本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 母導(dǎo)線參數(shù)檢測機氣壓傳動 系統(tǒng)及步進驅(qū)動電路設(shè)計 專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用） 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： 設(shè)計地點： 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 母導(dǎo)線的主要技術(shù)參數(shù)是指絕緣強度和導(dǎo)線電阻。測量這兩個技術(shù)參數(shù)的檢測系統(tǒng)包括控制電路部分和氣壓傳動部分，本論文主要介紹母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)自動檢測機運動機構(gòu)控制中氣壓運動控制系統(tǒng)的設(shè)計和步進電機驅(qū) 動電路的設(shè)計。 本運動控制機構(gòu)共有六個動作用氣壓傳動裝置控制，總共需要八只氣缸， 兩只氣缸控制測量頭橫向定位；兩只控制測量頭的 伸縮； 兩只氣缸控制母導(dǎo)線長度方向定位；兩只氣缸控制母導(dǎo)線的升降。文中 另外還分別計算了各個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)，以及計算了其各個參數(shù)值。 本設(shè)計中除了設(shè)計了氣缸以外，還設(shè)計了一個用于五相步進電動機的五相十拍驅(qū)動電路與運動控制系統(tǒng)相匹配。該 步進電機驅(qū)動電路 選擇硬件環(huán)形分配，選擇 89C2051 作為環(huán)形分配器，這種環(huán)行分配電路具有電路簡 單，可靠性高，柔性好的特點。功率器件選用 VMOS 管，設(shè)計成恒流斬波電路，以保持電機繞組電流恒定。該電路經(jīng)過進一步完善具有一定的實用價值。 關(guān)鍵詞： 母導(dǎo)線；氣壓傳動系統(tǒng)；驅(qū)動電路設(shè)計南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II ABSTRACT Main technical parameters of the Bus bar include insulation strength and resistance. The parameter tester is consisted of two parts: control system and pneumatic apparatus. Design of the two parts is introduced in this paper. Six movements need to be controlled by Pneumatic system with eight cylinders. Two cylinders are used for the detection of the width. Another two are used for controlling the length. The last two are used for controlling the up and down of the Bus duct. The size of Cylinders and auxiliary pneumatic elements are also calculated. Elements of Cylinders control system are chosen. One of the Cylinders is designed and the parameters are calculated. Besides Cylinders control system， a driver of 5 phase 10 pat step motor are designed to match the motion control system. An 89C2051 microprocessor was used to realize the phase order conversion of the step motor so that the Loop allotter circuit is easy and flexible. The VMOS is adopted as power elements of the design. It is designed as a constant current circuit, so the current of Motor Winding can be kept constant. With further more improvement, the circuit developed could find its value in factual application. Key words： Bus bar； Pneumatic system； Driver 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） III 目 錄 第一章 緒論 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 選題的背景及意義 . 2 1.3 研究現(xiàn)狀 . 2 1.4 本文結(jié)構(gòu) . 