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1、ABSTRACT 摘 要随着数字控制和数字通信技术的发展，光电控制器，传感器越来越广泛的应用于科技，教育，国防，环保等领域。特别是近年来随着纳米技术，计算机控制技术和光机电一体化技术的突飞猛进，带动了光电控制领域的进步。可以说，光电控制已经成为国民经济中不可或缺的前沿科技。本文从光电控制技术出发，详细阐述了系统的结构特点和物理原理，较为深入的探究了相关领域的实际应用，并对该行业在未来能源和环保领域的发展做出了展望。相信随着技术的进步，光电控制必将以其低碳节能，高效运转，易于控制的优点更好的服务人民，造福社会。关键词：光电控制 位置检测 电机驱动 可编程控制器 光电传感器 ABSTRACTWit
2、h the digital control and digital communication technology, optical controllers, sensors more and more widely used in science and technology, education, defense, environmental protection and other fields. Especially in recent years with the nano-technology, computer control technology and electromec
3、hanical integration and technology, promote progress in the field of photoelectric control. It can be said optical control has become a cutting-edge technology essential to the national economy. This optical control technology from the start, detailed structural features of the system, the physical
4、principle, teamwork and practical application. Believe that as technology advances, photoelectric control is bound to its low-carbon energy, high efficiency operation, the advantages of easy control and better serve the people, for the benefit of the community. Keywords: photoelectric control positi
5、on detection motor drive PLC photoelectric sensor目录 ii目 录第一章 光电控制系统的组成1 1.1 光电控制系统概况1 1.2 光电控制系统结构4 1.3 光电控制系统功能7第二章 光电控制传感器9 2.1 物体检测传感器9 2.2 位置检测传感器10 2.3 位移传感器11 2.4 光电编码器的工作原理12第三章 光电控制器与驱动机构15 3.1 可编程控制器（PLC）16 3.2 电机光电控制系统16 3.2.1 电机驱动器18 3.2.2 直流电机PWM调速19 3.2.3 硬件实现PWM的方法19 3.3 控制器与传感器系统组成21第
6、四章 西门子光电控制系统概述23 4.1 西门子光电传感器23 4.1.1光电传感器SIMATIC PXO100 M18S23 4.1.2.光电传感器SIMATIC PXO200 C4024 4.2 西门子逻辑控制器24 4.2.1. SIMATIC S7-200 CN系列25 4.2.2. SIMATIC S7-300 CN系列26第五章 太阳光电跟踪控制系统应用27 5.1 太阳光电跟踪控制系统组成27 5.1.1 视日运动轨迹跟踪28 5.1.2光电跟踪28 5.1.3 视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合29 5.2 太阳跟踪控制系统的传感器30 5.2.1.跟踪控制系统部件选择30 5.
7、2.2.传感器原理与跟踪可行性分析31 5.2.3 太阳跟踪系统配置与设计33第六章 总结37致谢39参考文献41第一章 光电控制系统的组成13第一章 光电控制系统的组成3第一章 光电控制系统的组成进入21世纪以来，光电控制技术正在迅速取代常规电气控制技术，从而在动控制、工程监控系统等领域得到广泛的应用。光电传感器由于具有相应速度快，无接触，低耗能，体积小，安装简便等优点而被广泛用于自动化系统；可编程控制器由于编程方便，适应性强，抗干扰，可进行网络通信等，已经奠定了在控制系统应用中的主导地位，随着控制技术的发展和更新，了解和掌握光电控制技术与系统的原理，结构和应用是非常必要的。1.1 光电控制
8、系统概况在光电生产和工程应用过程中，常对产品、部件或对象进行检测与控制。检测与控制的条件通常可以是产品的处理装置、部件运动的速度或对象的位移，有时也可能是对象的形状和特征等。例如，瓶装生产线的饮料加注控制。通常是根据饮料瓶的位置是否对准加注管口来进行控制的。在高速公路的监控工程中，常对车辆的速度、高度和重量进行监控。无论选择哪些变量进行监控。都可以采用光电控制系统来实现。由于光电传感器具有体积小，容易安装且测量精确度高，速度快和无接触的特点，可编程控制器具有数字控制与通信和抗干扰能力强的优点，使得光电控制技术被越来越广泛地应用。光电控制技术已经在航空航天工程、能源工程、机器人系统、生产流水线、
