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光纤传感器工作原理及在机电设备中的使用注意事项

1．光纤传感器工作原理

    光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质，它是由高折射率的纤芯和包层所组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，直径大致为0.1mm～0.2mm。当光线通过端面透入纤芯，在到达与包层的交界面时，由于光线的完全内反射，光线反射回纤芯层。这样经过不断的反射，光线就能沿着纤芯向前传播且只有很小的衰减。光纤式传感器就是把发射器发出的光线用光导纤维引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到接收器来实现检测的。按动作方式的不同，光纤式传感也可分为对射式、漫反射式等多种类型。光纤式传感器可以实现被检测物体在较远区域的检测。由于光纤损耗和光纤色散的存在,在长距离光纤传输系统中,必须在线路适当位置设立中级放大器,以对衰减和失真的光脉冲信号进行处理及放大。

2．光纤传感器 在机电设备中的使用注意事项

1）不能安装在以下场所：阳光直射处，湿度高、可能会结霜处，有腐蚀性气体处，对本体有直接振动或冲击影响处；

2）电力线、动力线与光电开关使用同一配线管或者配线槽时，会由于感应引起误动作或者产品损坏，原则上请分开配线或者使用屏蔽线。

3）导线的延长请使用0.3mm以上的线，并控制在100m以下；

4）电源接通后，经过200ms以上才可以进行检测，负载与光纤传感器的电源分开时，请一定要先接通光纤传感器的电源；

5）在切断电源时会发生输出脉冲情况，所以要先切断负载或负载线的电源；

6）使用接插件式时，为了防止触电或短路，请在不使用的连接电源端子上贴上保护用贴片；

7）放大器拆卸和安装时请一定要切断电源；

8）请不要在光纤单元固定于放大器单元的状态下施加拉伸、压缩等动作；

9）在使用时一定要确保保护罩已盖好；

10）不要使用香蕉水、汽油、丙酮、灯油类进行清洁。

近几年来PLC新兴的应用领域

(1) 近年来，和利时矿用PLC产品的不断推陈出新，以其可靠性、高性能等优势得到了用户的广泛认可。和利时矿用PLC产品大量应用于低压馈电开关、高压配电装置、组合开关、负荷中心等产品，正逐步替代单片机保护器和普通PLC类产品，装备和利时矿用PLC开始成为一些矿用设备公司产品的卖点和优势。

(2) 利用PLC来开发新型的集热式太阳能热水器，可以克服传统的太阳能热水器存在受气候影响大、水温不稳定等缺陷，还可以对多个用户集中供水。采用西门子S7-200 系列PLC 进行控制操作，配合相应的温度、液位和流量传感器及PLC的模拟量输入扩展实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和流量的控制。同时，PLC与西门子文本显示器T D400 集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。

(3) 随着科技的发展和社会的进步，自动门在日常生活中也得到了广泛的应用。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制，因故障率高、可靠性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。在自动门控制系统中选用三菱PLC作为控制器，以一个发射的超声开关和一个接收的光电开关作为此系统的输入设备，两套不同的传感器输入控制信号给PLC，利用PLC对系统的编码表、I/O分配表和自动门的动作过程等实施控制，从而实现控制门的开放或关闭( 上升或下降) 。

其他还有很多新应用领域如：物联网，市政，新能源发电，智能楼宇电量采集，医疗系统配电电源等，就不一一列举了。

PLC单流程控制设计及其编程方法

 功能流程图的单流程结构形式简单，如图1所示，其特点是：每一步后面只有一个转换，每个转换后面只有一步。各个工步按顺序执行，上一工步执行结束，转换条件成立，立即开通下一工步，同时关断上一工步。用顺序控制指令来实现功能流程图的编程方法，在前面的章节已经介绍过了，在这里将重点介绍用中间继电器M来记忆工步的编程方法。

在图1中，当n-1为活动步时，转换条件b成立，则转换实现，n步变为活动步，同时n-1步关断。由此可见，第n步成为活动步的条件是：X_n-1=1，b=1；第n步关断的条件只有一个X_n+1=1。用逻辑表达式表示功能流程图的第n步开通和关断条件为：