2 第二章 檢測系統(tǒng)的組成及控制流程 . 4 2.1 母導(dǎo)線簡介 . 4 2.2 檢測內(nèi)容 . 5 2.3 自動檢測系統(tǒng)的組成及控制流程 . 6 第三章 氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算 . 11 3.1 氣壓傳動系統(tǒng)控制對象 . 11 3.2 總氣壓傳動系統(tǒng)回路設(shè)計 . 11 3.2.1 選擇總氣壓回路的 控制方式 . 11 3.2.2 選擇執(zhí)行元件 . 11 3.2.3 選擇控制元件 . 13 3.2.4 設(shè)計總氣壓傳動回路 . 15 3.3 測量頭動作控制氣壓傳動回路設(shè)計與計算 . 16 3.3.1 回路設(shè)計 . 16 3.3.2 回路計算 . 16 3.3.3 元件選擇 . 17 3.4 檢測臺側(cè)向定位裝置氣壓傳動回路設(shè)計與計算 . 18 3.4.1 回路設(shè)計 . 18 3.4.2 回路計算 . 18 3.4.3 元件選擇 . 20 3.5 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 . 21 3.5.1 回路設(shè)計 . 21 3.5.2 回路計算 . 21 3.5.3 元件選擇 . 22 3.6 包裝臺升降機構(gòu)氣壓傳動回路設(shè)計與計算 . 23 3.6.1 回路設(shè)計 . 23 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 3.6.2 回路計算 . 24 3.6.3 元件選擇 . 25 3.7 氣缸設(shè)計 . 25 第四章 驅(qū)動電路設(shè)計 . 28 4.1 步進電機的種類以及工作原理 . 28 4.1.1 步進電機的種類 . 28 4.1.2 步進電機的工作原理 . 28 4.2 控制方案擬定 . 29 4.3 步進電動機相序分配電路 . 30 4.3.1 相序分配電路 . 30 4.3.2 相序分配軟件 . 32 4.4 步進電機驅(qū)動電路設(shè)計 . 34 第五章 結(jié)論 . 37 致謝 . 39 參考文獻 . 40 附錄 A： 英文資料 . 41 附錄 B： 英文資料翻譯 . 49 附錄 C： 驅(qū)動電路原理圖和 PCB 圖 . 55 附錄 D： 總氣壓傳動圖 . 57 附錄 E： 氣缸裝配圖 . 58 附件： 畢業(yè)論文光盤資料南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 1.1 引言 母導(dǎo)線 是一種 在 低壓供電系統(tǒng)中 用于 傳輸電能、分配電能的 設(shè)備，也是一種應(yīng)用在變壓器和配電柜之間的連接以及由配電中心（配電盤、柜）開始至負載呈樹干式布線方式的供電系統(tǒng)。母導(dǎo)線產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展經(jīng)歷過三代：第一代 空氣型，從上世紀(jì) 50 年代中 期起，將導(dǎo)電排用絕緣襯墊支撐在殼體內(nèi)，靠 空氣介質(zhì)絕緣，其特點是加工工藝簡單、成本較低，用出線盒可以很方便地進行分接，其最大的缺點是相間距大（一般為 50mm） ，因而導(dǎo)致阻抗大、載流量低、損耗大、散熱差、溫升高、不適用于大電流的傳輸，而且體積大、笨重、安裝不方便 。 第二代 密集型 ， 從上世紀(jì) 80 年代中期開始，將導(dǎo)電排用絕緣材料覆蓋后再與兩側(cè)緊固在一起，其優(yōu)點是體積小、電抗小、散熱好、溫升低、熱穩(wěn)定性好，載流 量 大（在同等規(guī)格的導(dǎo)電排條件下，密集型比空氣型約大一個電流等級），具有良好的節(jié)能效果。但密集型也有制作工藝較復(fù)雜，絕緣要求比較高等缺點；第三代 -復(fù)合絕 緣型從 1995 年開始，母導(dǎo)線除了導(dǎo)電排本身具有絕緣層外，各相線之間還有一定的空氣絕緣；由于是復(fù)合絕緣方式，因此 防潮性能、 絕緣可靠性 散熱性能、 比空氣型和密集型都要好。 母導(dǎo)線經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展過程，已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。 母導(dǎo)線的主要技術(shù)參數(shù)是指絕緣強度和導(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。但是在國外這項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實際的生產(chǎn)過程當(dāng)中。隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展發(fā)展，人工檢測技術(shù)遠遠不能滿足社會對生產(chǎn)率的要求，很多生產(chǎn)母導(dǎo)線的企業(yè)都希望采用自動檢測技術(shù)來提高 企業(yè)的生產(chǎn)率，減少人員的投入，這樣勢必會給企業(yè)帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。正是由于這些原因，設(shè)計一套自動檢測母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)的設(shè)備十分必要。 