母線槽技術(shù)參數(shù)檢測線運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者： 學(xué) 號：系 部： 自動化 專 業(yè)： 自動化(數(shù)控技術(shù)應(yīng)用) 題 目： 母線槽技術(shù)參數(shù)檢測 線運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計 指導(dǎo)者： 評閱者： 2006年 06 月 南 京畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要本文介紹了母線槽技術(shù)參數(shù)自動檢測線運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制中氣壓系統(tǒng)的設(shè)計、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計及控制信號接口電路設(shè)計。本設(shè)計中設(shè)計了八只氣缸的控制回路，計算了氣缸及輔助元件的相關(guān)尺寸，選擇了控制回路中的各種氣壓元件，并設(shè)計了一只氣缸結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中還設(shè)計了與運(yùn)動控制系統(tǒng)相配的用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路。該電路選擇89C2051作為環(huán)形分配器，具有電路簡單，柔性好的特點(diǎn)。功率器件選用VMO

2、S管，設(shè)計成恒流斬波電路，保持電機(jī)繞組電流恒定。設(shè)計的驅(qū)動電路簡單，可靠性高。關(guān)鍵詞：母線槽 氣壓系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 電路設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要Title the design of the pneumatic system in the line motion control of examining the bus duct technique parameter automatically AbstractThis paper introduced the design of the pneumatic system in the line motion control of e

3、xamining the bus duct technique parameter automatically, the design of the drive circuit of automatic monitoring system and the design of control signal interface circuit .In this design ,I have designed the control circuit of eight cylinders in this design, have calculate the relevant size of the c

4、ylinder and auxiliary component, have chosen various pneumatic elements in the control circuit , have designed the structure of a cylinder . In this design ,I have designed drive circuit which matches withthe motion control system using for step motor. This circuit chooses 89C2051 as the annular dis

5、tributor and has the characteristics that the circuit is simple and the flexibility is good. The power device selects VMOS, design the steady chopper trigger circuit ,keep the current of machine winding steady. The drive circuit designed is simple and the dependability is high.Key words bus duct pne

6、umatic system step motor circuit design目 錄前 言1第一章 概述21.1檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展21.2母線槽簡介31.3檢測內(nèi)容51.4檢測系統(tǒng)總控制方案6第二章 氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)設(shè)計112.3.1選擇總氣壓傳動回路的控制方式112.3.2總氣壓傳動控制回路設(shè)計112.3.3繪制總氣壓傳動回路142.4測量頭動作控制氣壓傳動回路設(shè)計與計算142.4.1回路設(shè)計142.4.2回路計算152.4.3元件選擇172.5檢測臺側(cè)向定位裝置氣壓傳動回路設(shè)計與計算182.5.1 回

7、路設(shè)計182.5.2回路計算182.5.3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(shè)計與計算212.6.1回路設(shè)計212.6.2回路計算212.6.3元件選擇222.7包裝臺升降機(jī)構(gòu)氣壓傳動回路設(shè)計與計算232.7.1回路設(shè)計232.7.2回路計算242.7.3元件選擇262.8氣缸設(shè)計27第三章 電路設(shè)計283.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計283.1.1步進(jìn)電機(jī)相序分配電路293.1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路293.2控制信號接口電路設(shè)計303.2.1電磁換向閥控制信號輸出接口電路設(shè)計303.2.2壓力繼電器控制信號輸入接口電路設(shè)計33第四章 結(jié) 論34致 謝35參考文獻(xiàn)36附 錄37

8、前 言母線槽的主要技術(shù)參數(shù)是指絕緣強(qiáng)度和導(dǎo)線電阻。這兩個技術(shù)參數(shù)的檢測，目前在國內(nèi)還是由人工完成，其自動檢測技術(shù)在國內(nèi)還是個空白。隨著社會的發(fā)展，人工檢測技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會對生產(chǎn)率的要求，采用自動檢測技術(shù)將會大大提高企業(yè)的生產(chǎn)率，減少人員的投入，將會給企業(yè)帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。 本人的課題是母線槽技術(shù)參數(shù)自動檢測線運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)氣壓傳動設(shè)計。課題來源是系工程實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目。前三周，在老師的指導(dǎo)下，通過在網(wǎng)上和圖書館查閱并收集了了大量的有關(guān)于氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與電路設(shè)計的相關(guān)資料，我對課題的背景及相關(guān)知識有了初步的了解。后兩周時間是擬定方案和修改方案。最后十一周時間是進(jìn)行氣壓傳動系統(tǒng)

9、的設(shè)計以及論文的撰寫。本論文共分四章。主要描述了檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，母線槽簡介，檢測內(nèi)容及要求，檢測系統(tǒng)總控制方案，氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算，電路設(shè)計等。本論文各章既有聯(lián)系，又有一定的獨(dú)立性。我和朱靜同學(xué)的課題是母線槽技術(shù)參數(shù)自動檢測線運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，朱靜同學(xué)負(fù)責(zé)的是運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的控制電路部分，我負(fù)責(zé)的是運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的氣壓傳動部分。在做畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，我和朱靜同學(xué)互相配合，分工合作，共同完成了各自的任務(wù)。 第一章 概 述1.1 檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展在人類的各項(xiàng)生產(chǎn)活動和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了了解和掌握整個過程的進(jìn)程的進(jìn)展及其最后結(jié)果，經(jīng)常需要對各種基本參數(shù)或物理量進(jìn)行檢查和測量，從而

