研制PROTOS70机组开关总成

【摘 要】研制一种新型PROTOS70机组点动操作总成装置。原组合开关属于机械式结构，由于卷烟机附着较多烟尘的属性，该组合开关故障频次较高，用霍尔效应原理根据卷烟机PLC接口要求设计了一套新型总成装置，较好地解决了组合开关受烟尘影响的问题。

【关键词】烟尘；霍尔传感器；印制板

引言

Protos70机组现为我厂主力设备。在SE卷烟机主机烙铁旁边有一对开关组合，负责整个机组的启动与停止操作。操作极为频繁，因为开关内部为机械结构，依靠外界机械位移，触动触点翻转切换，其切换的过程也就是动触点与静触点重新接触与断开的过程，这就要求工作环境尽量清洁，若在触点之间存在极小的烟尘，都可能造成接触不良，影响设备的正常工作，而该开关组合所在区域又位于PROTOS机组烟尘最多的区域之一，其故障频次与维修量可想而知。寻找一种无机械触点又能实现原电路功能的总成替代以上装置，将会使以上问题得以改观。

1 原理分析

霍尔效应：

当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。这个现象就是霍尔效应。

霍尔传感器特点：体积小、灵敏度高、响应速度快、温度性能好、精确度高、可靠性高。

因此，用霍尔传感器完全可以满足我们的目要求。

2 器件选用及实施论证

HAL44E内部集成史密特触发器用于信号的整形，属于开关型器件，所以输出只有饱和与截止两种状态。 PROTOS-70 PLC使用的是西门子的S7-400，输入信号是PNP方式，即高电平（24V）为有效输入。为满足接口要求，需由PNP晶体管组成的共发射极输出电路完成霍尔传感器与PLC之间的过渡。

3 实施

查阅s7-400模块规范可知，S7-400PLC数字量输入模块要求：高电平“1”的输入电流为6mA--12mA，也就是说，在PLC的输入端子接入24V时，其内部电路会将输入电路中的电流控制在12mA。为便于调试及日后维修，添加由发光二极管LED和R3组成的指示电路，LED的电流取5mA。这样要求三极管Q的最小输出电流为5+12=17mA。三极管Q应工作在饱和状态，其放大倍数hfe取100，求基极电流（Ib）：Ib=17/100=0.17（mA）

当Ib大于0.17mA时，就可以满足同时驱动PLC及LED的需求。

霍尔传感器输出端为低电平时，当R1取10K， R2取4.7K时，不考虑HAL44E的饱和压降，三极管发射结取0.7V，基极的实际电流： Ib′=（24-0.7）/4.7=4.9（mA）

Ib′满足大于Ib（0.17mA）的要求，三极管此时处于深度饱和状态。

霍尔传感器未检测到磁力线时，其输出端为截止状态，三极管Q也截止，LED熄灭，PLC无输入信号。

三极管Q选取9012，该器件参数满足电路要求。

完整电路如下图所示：

插座J可以使该总成与主机完全脱离，可方便安装与维修。

由磁铁对霍尔传感器提供磁场，通过磁铁与霍尔元件相对位置的改变，达到霍尔传感器信号输出转换的目的，从而达到设计要求。

依据电路图设计PCB印刷电路板。

霍尔传感器对称放在按钮中心线上在电路板两个侧边，便于安装调试。指示灯L1，L2，L3，L 4安放在电路板下方并与按钮中心线对称，实用美观。

4 安装实施

经实际运行验证：在6个月的时间内该总成未出现故障，环境中存在的烟尘并未对装置产生任何影响，信号也准确无误。

5 结语

本装置投入使用后，经操作人员的反馈：本装置操作简便，工作可靠，较好地解决了组合开关倍受烟尘影响的问题，解除了频繁更换开关的烦恼，减少了维修电工的工作负担。

参考文献：

[1]模拟电子技术基础 ISBN 7-04-00158-3/TN.61

[2]s7-400模块规范.

[3]YJ17-YJ27卷烟机组 ISBN-7-5046-3129-9