（机械工程专业论文）惯性开关自动退磁系统设计与实现.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 、 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 戳：样嗍： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研：杏q 靳( 概日期灿限夕 武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 随着我国汽车工业的高速发展，家用汽车的需求量越来越大，国家对家用 汽车行驶的安全性能要求越来越严格，惯性开关作为发生撞车事故时切断燃油 泵供油的关键零部件，其质量不达标会发生两种常见的故障，一是如果惯性开 关磁芯磁场强度小于标准值，汽车在路上正常行驶出现小幅度颠簸就会导致汽 车熄火；二是如果惯性开关磁芯磁场强度大于标准值，汽车出现事故时，惯性 开关不动作，没有切断燃油泵供油回路，这样会导致更加严重的事故。由此可 见惯性开关质量的好坏不仅影响正常驾驶环境，更加与驾驶员生命安全息息相 关。因此惯性开关磁芯的正确稳定生产具有十分重要的社会意义。 惯性开关磁芯目前的退磁是靠工人多次凭经验操作来完成，过程繁琐，退 磁不均匀，不仅产量远远达不到，而且不合格品多，这样的生产方式远远满足 不了现代企业的发展需求。设计并实现惯性开关自动上件、退磁、退磁检验， 分拣下件以及数据查询成为企业目前急需解决的技术难题。论文主要通过以下 几点实现惯性开关磁芯退磁需求： 1 根据惯性开关磁芯座的外形，设计并加工出合适的夹具及相关工作台。 2 通过对磁铁退磁原理的分析，通过大量实验，拟合出通过退磁实验及 a n s y s 磁场分析，分析磁场的相关参数。并根据退磁原理选择退磁方式即采用降 交流电压的方式。 3 研究该系统的整体结构及动作方式，完成系统的硬件结构、电气控制系 统、软件结构、数据库等设计，并且保证退磁过程的自动化，提高惯性开关磁 芯生产效率并降低工人的劳动强度。 本文对系统中的每个模块进行了相关说明，并总结了全文的研究工作，通 过对工作台实际生产效果的分析，系统满足了东江阀业有限公司的需求，实现 了生产的高效及劳动强度降低，为企业的生产提供了帮助。 关键字：惯性开关退磁原理机械设计磁场分析 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a sa u t o m o b i l ei n d u s t r y , h o u s e h o l dd e m a n d f o rc a r si sg r o w i n gd r a m a t i c a l l y , a n dt h es e c u r i t yr e q u i r e m e n t sf o r d r i v i n gi ss t r i c t e ra n ds t r i c t e rt h e ne v e r , i n e r t i as w i t c hi sak e yp a r t sw h i c h c a n c u to f f t h ef u e lp u m pt h a ts u p p l yf o ro i lw h e nac a rc r a s ht a k e sp l a c e ，t h el o wq u a l i t y o ft h ei n e r t i as w i t c hw i l le n du pw i t ht w of a u l t s ，i ft h ec o r em a g n e t i cf i e l ds t r e n g t ho f i n e r t i as w i t c hi sl e s st h a nt h es t a n d a r dv a l u e ，t h es l i g h tj o l to ft h ec a rw h e ni t i s r u n n i n gw i l ls h u td o w nt h ee n g i n e ；s e c o n d l y ，i ft h ec o r em a g n e t i cf i e l ds t r e n g t ho f i n e r t i as w i t c hi sg r e a t e rt h a nt h es t a n d a r dv a l u e ，w h e nt h e r ei sac a ra c c i d e n t ，t h e i n e r t i as w i t c hw i l ln o tc u to f ft h eo i lc i r c u i to ft h ef u e lp u m pw h i c hw i l ll e a dt oa m o r es e r i o u sa c c i d e n t s ot h eq u a l i t yo fi n e r t i as w i t c hn o to n l ya f f e c t sn o to n l y n o r m a ld r i v i n g b u ta l s oc l o s e l yr e l a t e dt ot h ed r i v e r ss a f e t y t h e r e f o r e ，t h ec o r r e c t a n ds t a b l ep r o d u c t i o no fi n e r t i as w i t c hc o r eh a sav e r yi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e t h et r a d i t i o