1、畢業設計說明書(論文)作 者： 學 號：系 部： 自動化 專 業： 自動化(數控技術應用) 題 目： 母線槽技術參數檢測 線運動機構控制系統設計 指導者： 評閱者： 2006年 06 月 南 京畢業設計說明書（論文）中文摘要本文介紹了母線槽技術參數自動檢測線運動機構控制中氣壓系統的設計、步進電機驅動電路的設計及控制信號接口電路設計。本設計中設計了八只氣缸的控制回路，計算了氣缸及輔助元件的相關尺寸，選擇了控制回路中的各種氣壓元件，并設計了一只氣缸結構。本設計中還設計了與運動控制系統相配的用于步進電機的驅動電路。該電路選擇89C2051作為環形分配器，具有電路簡單，柔性好的特點。功率器件選用VMO

2、S管，設計成恒流斬波電路，保持電機繞組電流恒定。設計的驅動電路簡單，可靠性高。關鍵詞：畢業設計說明書（論文）外文摘要Title system Abstract systemKey words bus duct pneumatic system step motor circuit design目 錄前 言1第一章 概述21.1檢測技術的現狀與發展21.2母線槽簡介31.3檢測內容51.4檢測系統總控制方案6第二章 氣壓傳動系統設計與計算102.1氣壓傳動控制對象102.2選擇傳動和控制方案102.3總氣壓傳動回路系統設計11選擇總氣壓傳動回路的控制方式11總氣壓傳動控制回路設計11繪制總氣壓傳

3、動回路142.4測量頭動作控制氣壓傳動回路設計與計算14回路設計14回路計算15元件選擇172.5檢測臺側向定位裝置氣壓傳動回路設計與計算18 回路設計18回路計算18元件的選擇202.6檢測臺與包裝臺縱向定位裝置氣壓傳動回路設計與計算21回路設計21回路計算21元件選擇222.7包裝臺升降機構氣壓傳動回路設計與計算23回路設計23回路計算24元件選擇262.8氣缸設計27第三章 電路設計283.1步進電機驅動電路設計28步進電機相序分配電路29步進電機驅動電路293.2控制信號接口電路設計30電磁換向閥控制信號輸出接口電路設計30壓力繼電器控制信號輸入接口電路設計33第四章 結 論34致 謝

4、35參考文獻36附 錄37前 言母線槽的主要技術參數是指絕緣強度和導線電阻。這兩個技術參數的檢測，目前在國內還是由人工完成，其自動檢測技術在國內還是個空白。隨著社會的發展，人工檢測技術遠遠不能滿足社會對生產率的要求，采用自動檢測技術將會大大提高企業的生產率，減少人員的投入，將會給企業帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。 第一章 概 述1.1 檢測技術的現狀與發展在 1.2母線槽簡介1.3 檢測內容圖1-1 插接式母線槽母線槽內部一般用銅片作為導體。本次設計的母線槽技術參數檢測控制機就是控制檢測裝置檢測母線槽內每一導電銅片的電阻的檢測及導電銅片之間的絕緣強度。銅片的電阻是關乎母線槽導電能力的重要

5、因素。電阻越大，母線槽在電傳輸過程中消耗就會越大，傳輸的效率就會越低。母線槽作為導線，知道其內部導電體的電阻是非常必要的。而母線槽內部導電體之間的絕緣填充物的絕緣強度則是影響安全性的重要因素。但是并不是說母線槽內導電體的導電能力越小越好，絕緣填充物的絕緣強度越大越好。由于受到成本因素的限制，母線槽制造商必須制造出適合不同場合應用的母線槽，這就需要準確知道母線槽的兩個參數指標。絕緣強度和電阻的檢測過程如圖12所示。圖12 絕緣強度和電阻檢測示意圖a）檢測絕緣強度b) 檢測電阻1-檢測頭；2氣缸；3母線槽 當連接檢測絕緣強度的檢測儀時，下位機控制兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機（PC）；當