   式中等号左边的Xn为第n步的状态，等号右边X_n+1表示关断第n步的条件，Xn表示自保持信号，b表示转换条件。

编写出实现红绿两种颜色信号灯循环显示程序(要求循环间隔时间为0.5s)。

I/O分配

I0.0    启动按钮           I0.4     停止按钮

Q0.1    红灯               Q0.2     绿灯

PLC的主要生产厂家

目前生产PLC的厂家较多。但能配套生产，大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的，在中国市场占有较大份额的公司有： 

德国西门子公司：它有SS系列的产品。有SS－95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。**近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。 

日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及**市场，都占有相当的份额。 

美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC的90－70机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。 

美国莫迪康公司(施奈德)的984机也是很有名的。其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在**与**小之间，共20多个型号。 

美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在**各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，SLC－500即为其中一种。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。 

日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。其小型机FI前期在国内用得很多，后又推出FXZ机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AIS、AZC、A3A等。 

日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。基本箱体有E-20、E-28、E－40、E－64。其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在16～160之间组合。 

日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EX－PLUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。另外，还有EX100系列模块式PLC，点数较多，也是用梯形图语言编程。 

日本松下公司也生产PLC。FPI系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0?l微秒。 

日本富士公司也有PLC。其NB系列为箱体式的，小型机。NS系列为模块式。 

美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。 

国内PLC厂家规模多不大。**有影响的算是无锡的华光。、它也生产多种型号与规格的PLC，如SU、SG等，发展也很快，在价格上很有优势。相信会在**PLC之林中一定有其位置的。

利用定时器与计数器设计一PLC控制的长延时电路

利用定时器与计数器设计一PLC控制的长延时电路（1000秒）。

如图1所示为定时器与计数器控制的梯形图。

图中，X001是定时器的定时条件，当条件满足时，定时器T1开始定时，10秒后定时器线圈输出，同时定时器T1复位、计数器C1开始计数一次。利用定时器的常闭触点，使定时器T1每隔10秒产生一个计数脉冲，当计满100次后，计数器C1线圈输出，将输出继电器Y000置“1”。X002为计数器C1的复位条件。只要复位条件满足，不管计数是否计满，随时都可以使计数器复位，体现复位优先原则。

程序清单：

LD  X001

ANI  T1

OUT  T1

K   100

LD   T1

OUT   C1

K    100

LD   C1

OUT  Y000

LD   X002

RST   C1

END

如图1所示是二分频电路的梯形图和时序图。

待分频的脉冲信号加在X000端，设M101和Y000的初始状态为“0”。当**个脉冲信号的上升沿到来时，M101产生一个单脉冲（如图所示），Y000被置“1”，当M101置“0”时，Y000仍保持置“1”；当第二个脉冲信号的上升沿到来时，M101又产生一个单脉冲（如图所示），M101常闭触点断开，使Y000由“1”变“0”，当M101置“0”时，Y000仍保持置“0”直到第三个脉冲到来。当第三个脉冲到来时，重复上述过程。由此可见，X000每送两个脉冲，Y000产生一个脉冲，完成对输入信号的二分频。

程序清单：

LD    X000

PLS   M101

LD    M101

ANI   Y000

LDI    M101

AND   Y000

OUT   Y000

END

图1  分频电路梯形图及时序图

西门子PLC系统中数据表及其作用简介

数据表是用来存放字型数据的表格，如图1所示。表格的**个字地址即首地址，为表地址，首地址中的数值是表格的**长度（TL），即**填表数。表格的第二个字地址中的数值是表的实际长度（EC），指定表格中的实际填表数。每次向表格中增加新数据后，EC加1。从第三个字地址开始，存放数据（字）。表格**多可存放100个数据（字），不包括指定**填表数（TL）和实际填表数（EC）的参数。

图1 数据表

要建立表格，首先须确定表的**填表数。如图2所示。

图2  输入表格的**填表数

确定表格的**填表数后，可用表功能指令在表中存取字型数据。表功能指令包括填表指令，表取数指令，表查找指令，字填充指令。所有的表格读取和表格写入指令必须用边缘触发指令激活。

S7-200PLC 特殊指令

特殊指令如表4-27所示。PLC中一些实现特殊功能的硬件需要通过特殊指令来使用，可实现特定的复杂的控制目的，同时程序的编制非常简单。

特殊指令