10、獲得必要的信息，作為分析判斷和決策的依據(jù)，可以說檢測技術(shù)是人們?yōu)榱藢Ρ粰z測對象所包含的信息進(jìn)行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技術(shù)措施。隨著人類社會進(jìn)入信息時代，以信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理為主要內(nèi)容的檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門完整的技術(shù)科學(xué)，在促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展和科技進(jìn)步的廣闊內(nèi)發(fā)揮著重要的作用。檢測技術(shù)在目前領(lǐng)域的現(xiàn)狀：1）檢測技術(shù)是產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段。借助于檢測工具對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評價是人們十分熟悉的。這是檢測技術(shù)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。但傳統(tǒng)的檢測工具只能將產(chǎn)品區(qū)分為合格品和廢品，起到產(chǎn)品驗(yàn)收和廢品剔出的作用。這種被動檢測方法，對廢品的出現(xiàn)的并沒有預(yù)先防止的能力。在傳統(tǒng)檢測技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展起

11、來的主動檢測技術(shù)或稱之為在線檢測技術(shù)，使檢測和生產(chǎn)加工同時進(jìn)行，及時地用檢測結(jié)果對生產(chǎn)工程主動地進(jìn)行控制，使之適應(yīng)生產(chǎn)條件的變化或自動地調(diào)整到最佳狀態(tài)。這樣檢測的作用已經(jīng)不只是單純的檢查產(chǎn)品的最終結(jié)果而且要過問和干預(yù)造成這些結(jié)果的原因，從而進(jìn)入質(zhì)量控制的領(lǐng)域。2）檢測技術(shù)在大型設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。電力、石油、化工、機(jī)械等行業(yè)的一些大型設(shè)備通常在高溫、高壓、高速和大功率狀態(tài)下運(yùn)用，保證這些關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行在國民經(jīng)濟(jì)中具有重大意義。為此，通常設(shè)置故障監(jiān)測系統(tǒng)以對溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速、振動和噪聲等多種參數(shù)進(jìn)行長期動態(tài)監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，加強(qiáng)故障預(yù)防，達(dá)到早期診斷的目的。這樣

12、做可以避免嚴(yán)重的突發(fā)事故，保證設(shè)備和人員安全，提高檢修質(zhì)量。另外，在日常運(yùn)行中，這種連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障前兆，采取預(yù)防性檢修。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這種監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到故障自診斷并自動報警或采取相應(yīng)的對策。3）檢測技術(shù)和裝置是自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。在實(shí)現(xiàn)自動化的工程中，信息的獲取與轉(zhuǎn)換是極其重要的組成環(huán)節(jié)，只有精確及時地將被控對象的各項(xiàng)參數(shù)檢測出來并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理地信號，整個系統(tǒng)才能正常地工作。因此自動檢測與轉(zhuǎn)換是自動化技術(shù)中不可少的組成部分。當(dāng)前檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢大致有以下幾個方面：1）傳感器水平的提高。采用新材料、新工藝使傳感器的性能進(jìn)一步提高，可實(shí)現(xiàn)傳感器的

13、微型化和集成化。此外，采用計算機(jī)技術(shù)，使傳感器的數(shù)據(jù)處理能力提高，提高傳感器的智能水平。2）檢測方法的推進(jìn)。隨著光電、超生波、微波、射線等技術(shù)的發(fā)展，使得非接觸檢測技術(shù)得到發(fā)展。隨著光纖、光放大器、濾波器等光元件的發(fā)展，使信號的傳輸與處理不再局限于電信號，出現(xiàn)采用光的檢測方法。此外，還有多參量復(fù)合檢測，主動檢測等技術(shù)均有發(fā)展。3）檢測系統(tǒng)的智能化。以計算機(jī)為中心的智能化的檢測系統(tǒng)能夠測量多種參量，多有電氣量，又有非電氣量；具有多個輸入通道，可進(jìn)行多點(diǎn)測量；能夠快速進(jìn)行動態(tài)在線實(shí)時測量，能夠?qū)崿F(xiàn)快速進(jìn)行信號分析處理，排除噪聲干擾、消除偶然誤差、修正系統(tǒng)誤差，從而實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的高準(zhǔn)確度以及對被測信