6、連接檢測電阻的微歐計時，兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機（PC）。1.4 檢測系統總控制方案本次設計中所設計出的母線槽技術參數檢測控制機系統總的工作過程是：上位機發送啟動信號，下位機開始工作。下位機控制檢測臺傳送裝置和氣壓傳動定位機構傳送和定位母線槽。之后，下位機通過運動機構控制檢測系統檢測導電片的電阻及導電片與導電片之間的絕緣強度，并把檢測結果傳送給上位機。上位機接收到檢測完畢的信號后，根據檢測結果判斷母線槽是否合格，若是合格產品，則發送信號給打印機，打印機打印出所檢測的母線槽的條碼。隨后，上位機接發送信號給貼標機，并控制貼標機把打印出來的條碼貼到母線槽上。貼標機貼標完畢后發送信號給

7、上位機，上位機接著發送信號給下位機，由下位機控制完成對母線槽進行包裝。母線槽技術參數自動檢測系統總的工作過程如圖1-3所示。打印機上位機（PC）貼標機運動機構控制系統（或稱下位機）測試系統母線槽包裝機構定位機構檢測臺母線槽輔助動作控制電路輔助動作執行機構（氣壓傳動）功率放大系統運動驅動機構圖1-3母線槽技術參數自動檢測系統組成框圖 我在本次設計中所負責的是下位機的氣壓傳動部分。下位機的主要工作是對母線槽內每一片導電材料的電阻的檢測以及導電材料之間的絕緣強度的檢測。下面具體描述下位機的工作過程：當檢測平臺傳送電機啟動時，檢測臺縱向定位缸升起。當檢測縱向母線槽到位時，檢測平臺傳送電機停止。左右端側

8、向定位缸啟動，當左右端側向定位缸到位時，分別連接檢測絕緣強度的檢測儀和檢測電阻的微歐計，并將結果送給上位機。最后進行對母線槽的貼標和包裝。檢測及包裝臺示意圖如圖1-4所示。下位機的控制流程圖如圖15所示。圖1-4 檢測及包裝臺示意圖1-檢測平臺；2-母線槽；3-檢測臺縱向定位缸；4-檢測平臺移送電機；5-包裝平臺；6-包裝臺縱向定位缸；7、9-母線槽包裝上升缸；8-包裝臺移送電機；10、27-縱向到位檢測傳感器；11、26-左右端側向定位滑臺；12、25-左右端測量頭驅動氣缸；13、24-X軸及U軸滑臺；14、23-X軸及U軸步進電機；15、22-左右端側向定位缸；16、21-左右端垂直升降臺

9、；17、19-Y軸及V軸步進電機；18、20-左右端移動立柱檢測平臺移送電機啟動檢測臺縱向定位缸升起檢測平臺移送電機停止左端側向定位缸啟動右端側向定位缸啟動連接絕緣強度檢測儀兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機檢測完后回起點連接檢測電阻的微歐計兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發送給上位機開始接下一頁Y左、右端側向定位缸到位？母線槽縱向到位？NNY兩個檢測頭回原點左右端側向定位缸退回檢測臺縱向定位缸退回檢測平臺移送電機啟動包裝臺移送電機啟動包裝臺縱向定位缸升起母線槽離開檢測平臺后檢測平臺移送電機停轉母線槽到達包裝平臺后包裝臺移送電機停轉發信給上位機啟動貼標機貼標貼標結束后，母線槽包裝上升氣缸升起

10、延時，包裝包裝臺縱向定位缸退回母線槽包裝上升缸退回結 束接上一頁圖1-5 下位機的控制過程 第二章 氣壓傳動系統設計與計算2.1氣壓傳動控制對象2.2 選擇傳動和控制方案 （續）2.3總氣壓傳動回路系統設計氣動執行元件是以壓縮空氣為工作介質，將氣體能量轉化成機械能的能量轉化裝置。執行元件分為實現直線運動的氣壓缸和實現回轉和擺動運動的氣動馬達兩類。氣缸按結構特征分類如下：單作用氣缸活塞式膜片式無活塞式仿生氣動“肌腱”仿生單活塞雙活塞有活塞桿無活塞桿單出桿雙出桿雙作用單作用雙作用無桿氣缸磁性氣缸 繩索氣缸串聯并聯多位氣缸增力氣缸單出桿雙出桿平膜片 滾動膜片 皮囊選擇控制元件控制元件是用來調節和控制