n a ld e m a g n e t i z a t i o no fi n e r t i as w i t c hc o r ei sp r o d u c e db ye m p i r i c a l w o r k e r st h r o u g hm a n yt i m e so ft r i a l ，t h ep r o c e s si st r o u b l e s o m ea n dt h ee f f e c to f d e m a g n e t i z a t i o ni su n e v e n ，t h ep r o d u c t i o ns p e e d i st o os l o wt oc a t c hu pw i t ht h eg o a l a n dt h e r ea r em a n yd e f e c t i v ep r o d u c t s ，t h ep r o d u c t i o nm e t h o di s f a rt om e e tt h e m o d e me n t e r p r i s e d e v e l o p m e n t d e s i g na n di m p l e m e n tt h e a u t o m a t i cf e e d ， d e m a g n e t i z a t i o n ，d e m a g n e t i z a t i o ni n s p e c t i o na n dd a t aq u e r yo f t h ei n e r t i as w i t c ha r e t h eu l t i m a t et e c h n i c a lp r o b l e m st h a tw en e e dt os o l v e t h ep a p e rm a i n l yi n c l u d e st h e f o l l o w i n gs e c t i o n st om e e tt h en e e d so f i n e r t i as w i t c hc o r ed e m a g n e t i z a t i o n ： 1 a c c o r d i n gt ot h es h a p eo f t h ei n e r t i as w i t c hc o r es e a t ，d e s i g n e da n df a b r i c a t e d as u i t a b l ef i x t u r ea n dr e l a t e do p e r a t i n gb e n c h 2 a f t e rt h ea n a l y s i so fm a g n e td e m a g n e t i z a t i o np r i n c i p l e ，w ec a nf i n do u tt h e f i x e d - p o i n td e m a g n e t i z a t i o ne x p e r i e n c ef o r m u l a , a na c c u r a c y o ft h ee m p i r i c a l f o r m u l aw a sp r o v e dt ob ee f f e c t i v et h r o u g hd e m a g n e t i z a t i o ne x p e r i m e n t sa n da n s y s e l e c t r o m a g n e t i cf i e l da n a l y s i s s e l e c td r o p p i n gv o l t a g ed e m a g n e t i z a t i o n a st h e d e m a g n e t i z a t i o nw a ya c c o r d i n gt ot h ed e m a g n e t i z a t i o np r i n c i p l e 3 t h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n da c t i o no ft h es y s t e mw a sa n a l y z e d ，t h ed e s i g no f t h e h a r d w a r es t r u c t u r ei nt h ed e t e c t i o ns y s t e m ，t h ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m ，s o f t w a r e s t i u c t u r e t h ed a t a b a s ew a sf i n i s h e d ，w em a k es u r et h a tt h ed e m a g n e t i z a t i o np r o c e s s i s 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 a u t o m a t i c ，t h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo fi n e r t i as w i t c hc o r ew a si m p r o v e da n dl a b o r i n t e n s i t yw a sr e d u c e d w e g i v e sas p e c i f i ce x p l a n a t i o no ne a c hm o d u l ea n