14、號的高分辨能力。 1.2母線槽簡介80年代以前，高層建筑中的供電主干線主要采用可靠性較好的普通電纜，電纜在電氣豎井內(nèi)沿墻壁用支架或電纜橋架敷設(shè)。電纜作為供電主干線比裸導(dǎo)線、裸排要安全可靠得多，但載流量受到限制，電纜截面不可能造得很大（最大只能做到），而且電纜太粗，現(xiàn)場施工難度大。80年代中后期，城市發(fā)展迅速，高層、超高層建筑大批建造，建筑物的用電負(fù)荷急劇增加，電纜作為供電主干線的局限性越來越突出，特別是現(xiàn)場制作電纜分支接頭技術(shù)難度很大，急需一種容量大、分支方便的供電主干線取而代之。母線槽以其結(jié)構(gòu)緊湊、通用性互換性強(qiáng)、傳送功率大、電壓降小、電能損耗小、絕緣性能高、防火性能及抗短路性能好等優(yōu)點(diǎn)，逐

15、步取代傳統(tǒng)的電纜電纜橋架配電方式，成為大型或高層建筑配電方式的主流，深受工程技術(shù)人員及用戶青睞。母線槽的種類有封閉式母線槽（簡稱母線槽）、空氣式插接母線槽（BMC）、密集絕緣插接母線槽（CMC）、高強(qiáng)度封閉式母線槽（CFW）、插接式母線槽。封閉式母線槽（簡稱母線槽）是由金屬板（鋼板或鋁板）為保護(hù)外殼、導(dǎo)電排、絕緣材料及有關(guān)附件組成的母線系統(tǒng)。它可制成每隔一段距離設(shè)有插接分線盒的插接型封閉母線，也可制成中間不帶分線盒的饋電型封閉式母線。在高層建筑的供電系統(tǒng)中，動力和照明線路往往分開設(shè)置，母線槽作為供電主干線在電氣豎井內(nèi)沿墻垂直安裝一趟或多趟。按用途一趟母線槽一般由始端母線槽、直通母線槽（分帶插孔

16、和不帶插孔兩種）、L型垂直（水平）彎通母線、Z型垂直（水平）偏置母線、T型垂直（水平）三通母線、X型垂直（水平）四通母線、變?nèi)菽妇€槽、膨脹母線槽、終端封頭、終端接線箱、插接箱、母線槽有關(guān)附件及緊固裝置等組成。母線槽按絕緣方式可分為空氣式插接母線槽、密集絕緣插接母線槽和高強(qiáng)度插接母線槽三種。空氣式插接母線槽（BMC）。由于母線之間接頭用銅片軟接過渡，在南方天氣潮濕，接頭之間容易產(chǎn)生氧化，形成接頭與母線接觸不良，使觸頭容易發(fā)熱，故在南方極少使用。并且接頭之間體積過大，水平母線段尺寸不一致，外形不夠美觀。密集絕緣插接母線槽（CMC）。密集絕緣插接母線槽防潮、散熱效果較差。在防潮方面，母線在施工時，容

17、易受潮及滲水，造成相間絕緣電阻下降。母線的散熱主要靠外殼，由于線與線之間緊湊排列安裝，L2、L3相熱能散發(fā)緩慢，形成母線槽溫升偏高。密集絕緣插接母線槽受外殼板材限制，只能生產(chǎn)不大于3m的水平段。由于母線相間氣隙小，母線通過大電流時，產(chǎn)生強(qiáng)大的電動力，使磁振蕩頻率形成疊加狀態(tài)，造成過大的噪聲。高強(qiáng)度封閉式母線槽（CFW）。其工藝制造不受板材限制，外殼做成瓦溝形式，使母線機(jī)械強(qiáng)度增加，母線水平段可生產(chǎn)至13m長。由于外殼做成瓦溝形式，坑溝位置有意將母線分隔固定，母線之間有18mm的間距，線間通風(fēng)良好，使母線槽的防潮和散熱功能有明顯的提高，比較適應(yīng)南方氣候。插接式母線槽。插接式母線槽屬樹干式系統(tǒng)，具

18、有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠、傳輸電流大、便于分接饋電、維護(hù)方便、能耗小、動熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。插接式母線槽是專供交流50Hz、額定電壓380V、額定電流250-3150A的三相四線制和三相五線制配電系統(tǒng)傳輸電能之用。適用于車間、老企業(yè)改造、實(shí)驗(yàn)樓、高層建筑等多種場合。與傳統(tǒng)的電纜配電方式比較，具有體積小、輸送電流大、安全可靠、拆裝方便、基建與配電施工互不相擾，一次投資可反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的配電產(chǎn)品。如圖1-1所示。 1.3 檢測內(nèi)容圖1-1 插接式母線槽母線槽內(nèi)部一般用銅片作為導(dǎo)體。本次設(shè)計的母線槽技術(shù)參數(shù)檢測控制機(jī)就是控制檢測裝置檢測母線槽內(nèi)每一導(dǎo)電銅片的電