11、壓縮空氣的壓力、流量和流動方向，以便使執行機構按要求的程序和性能工作。控制元件分為壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥和邏輯元件。（1）壓力控制閥 壓力控制閥可分為減壓閥、溢流閥和順序閥。為了使氣源裝置內的壓力氣體減壓到每套裝置實際需要的壓力，我們系統中采用了減壓閥。減壓閥的特點是將較高的輸入壓力調到規定的輸出壓力，并能保持輸出壓力穩定，不受空氣流量變化及氣源壓力波動的影響。減壓閥調壓方式有直動式和先導式兩種。在減壓閥調壓方式的選擇上，我們選擇了直動式調壓閥。所謂直動式就是借助彈簧力直接操作的調壓方式，這種方式適合減壓閥直徑小于，輸出壓力在范圍內。所謂先導圖2-2 減壓閥式就是用預先調整好的氣壓

12、來代替直動式調壓彈簧進行調壓。圖2-2所示為減壓閥的職能符號。 （2）方向控制閥 方向控制閥可分為單向閥和換向閥兩種。為了使氣流只沿著一個方向流動，氣流在一個方向流動，而在相反的方向上完全關閉。圖2-3所示為單向閥的職能符號。 圖2-4所示為職能（3）流量控制閥 流量控制閥可分為單向節流閥、先導式速度控制閥、行程節流閥和排氣節流閥。圖2-5 單向節流閥1-節流閥 2-單向閥為了能夠調節氣缸活塞的移動速度，我們設計的系統中采用了單向節流閥。圖2-5所示為單向節流閥的職能符號。當氣流由流動時，經節流閥1節流；而反向由流動時，單向閥2打開，不受節流閥的影響。 選擇氣壓發生裝置與輔助元件圖2-6 氣壓

13、發生裝置與輔助元件1-霧化器 2-氣源氣壓發生裝置即能源元件，它是獲得壓縮空氣的裝置，其主體部分是空氣壓縮機，它將原動機供給的機械能轉化成氣體的壓力能。本氣壓傳動系統的壓縮空氣是由工廠空壓站提供的 氣壓發生裝置與輔助元件的職能符號如圖2-6所示。 總氣壓回路由八個分氣壓回路組成，如圖2-7所示。2.4測量頭動作控制氣壓傳動回路設計與計算1 2 3 4 5 6 7 8圖2-7 總氣壓回路1、2測量頭動作控制氣壓傳動回路；3、4測量頭橫向定位裝置氣壓傳動回路；5測量臺縱向定位裝置氣壓傳動回路；6包裝臺縱向定位裝置氣壓傳動回路；7、8包裝臺升降機構氣壓傳動回路；。，取負載 按標準取。 按標準取。氣壓

14、缸無桿腔（無活塞桿的腔）的面積（）： （）：，由此得進入無桿腔的流量（）：此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套設計請聯系q：99872184。 取最大流量。根據氣壓系統管道內允許流速推薦值，選擇流速（） 根據的計算公式 取。 系列中為普通緩沖氣缸，為無緩沖氣缸，為無緩沖雙向調速氣缸。根據系統計算的結果，選用氣缸型號為，內徑為，桿徑為，尺寸為。，即。，管接頭連接螺紋，管子壁厚，推薦管道通過流量。單向節流閥單向節流閥型號為，通徑為，聯結螺紋為。，公稱通徑，聯結螺紋為。 ，公稱通徑為，接口螺紋為。，二位四通直動滑閥式電磁控制閥，單電控型，公稱通徑為。，公稱通徑，接管為，最高工作壓力，

15、起霧流量為。2.8氣缸設計 第三章 電路設計3.1步進電機驅動電路設計 母線槽自動控制系統的運動機構是步進電機驅動的，結合朱靜同學設計的下位機控制系統設計一個介于步進電機與控制系統的驅動電路。步進電機的工作方式以轉動一個齒距所用的相數來表示。選定步進電機與控制系統之間的驅動電路。選定步進電機為五相，工作節拍為十拍，即AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB。按上述方式電機通電，步進電機正向轉動。反之，如果通電方向與上述方式相反，步進電機反向轉動。可見，步進電機的方向控制與內部繞組的通電順序有關。步進電機相序分配分軟件環行分配器和硬件環行分配器。本設計選擇硬件環行分配

