槽传感器与一个电路控制单元相配合，控制器中的电路板(3)由与凹槽传感器(6)数量相等的功能结构完全相同的功能控制单元电路构成。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于组合凸轮(12)叶片中的材质可选自不透光的金属或非金属材质。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于组合凸轮(12)控制角可调范围为1°－－359°。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于直流负载时，电路板(3)上相同的功能控制单元之一，由光电藕荷器(GO1)构成的凹槽传感器(6)的门电路(HF1、HF2、HF3、HF4)构成的触发器，在工作状态时，选择开关(K)，通过电阻(R4)将控制电平输出到G，工作状态指示(LED3)达林型光电藕荷器(GO2)由可调集成稳压电路构成功率开关(GK)，保护二极管(D)，恒流二极管(HL)，发光二极管(LED4)联接组成电子控制电路，在电路板(3)上还设有整流电源(ZL2)，滤波电容(C2)，稳压电路(WY)，发光指示管(LED5)，整流电源(ZL1)，滤波电容(C3)。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于除机械结构相同之外，在交流负载时，电路板(3)上若干相同功能控制单元之一，图6示，由光电藕荷器(GO1)，构成传感器、触发器是由门电路(HF1、HF2、HF3、HF4)构成，工作状态选择开关(K)，通过电阻(R4)将控制电平输出到G，工作状态指示(LED3)，光控双向开关型光电藕荷器(GO2)，双向可控硅功率开关(STR)，保护元件电阻(R7)，电容(C1)，发光指示氖灯(ND)，联接组成控制电路，在电路板(3)上还设有整流电源(ZL1)，滤波电容(C2)，稳压电路(WY)，发光二极管(LED4)。
6.根据权利要求4、5所述的控制器，其特征在于拨动工作状态选择开关(K)，可任意选择组合凸轮(12)遮挡与无遮挡控制特性。
专利摘要本实用新型特征是传动轴上有可调整组合凸轮，凸轮下面是电路板，电路板上有与组合凸轮数量相等的功能结构完全相同的功能控制单元电路构成，由机械与电子线路配合完成无接触红外光传感，无触点大功率重载输出，实现生产过程及机械加工程序控制，直接拖动电阻可电磁负荷。具有高可靠性，开关速度快，尤其是在直流负荷下具有可靠过载及短路保护功能，它具有比可编程序控制器使用简便优点。本控制器主要用于起重、锻压、包装、印染、印刷机械及其它通用机械、自动生产线和需要高控制速度、高定位精度、强高干扰环境、易燃易爆环境使用。
文档编号G05B19/04GK2099331SQ9122778
公开日1992年3月18日 申请日期1991年11月8日 优先权日1991年11月8日
发明者凤鸣祥, 凤鸣杰 申请人:凤鸣祥