19、阻的檢測及導(dǎo)電銅片之間的絕緣強(qiáng)度。銅片的電阻是關(guān)乎母線槽導(dǎo)電能力的重要因素。電阻越大，母線槽在電傳輸過程中消耗就會越大，傳輸?shù)男示蜁降汀Ｄ妇€槽作為導(dǎo)線，知道其內(nèi)部導(dǎo)電體的電阻是非常必要的。而母線槽內(nèi)部導(dǎo)電體之間的絕緣填充物的絕緣強(qiáng)度則是影響安全性的重要因素。但是并不是說母線槽內(nèi)導(dǎo)電體的導(dǎo)電能力越小越好，絕緣填充物的絕緣強(qiáng)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(yīng)用的母線槽，這就需要準(zhǔn)確知道母線槽的兩個參數(shù)指標(biāo)。絕緣強(qiáng)度和電阻的檢測過程如圖12所示。圖12 絕緣強(qiáng)度和電阻檢測示意圖a）檢測絕緣強(qiáng)度b) 檢測電阻1-檢測頭；2氣缸；3母線槽 當(dāng)連接檢測絕緣強(qiáng)度的檢

20、測儀時，下位機(jī)控制兩檢測頭移動檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)（PC）；當(dāng)連接檢測電阻的微歐計時，兩檢測頭移動檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)（PC）。1.4 檢測系統(tǒng)總控制方案本次設(shè)計中所設(shè)計出的母線槽技術(shù)參數(shù)檢測控制機(jī)系統(tǒng)總的工作過程是：上位機(jī)發(fā)送啟動信號，下位機(jī)開始工作。下位機(jī)控制檢測臺傳送裝置和氣壓傳動定位機(jī)構(gòu)傳送和定位母線槽。之后，下位機(jī)通過運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制檢測系統(tǒng)檢測導(dǎo)電片的電阻及導(dǎo)電片與導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度，并把檢測結(jié)果傳送給上位機(jī)。上位機(jī)接收到檢測完畢的信號后，根據(jù)檢測結(jié)果判斷母線槽是否合格，若是合格產(chǎn)品，則發(fā)送信號給打印機(jī)，打印機(jī)打印出所檢測的母線槽的條碼。隨后，上位機(jī)接發(fā)送信號給貼標(biāo)機(jī)

21、，并控制貼標(biāo)機(jī)把打印出來的條碼貼到母線槽上。貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)完畢后發(fā)送信號給上位機(jī)，上位機(jī)接著發(fā)送信號給下位機(jī)，由下位機(jī)控制完成對母線槽進(jìn)行包裝。母線槽技術(shù)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)總的工作過程如圖1-3所示。打印機(jī)上位機(jī)（PC）貼標(biāo)機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)（或稱下位機(jī)）測試系統(tǒng)母線槽包裝機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)檢測臺母線槽輔助動作控制電路輔助動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)（氣壓傳動）功率放大系統(tǒng)運(yùn)動驅(qū)動機(jī)構(gòu)圖1-3母線槽技術(shù)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)組成框圖 我在本次設(shè)計中所負(fù)責(zé)的是下位機(jī)的氣壓傳動部分。下位機(jī)的主要工作是對母線槽內(nèi)每一片導(dǎo)電材料的電阻的檢測以及導(dǎo)電材料之間的絕緣強(qiáng)度的檢測。下面具體描述下位機(jī)的工作過程：當(dāng)檢測平臺傳送電機(jī)啟動時，檢測臺

22、縱向定位缸升起。當(dāng)檢測縱向母線槽到位時，檢測平臺傳送電機(jī)停止。左右端側(cè)向定位缸啟動，當(dāng)左右端側(cè)向定位缸到位時，分別連接檢測絕緣強(qiáng)度的檢測儀和檢測電阻的微歐計，并將結(jié)果送給上位機(jī)。最后進(jìn)行對母線槽的貼標(biāo)和包裝。檢測及包裝臺示意圖如圖1-4所示。下位機(jī)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(jī)；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(jī)；10、27-縱向到位檢測傳感器；11、26-左右端側(cè)向定位滑臺；12、25-左右端測量頭驅(qū)動氣缸；13、24-X軸及U軸滑臺；14、23-X軸及U

23、軸步進(jìn)電機(jī)；15、22-左右端側(cè)向定位缸；16、21-左右端垂直升降臺；17、19-Y軸及V軸步進(jìn)電機(jī)；18、20-左右端移動立柱檢測平臺移送電機(jī)啟動檢測臺縱向定位缸升起檢測平臺移送電機(jī)停止左端側(cè)向定位缸啟動右端側(cè)向定位缸啟動連接絕緣強(qiáng)度檢測儀兩檢測頭移動檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)檢測完后回起點(diǎn)連接檢測電阻的微歐計兩檢測頭移動檢測并將檢測結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)開始接下一頁Y左、右端側(cè)向定位缸到位？母線槽縱向到位？NNY兩個檢測頭回原點(diǎn)左右端側(cè)向定位缸退回檢測臺縱向定位缸退回檢測平臺移送電機(jī)啟動包裝臺移送電機(jī)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(jī)停轉(zhuǎn)母線槽到達(dá)包裝平臺后包裝臺移