我這次主要設(shè)計的是母導(dǎo)線參數(shù)檢測機運動機構(gòu)氣壓傳動系統(tǒng)和步進電機驅(qū)動電路。 1.2 選題背景與意義 本次畢業(yè)設(shè)計中所設(shè)計的母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)檢測儀主要是用于檢測母導(dǎo)線內(nèi)部導(dǎo)電部分的電阻以及導(dǎo)電體之間絕緣材料的絕緣強度。母導(dǎo)線內(nèi)部一般用銅片作為導(dǎo)體。銅片的電阻是影響母導(dǎo)線導(dǎo)電能力的重要因素。電阻越大，母導(dǎo)線在電傳輸過程中消耗就會越大，傳輸?shù)男示蜁降?。母?dǎo)線作為導(dǎo)線 ，知道其內(nèi)南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 部導(dǎo)電體的電阻是非常必要的。而母導(dǎo)線內(nèi)部導(dǎo)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。但是在實際應(yīng)用過程中并不是母導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)電體的電阻越小越好，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，母導(dǎo)線制造商必須制造出適合不同場合應(yīng)用的母導(dǎo)線，這就需要準(zhǔn)確知道母導(dǎo)線的兩個參數(shù)指標(biāo)。 檢測技術(shù)是產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段，只有有了好的檢測技術(shù)才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。檢測技術(shù)在最近這幾年的大型設(shè)備安全經(jīng)濟運行監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用，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，正是因為檢測技術(shù)得到了這么廣泛的應(yīng)用，所以有必要大力發(fā)展自動檢測技術(shù)。 在國內(nèi)檢測母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)都是采用人工檢測，但是自動參數(shù)檢測機在國外已經(jīng)得到應(yīng)用。人工檢測就會帶來很多的人為因素而造成檢測結(jié)果的不精確。并且由于測量母導(dǎo)線絕緣參數(shù)時是采用高壓測量，所以如果還是采用人工檢測勢必會給工人的人身安全造成威脅，采用了自動檢測技術(shù)就能有效的保障工人的人身安全。 1.3 研究現(xiàn)狀 目前，檢測技術(shù)已經(jīng)進入了以微處理器為核心的微機化和智能化檢測技術(shù)階段，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)是包含兩個方面，即為測量非電參數(shù)的傳感器技術(shù)和應(yīng)用電測量方法。但是隨 著自動化技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展以及其在工業(yè)控制中的應(yīng)用，檢測技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了深刻的變革。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)起到產(chǎn)品驗收和廢品剔出的作用傳統(tǒng)檢測技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展起來的主動檢測技術(shù)或稱之為在線檢測技術(shù)，使檢測和生產(chǎn)加工同時進行，及時地用檢測結(jié)果對生產(chǎn)工程主動地進行控制，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，從而進入質(zhì)量控制的領(lǐng)域。 1.4 本文結(jié)構(gòu) 本文以氣壓傳動和步進驅(qū)動在母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)自動檢測機構(gòu)中應(yīng)用作為背景，對氣壓運動控 制系統(tǒng)以及步進電機驅(qū)動電路進行了研究。全文共分為五章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章扼要地介紹了本課題的所研究的檢測技術(shù)的概念、特點與相關(guān)研究背景； 第二章簡單介紹了母導(dǎo)線的一些基本類型，以及對最近工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 廣泛的母導(dǎo)線做一些簡單的描述，還有對最近檢測技術(shù)的發(fā)展以及在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用做了簡要的說明，然后對檢測系統(tǒng)的組成和工作流程也做了介紹； 第三章對氣壓傳動系統(tǒng)進行了分析，給出了氣壓傳動系統(tǒng)的控制方案，并討論了氣缸的設(shè)計方法，以及如何設(shè)計整個氣壓傳動系統(tǒng)； 第四章介紹了步進電機的驅(qū)動電路設(shè)計，分析 了驅(qū)動電路的設(shè)計思路，設(shè)計出了驅(qū)動電路，并根據(jù)所設(shè)計的驅(qū)動電路原理圖生成 PCB圖； 第五章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 檢測系統(tǒng)的組成與控制流程 2.1 母導(dǎo)線簡介 母導(dǎo)線是一種新型的輸配電設(shè)備，是替代傳統(tǒng)的電纜和電纜橋架輸配電系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，尤其在大電流輸送電方面母導(dǎo)線居于主導(dǎo)地位。 