16、。而功率器件選用電壓型的VMOS管。步進電機的工作控制框圖如圖3-1所示，在圖中脈沖分配回路產生步進電機工作方式所需的各相脈沖信號，功率放大電路對脈沖分配回路輸出的弱信號進行放大，產生電機工作所需的激磁電流。圖3-1 步進電機的工作控制框圖選用89C2051作為環形分配器，電路比較簡單，硬件成本，并且可以根據應用系統的需要靈活地改變步進電機的控制方式。步進電機作為執行單元，能夠快速的啟停、精確的定位。如圖3-2所示，89C2051的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4、P1.3口通過光電耦合器分別與步進電機的E相、D相、C相、B相、A相驅動電路接口相連接， P3.2口、P3.3口采用第二功能

17、INT0（外部中斷0）、INT1（外部中斷1），接收系統產生的正轉（CW）、反轉（CCW）脈沖信號。圖32 步進電機相序分配電路驅動電路的作用主要是將步進脈沖信號經功率放大，驅動步進電機轉動。因此，驅動電路設計的優劣，將直接影響到電路性能的可靠性和步進電機的轉矩特性，同時也影響到數控系統的成本。在目前的驅動電路中，有相當一部分驅動電路是采用大功率晶體管驅動電路。大功率晶體管式一種電流型的器件，存在零點飄移。隨著溫度升高，電流越大，溫度越高，越容易燒壞，價格也較高，電路也較復雜，已開始逐步地淘汰，取而代之的是場效應管。場效應管同晶體管相比，它是一種電壓型控制元件，幾乎沒有柵極電流，輸入電阻很高，

18、抗輻射能力強，熱穩定性能好，具有零漂移溫度系數的工作點，漏極電流不隨溫度變化，噪聲也比晶體管小，已越來越多地用于步進電機驅動電路。本文研制了一種以VMOS管為功率放大器的步進電機驅動電路，如圖3-3所示。這種電路同原電路相比，線路簡單，成本低，頻率好，電機運轉平穩，效率高，力矩大，噪聲小。電路輸出波形如圖3-4所示。當脈沖信號出現時，接通高壓U2，T1、T2導通，電機繞組電流迅速上升，到達額定值時，經電壓比較器，使T1時而截止，時而導通，電流一直被斬在額定值附近。當脈沖信號消失時，T1、T2截止，電機繞組中的反電勢通過D5、C1、D2放電回路泄放，相當于在繞組上加了一負電源，使電流下降速率提高

19、，故該電路電流上升快，下降也快，高頻特性好，電流被恒定在額定值附近，電機運轉平穩。3.2控制信號接口電路設計輸出為低電平，光電耦合器導通，,三極管T導通，中間繼電器得電，KM開關閉合，電磁閥線圈DT得電；輸出為高電平，光電耦合器截止，,三極管T截止，中間繼電器失電，KM開關斷開，電磁閥線圈DT失電。圖35中的二極管是起保護電路的作用。光耦輸入端為高電平時，三極管截止，中間繼電器兩端會有反相的電壓，電流通過二極管和中間繼電器泄放掉，起到了保護電路的作用圖3-3步進電機驅動電路圖3-4斬波恒流驅動電路輸出波形當壓力繼電器動作后，開關S閉合，輸入為低電平，光電耦合器導通，輸入便產生一個低電平，給朱靜

20、設計的電路部分發出信號，從而控制其它動作。圖3-6 壓力繼電器控制信號輸入接口電路第四章 結 論在這次的畢業設計里主要做了以下工作：1.母線槽技術參數自動檢測線運動機構控制氣壓傳動系統設計2.步進電機驅動電路設計與控制信號接口電路設計在母線槽技術參數自動檢測線運動機構控制氣壓傳動系統設計部分，通過對CAD的深入學習，掌握了CAD軟件并用CAD軟件繪制了各部分氣壓傳動的回路圖、氣缸的裝配圖。在步進電機驅動電路設計以及控制信號接口電路設計這部分，通過對PROTEL的深入學習，掌握了PROTEL軟件并用PROTEL軟件繪制了步進電機驅動電路、控制信號接口電路。母線槽的主要技術參數是指絕緣強度和導線電阻。這兩個技術參數的檢測，目前在國內還是由人工完成，其自動檢測技術在國內還是個空白。檢測員手動控制測頭定位去檢測母線槽的絕緣強度和電阻。手動定位很容易帶來由于定位不準確而產生的操作誤差，這與我們對母線槽