24、送電機(jī)停轉(zhuǎn)發(fā)信給上位機(jī)啟動貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)貼標(biāo)結(jié)束后，母線槽包裝上升氣缸升起延時，包裝包裝臺縱向定位缸退回母線槽包裝上升缸退回結(jié) 束接上一頁圖1-5 下位機(jī)的控制過程 第二章 氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算2.1氣壓傳動控制對象本設(shè)計共有八只汽缸控制。其中兩只汽缸控制母線槽兩端測量頭的伸縮；兩只汽缸控制測量頭橫向定位；兩只汽缸控制母線槽長度方向定位；兩只汽缸控制母線槽升降（升起后對母線槽兩端進(jìn)行包裝）。2.2 選擇傳動和控制方案正確選用傳動和控制方案是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，不僅在技術(shù)上合理適用，經(jīng)濟(jì)上也會取得巨大的效益。根據(jù)表2-1氣動、液壓、電-氣傳動和控制方式的比較后，本設(shè)計采用的是氣動方案。表2-1 各種傳

25、動和控制方式特性比較 氣 動 液 壓 電-氣傳動系統(tǒng)輸出部分中等輸出力，可高速動作輸出力密度中等直線、回轉(zhuǎn)、振動輸出力大輸出密度大直線、回轉(zhuǎn)、擺動輸出力范圍廣輸出力密度小主要產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動動力源 空氣壓縮源液壓源電源設(shè)備效 率壓縮機(jī)和氣缸效率低油泵和執(zhí)行元件效率中等效率高 控制性能因壓縮性使位置控制受負(fù)載變動的影響力控制容易因液壓有較高的剛性故控制性好位置速度容易控制在中小輸出力時精密控制，大輸出力時響應(yīng)慢位置、速度控制容易運(yùn)算部分采用邏輯元件進(jìn)行小規(guī)模運(yùn)算回路運(yùn)算機(jī)能差可進(jìn)行大規(guī)模各種運(yùn)算 （續(xù)） 氣 動 液 壓電-氣傳送部分可用配管進(jìn)行動力和低速信號傳送不要回氣管傳送距離在百米以內(nèi)用配管進(jìn)行

26、動力傳送不可遠(yuǎn)距離傳送可用配線進(jìn)行動力和信號傳送且無滯后可遠(yuǎn)距離傳送防火、防爆性儲氣罐須注意超壓爆炸外，無其他危險一般液壓油會產(chǎn)生可燃性氣體，注意防火因火化會造成事故要注意防火防爆 維修管理空氣泄漏不會引起污染；壓縮機(jī)要管理油泄漏易引起污染；故對油要進(jìn)行管理漏電危險性大要有專人管理 溫 度使用溫度范圍廣油溫需要一個合適范圍一般電動機(jī)不可高溫使用電磁場影響不影響性能不影響性能可能引起誤操作 噪 聲壓縮機(jī)及排氣噪聲大油泵噪聲較大噪聲大2.3總氣壓傳動回路系統(tǒng)設(shè)計2.3.1 選擇總氣壓傳動回路的控制方式常用的總氣壓傳動回路中執(zhí)行元件控制方式有氣壓控制、電磁控制、人力控制和機(jī)械控制四類。本設(shè)計采用電磁

27、控制方式。這種方式利用電磁線圈通電時，靜磁鐵對動磁鐵產(chǎn)生電磁吸力使電磁閥切換以改變氣流方向。這種電磁控制方式易于實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)合控制，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，在工程上得到廣泛的應(yīng)用。2.3.2總氣壓傳動控制回路設(shè)計1.選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動執(zhí)行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，將氣體能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)化裝置。執(zhí)行元件分為實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的氣壓缸和實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和擺動運(yùn)動的氣動馬達(dá)兩類。氣缸按結(jié)構(gòu)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(lián)并聯(lián)多位氣缸增力氣缸單出桿雙出桿平膜片 滾動膜片 皮囊本系統(tǒng)完成的進(jìn)給運(yùn)動要

28、求直線往復(fù)運(yùn)動，選擇單活塞雙作用氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所謂單活塞桿氣缸就是在活塞的一端有活塞桿，活塞兩側(cè)承受的氣壓作用面積不等，因而活塞桿伸出的速度小于活塞桿退回的速度，活塞桿伸出時的推力大于活塞桿退回時的拉力。所謂雙活塞桿氣缸是在活塞的兩端都有活塞桿，兩側(cè)承受的氣壓作用面積相等，因而活塞桿伸出的速度等于活塞桿退回的速度，活塞桿伸出時的推力等于活塞桿退回時的拉力。你所謂雙作用氣缸就是由兩側(cè)供氣口交替供給氣壓使活塞作往復(fù)運(yùn)動。所謂單作用氣缸就是由一側(cè)供氣口供給氣壓驅(qū)動活塞運(yùn)動，借助彈簧力、外力或自重圖2-1 單活塞桿雙作 用氣缸等作用返回。圖2-1所示為單活塞桿雙作用氣缸的職能符號。2.選擇控制元件