在近幾年的電氣設(shè)計以及施工現(xiàn)場配合工作中， 母導(dǎo)線都已經(jīng)成為了極其重要的一種輸配電的設(shè)備。與傳統(tǒng)的電纜配電方式比較，母導(dǎo) 線具有體積小、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，是一種理想的配電產(chǎn)品。 圖 1.1 就是 共箱封閉母 導(dǎo) 線 的示意圖。 母導(dǎo)線主要的類型有三相三線制、三相四線制和三相五線制，其中母導(dǎo)線 又有單通道和雙通道之分。其按制造工 圖 1.1 共箱式母導(dǎo)線 藝和用途，又可以分為：密集型母導(dǎo)線、空氣型母導(dǎo)線、高性能型母導(dǎo)線、耐火型母導(dǎo)線、防水型母導(dǎo)線、絕緣型母導(dǎo)線等。一般的母導(dǎo)線都是用于高層建筑、多層工業(yè)工房、機床密集的車間、產(chǎn)品工藝多變的車間、老車間和廠房 的改造，以及各種實驗室、展覽館、體育館等對于輸配電電流比較大的場所。其中 低壓封閉母導(dǎo)線，其蓋板和側(cè)板用特制的槽形鋁合金型材制作，在蓋板槽底外側(cè)面的縱向附設(shè) 2 4 根加強筋，側(cè)板橫截面中間呈大槽形，兩頭呈小槽形，且兩個小槽形槽口與大槽形槽口的朝向相反。母導(dǎo)線的隔相塊用耐高溫的聚碳酸酯制作，上下隔相塊為兩兩相向插接，每塊隔相塊呈矩形中空狀，其頂部前后側(cè)面設(shè)有瓦楞形眉簾 。 在最近的工業(yè)生產(chǎn)過程中，用的比較多的是封閉式母導(dǎo)線。 封閉式母導(dǎo)線與傳統(tǒng)低壓動力輸配電方式的技術(shù)比較 ， 傳統(tǒng)的中小容量低壓電氣動力輸配電方式以電纜為 主，還要借助電纜溝、電纜橋架、鋼管等設(shè)施。目前制造的電纜截面最大為 500 2mm ，因此，電纜的載流量最大為 800A（ IEC 標(biāo)準(zhǔn)也有此規(guī)定）。由于大截面電纜長度過長重量很大，為了不損傷電纜絕緣層，在垂直布置時中間固定裝置的機械力不可過強，所以在高層建筑大截面電纜垂直敷設(shè)時，其超重滑脫及電纜截面變形一直是難以解決的施工問題。封閉式母導(dǎo)線則不存在這種問題，因其本身是剛性的，所以機械固定方式可以做得非常牢固。另外，封閉式母導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)體的最大截面可超過 1000 2mm ，雙導(dǎo)體可超過 2000 2mm 。加上母 導(dǎo) 線為矩南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 形，表面積大，其集膚效應(yīng)較弱，散熱面積較大，溫升較低，這就意味著比同等截面的電纜載流量要高得多（可超過 1000A）。 對于單機負荷較小、分布均勻的大型廠房，如紡織企業(yè)的織布車間、針織車間，機械加工企業(yè)的小件加工車間等，可以利用封閉式母導(dǎo)線、插接箱的組合進行供電。在這種場合母導(dǎo)線與常規(guī)供電方式（電纜供電）相比，其優(yōu)越性為：對用電負荷的均衡分布性要求不高，因此對負荷很不均衡的 情況適應(yīng)性強。即使在封閉 式母導(dǎo)線線路已經(jīng)完成設(shè)計或已安裝完畢的情況下，也可以根據(jù)最新的負荷變動方案進行簡單的調(diào)整，這一點常規(guī)供電方式（電纜供電）是無法與之相比的。另外，價格低廉的插接箱取代了昂貴的低壓配電柜及動力箱，可以降低投資。同時插接箱內(nèi)動力開關(guān)更接近用電設(shè)備，停、送電操作非常簡便。 母導(dǎo)線 雖然在目前的電傳輸領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但 同樣也存在著一些缺陷，例如依靠螺釘聯(lián)接的部位過多，安裝施工復(fù)雜；同時維護量大、維護費用高。在運行過程中常遇到電磁振動、熱脹冷縮、膨脹系數(shù) 及 外力等因素的影響，這些都會造成螺釘?shù)乃蓜印?如 果 一只螺釘出現(xiàn)松動， 就 會出現(xiàn)故障點發(fā)熱、高溫等現(xiàn)象，影響整條母導(dǎo)線的運行穩(wěn)定性。尤其是對五線母導(dǎo)線的不當(dāng)使用，還會造成 PE 線接觸電阻增大違反 國家規(guī)定。 但母導(dǎo)線在大容量的情況下，還是存在著其自身的優(yōu)勢的。因為當(dāng)電流達到數(shù)千安培時，如果采用電纜，即使是單芯電纜也要多根進行敷設(shè)，否則達不到相應(yīng)的大電流容量，此時母導(dǎo)線就體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。 