9、制造过程、交通车辆控制、工程测量系统、安全监控系统中得到了广泛的应用。 光电控制系统的发展依赖于光电测试技术的发展和广泛应用。光电测试技术的反战与新型光源、新型光电器件、微电子技术、计算机技术的发展密不可分。自从1960年第一台红宝石激光器与氦-氖激光器问世以来，由于激光光源的单色性、方向性、相干性和稳定性极好，人们在很短时间内就研制出各种激光干涉仪、激光测距仪、激光准直仪、激光跟踪仪、激光雷达等，大大推动了光电测试技术的发展。自从1970年在贝尔实验室研制出第一个固体摄像器件（CCD）问世以来，由于CCD的小巧，坚固，低功耗，失真小，工作电压低，重量轻，抗震性好，动态范围大和光谱范围宽等特点
10、，使视觉检测进入一个新的阶段，它不仅可以完成人的视觉触及区域的图像测量，而且使人眼无法涉及的红外波段和紫外波段的图像测量也变成了现实，从而把光学测量的主观性（靠人眼瞄准与测量）发展成为客观的光电图像测量。光导纤维从20世纪60年代问世以来，在传递图像和检测技术方面又发展出一个新的天地，光纤通信已经风靡全球，而光纤传感几乎可以测量各种物理量，尤其在一些强电磁干扰，危及人的生命安全的场合可以安全地工作，并且具有高精度、高速度、非接触测量等特点。可以说一个新的光源，一个新的光电器件的发明都大大推动了科学技术的发展。近几十年来，工程领域的加工精度已达到0.1um或0.01um的水平，它对测量技术提出了
11、更高的要求，迫切需要开拓新的手段，因此先后出现了各种纳米测量显微镜，如1982年隧道显微镜问世，它用测量电荷密度的方法测量分子和原子级的微小尺寸，但它只能用于测量导体表面。1986年原子力显微镜研制成功，它用测量触针与被测物体之间的原子力和离子力的方法来测量微小尺寸，因此它可用于导体和非导体的测量，但它的缺点是针尖与样品接触容易使样品表面划伤。根据原子力显微镜的思路，利用被测表面的不同物理性质对受迫振动悬臂梁的影响，通过测量其共振频率的变化测量被测表面，相继开发出激光力显微镜、静电力显微镜等。这些仪器都可以达到纳米甚至亚纳米级的分辨力。它们的分辨力大都是用驱动探针的压电陶瓷的电压与位移关系得到
12、的，但是压电陶瓷的滞后特性和蠕变使其测量结果并不可信。为了准确测出这些纳米尺度测量显微镜的精度，还必须溯源到光的波长上，因此迫切需要研制精度达到纳米甚至亚纳米级的干涉仪来实现纳米尺度的测量和标定，因而又相继出现了精度可达到0.1nm的激光外差干涉仪和精度可达到0.01nm的X光干涉仪。在纳米和亚纳米级的光电测量系统中，为保证系统的稳定可靠，对环境的要求是很高的，如环境温度不稳定、振动、光源波动的影响等，都会使纳米尺度的测量精度荡然无存。因此系统中机械传动或光学调节往往需要闭环控制，而机械支撑使用无间隙、无摩擦的柔性铰链是一个很好的办法。微电子技术的问世，不仅使计算机技术突飞猛进，也使光电测量技
13、术有了更为广阔的应用空间。当前人们在生物、医学、航天、灵巧武器、数字通信等许多领域越来越多地要求微系统，因此微机电系统成为当前研究的一个热点。而微机电系统要求有微型测量装置，这样，微型光、机、电测试系统也就毫无疑问地成为了重要研究方向。科学技术的进步推动了光电测试技术的发展，而新型光电测试系统的出现无疑又给科学技术的发展注入了新鲜血液。因此，光电测试技术的发展趋势是：发展纳米、亚纳米高精度的光电测量新技术。发展小型的、快速的微型光、机、电测试系统。非接触、快速在线测量，以满足快速增长的商品经济的需要。向微空间三维测量技术和大空间三维测量技术发展。发展闭环控制的光电测试系统，实现光电测量与光电控
14、制一体化。向人们无法触及的领域发展。发展光电跟踪和光电扫描技术，如远距离的遥控、测试技术，激光制导，飞行物自动跟踪，复杂形体自动扫描测量等。光电测试技术将光学技术与电子技术相结合，实现对各种量的测量，它具有如下特点：1、高精度光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。例如，用激光干涉法测量长度的精度可达0.05um/m；光栅莫尔法条纹法测角可达到0.04；用激光测距法测量地球与月球之间距离的分辨力可达到1m。2、高速度光电测量以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因而用光学的方法获取和传递信息的速度是最快的。3、远距离与大量程光是最便于远距离传播的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制
15、导、光电跟踪、电视遥测等。4、非接触测量到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。5、寿命长在理论上光波是永不磨损的，只要复现性做的好，可以永久地使用。6、强信息处理能力光电测试技术具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。用光电方法还便于信息的控制和存储，易于实现自动化，易于与计算机连接，易于实现智能化等。光电测试技术是现代科学，国家现代化建设和人民生活中不可缺少的新技术，是机、光、电、计算机相结合的新技术，是最具有潜力的信息技术之一。光电控制技术依赖于数字控制和数字通信技术的发展而发展。可编程逻辑控制器的大量应用，嵌入式仪表数字控制器和计算机网络服务器的广泛应用，使控制器和控制系统能够处理复杂光电脉冲和数字信号，现场总线控制网络的数字通信技术，进一步实现了光电检