29、控制元件是用來調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的程序和性能工作?？刂圃譃閴毫刂崎y、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(nèi)的壓力氣體減壓到每套裝置實(shí)際需要的壓力，我們系統(tǒng)中采用了減壓閥。減壓閥的特點(diǎn)是將較高的輸入壓力調(diào)到規(guī)定的輸出壓力，并能保持輸出壓力穩(wěn)定，不受空氣流量變化及氣源壓力波動的影響。減壓閥調(diào)壓方式有直動式和先導(dǎo)式兩種。在減壓閥調(diào)壓方式的選擇上，我們選擇了直動式調(diào)壓閥。所謂直動式就是借助彈簧力直接操作的調(diào)壓方式，這種方式適合減壓閥直徑小于，輸出壓力在范圍內(nèi)。所謂先導(dǎo)圖2-2 減壓閥

30、式就是用預(yù)先調(diào)整好的氣壓來代替直動式調(diào)壓彈簧進(jìn)行調(diào)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，我們設(shè)計的系統(tǒng)中采用了單向閥。單向閥的特點(diǎn)是只允許氣流在一個方向流動，而在相反的方向上完全關(guān)閉。圖2-3所示為單向閥的職能符號。 為了達(dá)到快速進(jìn)給與退回的要求，我們設(shè)計的系圖2-3 單向閥統(tǒng)中采用二位四通換向閥。換向閥的特點(diǎn)是當(dāng)換向閥的電磁鐵通電吸合與斷電釋放時，直接推動閥芯控制氣流方向。電磁閥按操縱方法，有直動式和先導(dǎo)式。 我們設(shè)計的系統(tǒng)選擇直動式操縱方法控制電磁閥。二圖2-4 二位四通換向閥位四通換向閥是電氣系統(tǒng)與氣壓系

31、統(tǒng)之間的信號的轉(zhuǎn) 換元件。圖2-4所示為二位四通換向閥的職能符號。 （3）流量控制閥 流量控制閥可分為單向節(jié)流閥、先導(dǎo)式速度控制閥、行程節(jié)流閥和排氣節(jié)流閥。圖2-5 單向節(jié)流閥1-節(jié)流閥 2-單向閥為了能夠調(diào)節(jié)氣缸活塞的移動速度，我們設(shè)計的系統(tǒng)中采用了單向節(jié)流閥。圖2-5所示為單向節(jié)流閥的職能符號。當(dāng)氣流由流動時，經(jīng)節(jié)流閥1節(jié)流；而反向由流動時，單向閥2打開，不受節(jié)流閥的影響。 3.選擇氣壓發(fā)生裝置與輔助元件圖2-6 氣壓發(fā)生裝置與輔助元件1-霧化器 2-氣源氣壓發(fā)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(jī)，它將原動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能。本氣壓傳動系統(tǒng)的壓縮空

32、氣是由工廠空壓站提供的，不需要另外設(shè)計氣壓發(fā)生裝置。由于氣壓系統(tǒng)應(yīng)用的各種氣動元件，例如氣閥、氣缸等。其可動部分需要潤 如果沒有潤滑劑潤滑，就會導(dǎo)致摩擦力增大，密封線圈很快被磨損，造成密封失效，使系統(tǒng)不能正常工作。然而以壓縮氣體為動力的氣動元件都是密封氣室，不能用一般方法去注油，只能以某種方式將潤滑油注入氣流中，帶到需要潤滑的地方，因此采用油霧器。它是一種特殊的注油裝置，它使?jié)櫥挽F化，隨著氣流進(jìn)入到需要潤滑的部件上，實(shí)現(xiàn)潤滑。氣壓發(fā)生裝置與輔助元件的職能符號如圖2-6所示。 2.3.3繪制總氣壓傳動回路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(shè)計與計算

33、2.4.1回路設(shè)計兩個測量頭動作控制氣壓傳動回路是完全相同的，圖28所示是其中一個測量頭的動作控制氣壓傳動回路。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(jī)構(gòu)氣壓傳動回路圖2-8 測量頭動作控制氣壓傳動回路 1氣源；2霧化器；3減壓閥；4單向閥；5二位四通換向閥； 6單向節(jié)流閥；7壓力表；8氣缸2.4.2回路計算 1.初選氣壓缸的工作壓力氣源裝置的壓力。 減壓閥的調(diào)壓范圍分為五檔：；。氣源裝置的壓力經(jīng)減壓閥減壓后，選擇調(diào)壓范圍為。設(shè)

34、定氣壓缸的壓力。 2.計算氣壓缸的尺寸氣缸克服的負(fù)載主要為摩擦力和測量頭的慣性力。根據(jù)廠方提供的數(shù)據(jù)，負(fù)載，取負(fù)載。根據(jù)氣缸的內(nèi)徑公式 按標(biāo)準(zhǔn)取氣缸的內(nèi)徑。根據(jù)計算活塞桿直徑的經(jīng)驗(yàn)公式 按標(biāo)準(zhǔn)取活塞桿直徑。普通單活塞雙作用氣壓缸無桿腔（無活塞桿的腔）的面積（）： 普通單活塞雙作用氣壓缸有桿腔（有活塞桿的腔）的面積（）： 3.求氣壓缸的最大流量已知檢測頭氣缸活塞桿伸出速度與退回速度分別為和 ，由此得進(jìn)入無桿腔的流量（）：此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套設(shè)計請聯(lián)系q：99872184。 取最大流量。4. 求管道內(nèi)徑根據(jù)氣壓系統(tǒng)管道內(nèi)允許流速推薦值，選擇流速（） 根據(jù)管道內(nèi)徑的計