2.2 檢測內(nèi)容 檢測技術(shù)是產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段。 在 人類的各項生產(chǎn)活動和科學(xué)實驗中，為了了解和掌握整個過程的進程的進展及其最后結(jié)果，經(jīng)常需要對各種基本參數(shù)或物理量進行檢 查和測量，從而獲得必要的信息，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)，在促進生產(chǎn)發(fā)展和科技進步的廣闊內(nèi)發(fā)揮著重要的作用。 檢測技術(shù)在大型設(shè)備安全經(jīng)濟運行監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。電力、石油、化工、機械等行業(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)下運用，保證這些關(guān)鍵設(shè)備安全運行在國民經(jīng)濟中具有重大意義。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)進行長期動態(tài)監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，加強故障預(yù)防，達到早期診斷的目的。這樣做可以避免嚴(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 算機技南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 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。這次所設(shè)計的 檢測裝置的檢測對象是母導(dǎo)線的兩個技術(shù)參數(shù)。母導(dǎo)線內(nèi)部一般用銅片作為導(dǎo)體。 本次設(shè)計的母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)檢測控制機就是控制檢測裝置檢測母導(dǎo)線內(nèi)每一 個導(dǎo)電銅片的電阻及導(dǎo)電銅片之間的絕緣強度。 銅片的電阻是關(guān)乎母導(dǎo)線導(dǎo)電能力的一個重要的技術(shù)參數(shù)。不管對于何種類型的母導(dǎo)線，其檢測過程都是一樣的。在檢測絕緣強度時，其中一個檢測頭固定于第一片導(dǎo)電片上，另外一個檢測頭從第二片導(dǎo)電片開始按照次序依次移動到各片導(dǎo)電片上。如此類推，對母導(dǎo)線內(nèi)部導(dǎo)電片之間絕緣強度進行兩兩檢測。在移動到每一片導(dǎo)電片上時，絕緣強度檢測儀會檢測出兩個檢測頭所檢測的兩片導(dǎo)電片之間的絕緣強度。檢測導(dǎo)電片電阻則比檢測絕緣強度簡單的多，只要控制兩個檢測頭同時移動到同一片導(dǎo)電片的兩端，微歐計即可測出此導(dǎo) 電片的電阻。測得的導(dǎo)電片電阻和絕緣強度自動傳送到上位機。 絕緣強度和電阻的檢測過程如圖 2.1 所示。 圖 2.1 絕緣度和電阻測量示意圖 2.3 自動檢測系統(tǒng)的組成及控制流程 母導(dǎo)線自動檢測系統(tǒng)主要由一個上位機（ PC）、運動控制系統(tǒng)（或稱下位機）、母導(dǎo)線參數(shù)檢測系統(tǒng)、貼標(biāo)機、氣壓系統(tǒng)、輔助動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)、包裝機構(gòu)、定位PC 機 打印機 微歐計 絕緣強度 檢測儀 待測母導(dǎo)線 待測母導(dǎo)線 氣缸 1 氣缸 2 氣缸 3 氣缸 4 標(biāo)簽 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 機構(gòu)、步進驅(qū)動系統(tǒng)等組成，并配備了相關(guān)的傳輸機構(gòu)、打印機等， 上位機控制下位機，下位機控制輔助動作控制系統(tǒng)，其執(zhí)行 輔助動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過包裝機構(gòu)，對標(biāo)簽對象實行包裝。下位機啟動運動控制系統(tǒng)，其控制運動啟動結(jié)構(gòu)，從而控制測試臺 /母導(dǎo)線，輔助動作執(zhí)行機構(gòu)通過定位機構(gòu)同樣控制測試臺 /母導(dǎo)線，把得到的數(shù)據(jù)通過測試系統(tǒng)傳送到上位機。上位機通過打印機把檢測到的數(shù)據(jù)打印出來，貼標(biāo)機通過機械手粘貼標(biāo)簽， 母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)組成 如圖 2.2 所示。 上位機（ PC）主要負責(zé)母導(dǎo)線自動檢測系統(tǒng)的總體控制，控制下位機、接收檢測系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)、打印檢測結(jié) 果及控制貼標(biāo)機貼標(biāo)。下位機由 8031 單片機構(gòu)成，主要控制氣缸傳動系統(tǒng)和步進驅(qū)動系統(tǒng)，相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)單元根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號動作。