在传感器安装与选用中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。安装距离注意说明如图2-22所示。

在一些精度要求不是很高的场合，接近开关可以用来进行产品计数、测量转速，甚至是测量旋转位移的角度。但在一些要求较高的场合，往往用光电编码器来测量旋转位移或者间接测量直线位移。

子任务五 光电编码器及应用

在YL-335A自动线的输送站的控制中，机械手的位置控制是由步进电机完成的。如果想提高位置控制精度，改造伺服电动机控制，就需要对运动的位置进行测量，这就需要用到光电编码器。图2-23所示是光电编码器在自动线的两种应用。

光电编码器在自动线上用于机械手或工作台的直线位移测量常见的安装方式为伺服电动机同轴连接在一起，伺服电动机再和滚珠丝杆连接，编码器在传动链的前端（称为内装式编码器）。

光电编码器是通过观点转换，将输至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的光电编码器有码盘、检测光栅、光电转换电路（包括光源、光敏元件、信号转换电路）、机械部件等组成。一般来说，根据光电编码器产生脉冲方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类，自动线上常采用的是增量式光电编码器，其结构如图2-24所示。

光电编码器的码盘条纹数决定了传感器的最小分辨率角度，即分辨角α=360°/条纹数。如条纹数为1024，则分辨率为α=360°/1024=0.352°。在光电编码器的检测光栅上有两组条纹A和B，A、B条纹错开1/4节距，两组条纹对应的光敏元件所产生的信号彼此相差90°， 用于辨向。此为在光电编码器的码盘里圈有一个透光条纹Z，用于每转产生一个脉冲，该脉冲称为转移信号或零标志脉冲，器输出波形图如图2-25所示。

例如，配置2000脉冲/转的光电编码器的伺服电动机直接驱动8mm螺距的滚珠丝杆，经4倍频吹后，对应运动部件的直线分辨率为0.001mm。

在实际生产线中还有许多其他先进的传感器，比如在产品质检中用到的电荷耦合器件图像传感器CCD，在直线位移检测中用到的光栅、磁删等传感器等。可以根据自动线的需要来进行选择。

任务二 自动线中的异步电动机及控制

在自动线中，有许多机械运动控制，就像人的手和足一样，用来完成机械运动和动作。实际上，自动线中作为动力源的传动装置有各种电动机、气动装置和液压装置。在YL-335A自动线中，分拣单元传送带的运动控制有交流电动机来完成。YL-335A的分拣站的传送带动力为三相交流异步电动机，在运动中，它不仅可以改变速率，也需要改变方向。交流异步电动机利用电磁线圈把电能转换成电磁力，再依靠电磁力做功，从而把电能转换成转子的机械运动。交流电动机结构简单，可产生较大功率，在有交流电源的地方都可以使用。 子任务一 交流异步电动机的使用

YL-335A分拣站的传送带使用了带减速装置的三相交流电动机，如图2-26所示，使得传送带的运转速度适中。

三相交流电动机究竟是如何工作的呢？图2-27所示是一台单机的三相交流电动机的工作原理图，当三相绕组中流过三相交流电流时，各项绕组按右螺旋定则产生磁场。每一项绕组产生一对N极和S极，三相绕组的磁场合成起来，形成一对合成磁场的N极和S极。这个合成磁场是一个旋转磁场，每当绕组中的电流变化一个周期，交流电动机就会旋转一周。

旋转磁场的转速称为交流电动机的同步转速。当绕组电流的频率为f，电动机的磁极数为p，则同步转速（r/min）可用n=120f / p表示。异步电动机的转子转速n为

由式（2-1）可见，要改变电动机的转速：①改变磁极对数P；②改变转差率s；③改变频率f。

在YL-55A分拣站的传送带的控制上，交流电动机的调速采用变频调速的方式。如何来实现传送带的方向控制？如图2-28所示，当改变交流电动机供电电源的相序，就可改变电动机的转向。电动机的速度方向控制都由变频器控制。

三相异步电动机在运行过程中需注意，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时电动机仍会按原来的方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电动机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。注意外壳接地线必须可靠地接大地，防止漏电引起人身伤害。 子任务二 通用变频器驱动装置的使用