35、算公式 取。2.7.3 元件選擇 （1）選擇氣缸型號 為了使氣缸在行程終點(diǎn)不發(fā)生沖擊，系統(tǒng)采用了緩沖氣缸。緩沖氣缸在阻力載荷且速度不高時，緩沖效果很明顯。對于這個系統(tǒng)來說，氣缸的速度要求不高，因此采用緩沖氣缸，是合理的。 系列氣缸為單活塞桿雙作用可調(diào)雙向緩沖氣缸，具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，工作壓力低，反應(yīng)快，沖擊力小等特點(diǎn)。系列中為普通緩沖氣缸，為無緩沖氣缸，為無緩沖雙向調(diào)速氣缸。根據(jù)系統(tǒng)計算的結(jié)果，選用氣缸型號為，內(nèi)徑為，桿徑為，接管螺紋尺寸為。 （2）選擇管道參數(shù) 當(dāng)氣缸選定后，可根據(jù)氣缸的供氣口的接管螺紋尺寸查表對應(yīng)氣缸供氣口的通徑。此通徑即為管道的通徑。根據(jù)氣缸的供氣口的接管螺紋尺寸，查表

36、得氣缸供氣口的通徑是，即管道的通徑為。在氣壓傳動中，常選用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求，選擇鋼管作為管路。查表得，選擇管道公稱通徑為，鋼管外徑為，管接頭連接螺紋，管子壁厚，推薦管道通過流量。 （3）選擇單向節(jié)流閥型號 根據(jù)查表，選擇單向節(jié)流閥型號為，通徑為，聯(lián)結(jié)螺紋為。 （4）選擇單向閥型號 根據(jù)查表，選擇單向閥型號為，公稱通徑，聯(lián)結(jié)螺紋為。 （5）選擇減壓閥型號 根據(jù)查表，選擇減壓閥型號為 ，公稱通徑為，接口螺紋為。 （6）選擇換向閥型號 根據(jù)查表，選擇換向閥型號為，二位四通直動滑閥式電磁控制閥，單電控型，公稱通徑為。 （7）選擇油霧器型號 根據(jù)查表，選擇油

37、霧器型號為，公稱通徑，接管為，最高工作壓力，起霧流量為。2.8氣缸設(shè)計單活塞雙作用氣缸由活塞分成兩個腔室，有桿腔（簡稱頭腔或前腔）和無桿腔（簡稱尾腔或后腔）。有活塞桿的稱為有桿腔，無活塞桿的稱為無桿腔。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入無桿腔時，壓縮空氣作用在活塞右端面上的力將克服各種反作用力，推動活塞前進(jìn)，有桿腔內(nèi)的空氣排入大氣，使活塞桿伸出；反之，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入有桿腔時，活塞便向右運(yùn)動，活塞被退回。氣缸無桿腔和有桿腔的交替進(jìn)氣和排氣，使活塞桿伸出和退回，氣缸實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動。 為了減緩運(yùn)動沖擊，在活塞端部設(shè)置緩沖柱塞，在端蓋上開有相應(yīng)的緩沖柱塞孔，并裝上緩沖節(jié)流閥和緩沖密封圈，組成氣缸的緩沖裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動接

38、近行程末端，緩沖柱塞進(jìn)入緩沖柱塞孔，主排氣管通道被堵死，排氣腔內(nèi)的剩余空氣只能通過緩沖節(jié)流閥排出。排氣腔內(nèi)氣體壓力升高，使活塞的運(yùn)動逐漸減慢，達(dá)到緩沖的目的。調(diào)節(jié)緩沖節(jié)流閥開度，可控制活塞的緩沖速度。這種設(shè)置緩沖裝置的氣缸稱為緩沖氣缸。設(shè)計的氣缸如圖212所示。 圖2-12 普通型單活塞雙作用氣缸結(jié)構(gòu)1-后缸蓋；2-密封圈；3-緩沖密封圈；4-活塞密封圈；5-活塞；6-緩沖柱塞；7-活塞桿；8-缸筒；9-緩沖節(jié)流閥；10-導(dǎo)向閥； 11-前缸蓋；12-防塵密封圈；13-磁鐵；14-導(dǎo)向環(huán)第三章 電路設(shè)計3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 母線槽自動控制系統(tǒng)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的，結(jié)合朱靜同學(xué)設(shè)計的