貼標(biāo)機系統(tǒng)由 8031 及外圍電路組成，接收上位機控制信號，控制貼標(biāo)機械手，抓取打印機打印的標(biāo)簽并粘貼到母導(dǎo)線的外殼上。定位機構(gòu)是由氣缸驅(qū)動的。 這次所設(shè)計內(nèi)容就是下位機氣壓傳動部分，以及控制運動機構(gòu)的驅(qū)動電路。下位機的主要工作是 對母導(dǎo)線內(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度的檢測。下面具體描述 下位機的工作過程： 打印機 PC 機 貼標(biāo)機 運動機構(gòu)控制系統(tǒng) （下位機） 測試系統(tǒng) 母導(dǎo)線 包裝機構(gòu) 定位機構(gòu) 檢測臺 母導(dǎo) 線 輔助動作控制電路 輔助動作執(zhí)行機構(gòu)（氣壓傳動） 功率放大系統(tǒng) 運動驅(qū)動機構(gòu) 圖 2.2 母導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)組成 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 當(dāng)檢測平臺傳送電機啟動時，母導(dǎo)線從生產(chǎn)線平移到檢測臺 上，左右端側(cè)向定位缸啟動，控制測量頭運動，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(jié)果送給上位機。然后把母導(dǎo)線從檢測臺送至包裝臺，對母導(dǎo)線進行貼標(biāo)和包裝。檢測及包裝臺示意圖如圖 2.3 所示。 圖 2.3 檢測及包裝臺示意圖 下位機的控制流程如圖 2.4 所示。 開始 檢測平臺移送電機啟動 檢測臺縱向定位缸升起 Y 母導(dǎo)線縱向到位？ N 接下頁 1-檢測平臺； 2-母導(dǎo)線； 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-母導(dǎo)線包裝上升缸； 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(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 軸步進電機； 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 軸步進電機； 18、 20-左右端移動立柱 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 檢測平臺移送電機停止 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 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(jié)果發(fā)送給上位機 左、右端側(cè)向定位缸到位？ N Y 接上頁 兩個檢測頭回原點 接下頁 左右端側(cè)向定位缸 退回 檢測臺縱向定位缸退回 檢測平臺移送電機啟動 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 2.4 下位機的控制流程 包裝臺移送電機啟動 包裝臺縱向定位缸升起 母導(dǎo)線離開檢測平臺后檢測平臺移送電機停轉(zhuǎn) 母導(dǎo)線到達包裝平臺后包裝臺移送電機停轉(zhuǎn) 發(fā)信給上位機啟動貼標(biāo)機貼標(biāo) 貼標(biāo)結(jié)束后，母導(dǎo)線包裝上升氣缸升起 延時，包裝 包裝臺縱向定位缸退回 母導(dǎo)線包裝上升缸退回 接上頁 結(jié)束 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第三章 氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計與計算 3.1 氣壓傳動系統(tǒng)控制對象 本課題所要求設(shè)計八只氣缸，分別控制六個動作。其中兩只氣缸控制母導(dǎo)線兩端測量頭的伸縮；兩只氣缸控制測量頭橫向定位；兩只氣缸控制母導(dǎo)線長度方向定位；兩只氣缸控制母導(dǎo)線升降（升起后對母導(dǎo)線兩端進行包裝）。 3.2 總氣壓傳動系統(tǒng)回路設(shè)計 3.2.1 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、人力控制和機械控制四類。 本設(shè)計采用電磁控制方式。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現(xiàn)電氣聯(lián)合控制，能實現(xiàn)遠距離操作，在工程上得到廣泛的應(yīng)用。 3.2.2 選擇執(zhí)行元件 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)化成機械能的能量轉(zhuǎn)化裝置。執(zhí)行元件分為實現(xiàn)直線運動的氣壓缸和實現(xiàn)回轉(zhuǎn)和擺動運動的氣動馬達兩類。氣缸用于直線往復(fù)運動或者擺動，而氣缸是氣動系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一，氣馬達用于實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動。 