YL-335A分拣站使用的三相交流减速电动机的速度、方向控制采用西门子公司通用变频器MM420，其电气连接如图2-29所示。三相交流电源经熔断器、交流接触器、滤波器、变频器输出到交流电动机。

在图2-29中，有两点需要注意，一是屏蔽，二是接地。滤波器到变频器、变频器到电动机的线采用屏蔽线，并且屏蔽层需要接地，另外带电设备的机壳要接地。

1．通用变频器的工作原理

通用变频器是如何来实现电动机的方向及速度控制？变频器控制输出正弦波的驱动电源是以恒电压频率比（U/f）保持刺痛不变为基础的，在经过正弦波脉宽调制（SPWM）驱动主电路，以产生U、V、W三相交流电驱动三相异步电动机。

什么是SPWM?如图2-30所示，它先将50Hz交流经过变压器得到所需的电压后，经二极管整流桥和LC滤波，形成恒定的直流电压，再送入6个大功率晶体管构成的逆变器主电路，输出三相频率和电压均可调整的等效于正弦波的脉宽调制波（SPWM波），即可拖动三相异步电动机运转。

什么是等效于正弦波的脉宽调制波？如图2-31 所示，把正弦半波分成n等分，每一区间的面积用与其相等的等副不等宽的矩形面积代替。则矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效。正弦波的正负半周均如此处理。

那么怎样产生图2-31（b）所示脉冲调制波？SPWM调制的控制信号为幅值和频率均可调的正弦波，载波信号为三角波，如图2-32（a）所示，该电路采用正弦波控制，三角波调制。当控制电压高于三角波电压时，比较器输出电压Ud为“高”电平，否则输出“低”电平。

以A相为例，只要正弦控制波的最大值低于三角波的幅值，就导通T1，封锁T4，这样就输出等幅不等宽的SPWM脉宽调制波。

三相SPWM调制时，三角波公用，每相都由一个输入正弦信号和SPWM调制器，其输出调制波分别为ua、ub、uc。输入的三相正弦信号相位相差120°，其幅值和频率是可调的。从而可改变输出的等效正弦波，以达到控制的目的。

SPWM调制波经功率放大才能驱动电控机。在图2-32（b）所示SPWM变频器功率放大主回路中，左侧的桥式整流器将工频交流电变成直流恒值电压，给图中右侧逆变器供电。等效正弦脉宽调制波ua、ub、uc送入T1~T6的基极，则逆变器输出脉宽按正弦规律变化的等效矩形电压波，经过滤波变成正弦交流电用来驱动交流伺服电动机。

2.认识西门子通用变频器MM420

西门子通用变频器MM420有微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件，他们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。脉冲宽度调制的开关频率是可选的，降低了电动机运行的噪声。

MM420变频器的框图如图2-33所示，包含数字输入点：DIN1（端子5），DIN2（端子6）， DIN3（端子7）；内部电源+24V（端子8），内部电源0V（端子9）；模拟输入点：AIN+（端子3），内部电源+10V（端子1），内部电源0V（端子2）；继电器输出：RL1-B（端子10），RL1-C（端子11）；模拟量输出：AOUT+（端子12），AOUT-（端子13）；RS-485串行通信接口：P+（端子14），N-（端子15）等输入/输出接口。同时带有人机交互接口基本操作板（BOP）。 其核心部件为CPU单元，根据设定的参数，经过运算输出控制正弦波信号，经过SPWM调制，放大输出三相交流电压驱动三相交流电动机运转。

MM420变频器是一个智能化的数字式变频器，在基本操作板上可以进行参数设置。参考分为4个级别：

“1” 标准级：可以访问最经常使用的参数。

“2” 扩展级：允许扩展访问参数的范围，例如变频器的I/O功能。 “3” 专家级：只供专家使用。

“4” 维修级：只供授权的维修人员使用—具有密码保护。

图2-34所示是基本操作面板的外形。利用基本操作面板可以改变变频器的各个参数。

BOP 具有7 段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。参数的信息不能用BOP 存储。

基本操作面板（BOP）备有8个按钮，表2-1列出了这些按钮的功能。

表2-1 BOP上的按钮及其功能