39、下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計一個介于步進(jìn)電機(jī)與控制系統(tǒng)的驅(qū)動電路。步進(jìn)電機(jī)的工作方式以轉(zhuǎn)動一個齒距所用的相數(shù)來表示。選定步進(jìn)電機(jī)與控制系統(tǒng)之間的驅(qū)動電路。選定步進(jìn)電機(jī)為五相，工作節(jié)拍為十拍，即AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB。按上述方式電機(jī)通電，步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動。反之，如果通電方向與上述方式相反，步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動?？梢?，步進(jìn)電機(jī)的方向控制與內(nèi)部繞組的通電順序有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)相序分配分軟件環(huán)行分配器和硬件環(huán)行分配器。本設(shè)計選擇硬件環(huán)行分配。而功率器件選用電壓型的VMOS管。步進(jìn)電機(jī)的工作控制框圖如圖3-1所示，在圖中脈沖分配回路產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)工作方式所需的各相脈沖信號，功率

40、放大電路對脈沖分配回路輸出的弱信號進(jìn)行放大，產(chǎn)生電機(jī)工作所需的激磁電流。圖3-1 步進(jìn)電機(jī)的工作控制框圖3.1.1 步進(jìn)電機(jī)相序分配電路選用89C2051作為環(huán)形分配器，電路比較簡單，硬件成本，并且可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要靈活地改變步進(jìn)電機(jī)的控制方式。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)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(jìn)電機(jī)的E相、D相、C相、B相、A相驅(qū)動電路接口相連接， P3.2口、P3.3口采用第二功能INT0（外部中斷0）、INT1（外部中斷1），接收系統(tǒng)產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)（CW）、反轉(zhuǎn)（CCW）脈沖信號。圖3

41、2 步進(jìn)電機(jī)相序分配電路3.1.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路驅(qū)動電路的作用主要是將步進(jìn)脈沖信號經(jīng)功率放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。因此，驅(qū)動電路設(shè)計的優(yōu)劣，將直接影響到電路性能的可靠性和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，同時也影響到數(shù)控系統(tǒng)的成本。在目前的驅(qū)動電路中，有相當(dāng)一部分驅(qū)動電路是采用大功率晶體管驅(qū)動電路。大功率晶體管式一種電流型的器件，存在零點(diǎn)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(fù)雜，已開始逐步地淘汰，取而代之的是場效應(yīng)管。場效應(yīng)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，抗輻射能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性能好，具有零漂移溫度系數(shù)的工作點(diǎn)，漏極電流不隨溫度變化

42、，噪聲也比晶體管小，已越來越多地用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。本文研制了一種以VMOS管為功率放大器的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率高，力矩大，噪聲小。電路輸出波形如圖3-4所示。當(dāng)脈沖信號出現(xiàn)時，接通高壓U2，T1、T2導(dǎo)通，電機(jī)繞組電流迅速上升，到達(dá)額定值時，經(jīng)電壓比較器，使T1時而截止，時而導(dǎo)通，電流一直被斬在額定值附近。當(dāng)脈沖信號消失時，T1、T2截止，電機(jī)繞組中的反電勢通過D5、C1、D2放電回路泄放，相當(dāng)于在繞組上加了一負(fù)電源，使電流下降速率提高，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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)

43、平穩(wěn)。3.2控制信號接口電路設(shè)計3.2.1電磁換向閥控制信號輸出接口電路設(shè)計電磁換向閥要求的電壓是24V，而電氣系統(tǒng)所輸出的電壓是5V，這就帶來了一個電壓轉(zhuǎn)換的問題。本系統(tǒng)設(shè)計了電磁換向閥控制信號輸出接口電路，如圖3-3所示。當(dāng)輸出為低電平，光電耦合器導(dǎo)通，,三極管T導(dǎo)通，中間繼電器得電，KM開關(guān)閉合，電磁閥線圈DT得電；當(dāng)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(guān)斷開，電磁閥線圈DT失電。圖35中的二極管是起保護(hù)電路的作用。當(dāng)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(hù)電路的作用圖3-3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電

44、路 圖3-4斬波恒流驅(qū)動電路輸出波形圖35 電磁換向閥控制信號輸出接口電路3.2.2壓力繼電器控制信號輸入接口電路設(shè)計當(dāng)壓力繼電器動作后，開關(guān)S閉合，輸入為低電平，光電耦合器導(dǎo)通，輸入便產(chǎn)生一個低電平，給朱靜設(shè)計的電路部分發(fā)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(jié) 論在這次的畢業(yè)設(shè)計里主要做了以下工作：1.母線槽技術(shù)參數(shù)自動檢測線運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計與控制信號接口電路設(shè)計在母線槽技術(shù)參數(shù)自動檢測線運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計部分，設(shè)計了八只氣缸的控制回路，計算了氣缸及輔助元件的相關(guān)尺寸，選擇了控制回路中的各種氣壓元件，并設(shè)計了一只氣缸結(jié)構(gòu)。通過對CAD的深入學(xué)習(xí)，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(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計以及控制信號接口電路設(shè)計這部分，本設(shè)計中還設(shè)計了與運(yùn)動機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)相配的用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路。該電路選擇89C2051作為環(huán)形分配器，具有電路簡單，柔性好的特點(diǎn)。功率器件選用VMOS管，設(shè)計成恒流斬波電路，保持電機(jī)繞組電流恒定。設(shè)計的驅(qū)動電路簡單，可靠性高。通過對PROTEL的深入學(xué)習(xí)，掌握了PROTEL軟件并