氣動技術(shù)在國外發(fā)展很快，在國內(nèi)也被廣泛應(yīng)用于機械、電子、輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、包裝、冶金、石化、航空、交通運輸?shù)雀鱾€工業(yè) 部門。氣動機械手、組合機床、加工中心、生產(chǎn)自動線、自動檢測和實驗裝置等已大量涌現(xiàn)，它們在提高生產(chǎn)效率、自動化程度、產(chǎn)品質(zhì)量、工作可靠性和實現(xiàn)特殊工藝等方面顯示出極大的優(yōu)越性。這主要是因為氣壓傳動與機械、電氣、液壓傳動相比有以下特點。 1）工作介質(zhì)是空氣，與液壓油相比可節(jié)約能源，而且取之不盡、用之不竭。氣體不易堵塞流動通道，用之后可將其隨時排 入 大氣中，不污染環(huán)境； 2）空氣的特性受溫度影響小。在高溫下能可靠地工作，不會發(fā)生燃燒或爆炸。且溫度變化時，對空氣的粘度影響極小，故不會影響傳動性能； 3）空氣的粘度很小 （約為液壓油的萬分之一），所以流動阻力小，在管道中流動的壓力損失較小，所以便于集中供應(yīng)和遠距離輸送； 4）相對液壓傳動而言，氣動動作迅速、反應(yīng)快，一般只需 0.2 0.3s 就可達南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 到工作壓力和速度。液壓油在管路中流動速度一般為 1 5m s，而氣體的流速最小也大于 10m s，有時甚至達到音速，排氣時還達到超音速； 5）氣體壓力具有較強的自保持能力，即使壓縮機停機，關(guān)閉氣閥，但裝置中仍然可以維持一個穩(wěn)定的壓力。液壓系統(tǒng)要保持壓力，一般需要能源泵繼續(xù)工作或另加蓄能器，而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變； 6）氣動元件可靠性高、壽命長。電氣元件可運行百萬次，而氣動元件可運行 2000 4000 萬次； 7）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別是在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣傳動和控制優(yōu)越； 8）氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護方便，過載能自動保護。 本系統(tǒng)完成的進給運動要求作直線往復(fù)運動，所以選擇單活塞雙作用氣缸作為執(zhí)行機構(gòu)比較適合這個課題的要求。 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。 圖 3.1 所示為單活塞桿雙作用氣缸的職能符號。 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)動活塞運動，借助彈簧力、外力或自重等作 用返回。 氣缸的工作特性：氣缸的工作特性是指氣缸的輸 出力，氣缸的內(nèi)壓力變化以及氣缸的運動速度等靜態(tài)和動態(tài)特性，由于他們的影響因素很多，下面簡單的介 紹一下這些因素具體的參數(shù)。 1）氣缸的輸出力： 1 1 2 2 ()F p A p A f m a 1A 為活塞的工作面積， 1p 為作用于無桿腔活塞上的壓力， 2A 有桿腔活塞上的工作面積， 2p 為作用于有桿腔活塞上的壓力， f 為摩擦阻力， m 為運動構(gòu)件質(zhì)量，a 為運動構(gòu)件加速度。 2） 氣缸的壓力特性： 氣缸的有按理特性是指氣缸內(nèi)壓力變化的情形，氣缸在啟動 、行程開始、行程終端各個時間段的氣力特性是不一樣的。特別是在行程終端時，由于氣腔內(nèi)壓力急劇下降，直至大氣壓，進氣腔壓力再次急劇上升，直至氣源壓力，這種較大你 圖 3.1 單活塞桿雙 作用氣缸 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 的壓力差，很容易形成氣缸的沖擊，因而在氣缸的設(shè)計時要考慮設(shè)置緩沖裝置。 3） 氣缸的速度： 通常，氣缸的平均速度可按進氣量的大小求出： AQv / v ：氣缸的速度； Q ：壓縮空氣的體積流量； A ：活塞的有效面積 氣缸在一般工作條件下面，其平均速度約為 0.5 /ms左右 3.2.3 選擇控制元件 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 壓力控制閥主 要是用來控制系統(tǒng)中氣體的壓力，滿足各種壓力要求。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際需要的壓力，本系統(tǒng)中采用了減壓閥。減壓閥的特點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，本設(shè)計選擇了直動式調(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，這種方式比較適合減壓閥直徑小于 20 30mm ，輸出壓力在 0 1.0MPa 范圍內(nèi)。所謂先導(dǎo)式就是用預(yù)先調(diào)整好的氣壓來代替直動式 調(diào)壓彈簧進行調(diào)壓。圖 3.2 所示為減壓閥的職 能符號。 順序閥是一種依靠回路中的壓力變化來實 現(xiàn)各種順序動作的壓力控制閥，常用來控制氣 缸的順序動作。 減壓閥調(diào)壓其工作原理是壓縮空氣由進氣口進入氣缸后，作用在閥芯下面的環(huán)形活塞面積上，與調(diào)壓的彈簧的力相平衡。當(dāng)空氣壓力超過壓力值時，閥芯被頂起，氣壓立即作用于閥芯的全面積上，使閥達到全開狀態(tài)，壓縮空氣從出氣口輸出。 溢流閥和安全閥在結(jié)構(gòu)上和功能上都極為相似， 它的作用是當(dāng)氣動回路和容器中的壓力上升到超過固定值時，把氣缸里面多余的氣體排放到空氣中，使得氣缸內(nèi)的壓力符合要求。 2.方向控制閥 方向控制閥是指氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥。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， 本設(shè)計的系圖 3.2 減壓閥 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 統(tǒng)中采用了單向閥。單向閥的特點是只允許 氣流在一個方向流動，而在相反的方向上完全關(guān)閉。圖 3.3 所示為單向閥的職能符號。 為了達到快速進給與退回的要求，本次設(shè)計的系統(tǒng)中采用二位四通換向閥。換向閥的特點是當(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。電磁鐵的換向閥按操縱方法，有直動式和先導(dǎo)式。 本設(shè)計的系統(tǒng)選擇直動式操縱方法控制電磁閥。二位四通換向閥是電氣系統(tǒng)與氣壓系統(tǒng)之間的信號的轉(zhuǎn)換元件。 圖 3.4 所示為 二位四通換向閥的 職能 符號。 3.流量控制閥 流量控制閥是通過改變閥的流通面積來實現(xiàn)流量控制。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。為了能夠調(diào)節(jié)氣缸活塞的移動速度，本設(shè)計的系統(tǒng)中采用了單向節(jié)流閥。圖 3.5 所示為單向節(jié)流閥的職能符號。當(dāng)氣流由 PA 流動時，經(jīng)節(jié)流閥 1 節(jié)流；而反向由 AP 流動時，單向閥 2 打開，不受節(jié)流閥的影響。 4.選擇氣壓發(fā)生裝置與輔助元件 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，它將原動機供給的機械能轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能。本氣壓傳動系統(tǒng)的壓縮空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。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。然而以壓縮氣體為圖 3.4 二位四通換向閥 圖 3.3 單向閥 1-節(jié)流閥 2-單向閥 圖 3.5 單向節(jié)流閥 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 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，隨著氣流進入到需要潤滑的部件上，實現(xiàn)潤滑。 氣壓發(fā)生裝置與輔助元件的職能符號如圖 3.6 所示。 3.2.4 設(shè)計總氣壓傳動回路 總氣壓回路由八個分氣壓回路組成，如圖 3.7 所示。 本設(shè)計所要求的用六個動作控制八只氣缸，如圖 3.7 所示， 1、 2 是測量頭動作控制氣壓傳動回路，它們控制檢測系統(tǒng)的測量頭 的平移動作， 3、 4 是測量頭橫向定位裝置氣壓傳動回路，它們控制測量頭的橫向運動， 5 是測量臺縱向定位裝置氣壓傳動回路， 6 則是包裝臺縱向定位裝置氣壓傳動回路， 7、 8包裝臺升降機構(gòu)氣壓傳動回路，這些氣缸動作的完成都是由下一章介紹的驅(qū)動電路控制的電動機來完成的。 1、 2測量頭動作控制氣壓傳動回路； 3、 4測量頭側(cè)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(gòu)氣壓傳動回路 a：減壓閥 b：換向閥 c：單向節(jié)流閥 d：壓力表 e：壓力繼電器 圖 3.7 總氣壓回路 1-霧化器 2-氣源 圖 3.6 氣壓發(fā)生裝置與輔助元件 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 3.3 測量頭動作控制氣壓傳動回路設(shè)計與計算 3.3.1 回路設(shè)計 圖 3.8 所示是其中一個測量頭的動作控制氣壓傳動回路。 兩個測量頭動作控制氣壓傳動回路是完全相同的，圖 3.8 所示是其中一個測量頭的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 圖 3.8 測量頭動作控制氣壓傳動回路 3.3.2 回路計算 1.初選氣壓缸的 工作壓力 氣源裝置的壓力 2 6 28 / 0 . 7 8 4 1 0 / 0 . 7 8 4P k g f c m N m M P a 。 減壓閥的調(diào)壓范圍分為五檔 ： 0.05 0.25 ； 0.05 0.4 ； 0.05 0.63 ； 0.05 0.8 ； 0 .0 5 1 .0MPa。 氣源裝置的壓力經(jīng)減壓閥減壓后，選擇調(diào)壓范圍為 0 .0 5 0 .8MPa。 設(shè) 定氣壓缸的壓力 0.05p MPa 。 2.計算氣壓缸的尺寸 氣缸克服的負載 F 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)，負載 5