ds u m m a r i z e sa l lt h er e s e a r c h w o r ki nt h ep a p e r ，t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ea c t u a lp r o d u c t i o ne f f e c to ft h eo p e r a t i n g p l a t f o r m ，t h es y s t e mm e e tt h en e e d so fd o n g j i a n gv a l v ec o ，l t d ，t h ee f f i c i e n c yo f p r o d u c t i o nw a si m p r o v e da n dt h ew o r k l o a dw a sr e d u c e d ，t h ef a c t o r yi sa b l et o p r o d u c em o r e k e yw o r d s ：i n e r t i as w i t c h ，d e m a g n e t i z a t i o np r i n c i p l e ，m e c h a n i c a ld e s i g n ，m a g n e t i c f i e l da n a l y s i s 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 目录 中文摘要i a b s t r a c t i i 第1 章绪论。1 1 1 惯性开关应用与原理1 1 1 1 惯性开关磁芯结构与工作原理1 1 1 2 惯性开关控制原理1 1 2 惯性开关磁芯磁退磁的目的和意义2 1 2 1 惯性开关磁芯退磁的目的2 1 2 2 惯性开关磁芯退磁的意义3 1 3 惯性开关磁芯磁退磁的国内外现状4 1 3 1 国外惯性开关磁芯生产现状4 1 3 2 国内惯性开关磁芯生产现状5 1 4 主要研究内容5 1 5 本章小结5 第2 章惯性开关定点退磁的方案设计及工作原理6 2 1 退磁方案设计6 2 1 。1 磁铁退磁方法与原理6 2 1 2 退磁结构设计9 2 1 3 可控定点退磁方法的实现1 1 2 1 4 拉脱力检测结构设计15 2 1 。5 工位设定16 2 1 6 分度结构设计1 7 2 1 7 磁座夹具设计18 2 1 8 自动上料结构设计18 2 1 9 自动下料结构设计19 2 2 退磁系统工作原理2 0 2 2 1 机械工作原理2 0 2 2 2 电气控制工作原理2 2 2 3 本章小结一2 4 第三章基于a n s y s 的相关零件的静态分析2 5 3 1 有限元法的介绍2 5 i v 武汉理工大学硕士学位论文 3 2a n s y s 有限元的分析特点与功能介绍2 7 3 2 1a n s y s 软件简介2 7 3 2 2a n s y s 分析的一般步骤2 8 3 3 丝杆运动分析2 9 3 3 1 丝杆的受力分析3 0 3 3 2 丝杆的有限单元模型的建立31 3 3 3 施加边界条件与载荷3 4 3 3 4 丝杆的应力与位移分析求解3 6 3 4 丝杆的疲劳寿命校核3 7 3 5 丝杆结构的模态分析3 8 3 5 1 模态分析的理论计算与分析方法3 9 3 5 2 模态分析的相关步骤4 0 3 5 3 丝杆的六阶模态振型4 0 3 6 丝杆的谐响应分析4 3 3 6 1 谐响应的计算与提取方法4 3 3 6 2 丝杆的谐响应结果分析4 4 3 。7 本章小结4 5 第四章基于a n s y s 的零件的磁场分析4 6 4 1 磁铁分析方法及步骤4 6 4 1 1 永磁铁专用程序开发4 6 4 1 。2 永磁铁分析操作4 6 4 2 本章小结5 0 第五章惯性开关定点退磁系统的实现与优化5 1 5 1 系统实物51 5 2 惯性开关自动退磁检测系统软件开发5 2 5 2 1 系统开发平台5 2 5 2 2 系统数据库平台5 3 5 2 3 硬件开发平台一5 4 5 2 4 串口通讯简介5 5 5 3 惯性开关自动退磁检测系统主要功能实现5 7 5 3 1 系统登入功能实现5 7 5 3 2 系统工作界面5 7 v 武汉理工大学硕士学位论文 5 4 惯性开关自动退磁检测系统操作实现6 3 5 4 1 退磁操作说明6 3 5 4 2 自动退磁系统设计实现6 4 5 4 3 手动检测设计实现6 6 5 4 4 退磁系统数据处理设计实现6 7 5 4 5 系统权限密码设定实现6 8 5 5 惯性开关自动退磁检测设备的效果6 8 5 6 本章小结7 0 第6 章总结与展望。7 1 全文总结7 1 工作展望7 2 参考文献。7 3 j g c 谢7 6 附图一。7 7 附图二。7 8 附图三7 9 附图四8 0 附图五8 l 附图六8 2 v i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 惯性开关应用与原理 1 1 1 惯性开关磁芯结构与工作原理 当发生严重的碰撞时，钢球克服磁铁的磁力，滚到一锥形的滑道上并撞中 目标盘。这样就打开了开关的电气接头井中断燃油泵的电源。燃油泵断电后发 动机将在数秒钟内停止运转。要使发动机重新起动，必须用手将惯性开关复原“1 。 图卜1 为惯性开关结构图。 4 * f 、7 、j 7 。 r 矗。、 竺! 二，。 二 r 图卜1 惯性开关磁芯结构图 其中f m 为磁铁对钢球的吸舍力，并且它们之间的吸合力与它们之间的距离 有图上曲线关系，当距离大时，吸合力就越小。f r 为钢球受到锥形的滑道的支 持力。f a 为钢球受到的台力。 1 1 2 惯性开关控翻原理 惯性开关加在油泵线路中，在受碰撞后断开油泵电源，防止撞击使油管破 裂后燃油持续泄漏。开关接在油泵继电器电源线上电源线先进入惯性开关， 惯性开关的引出线接到继电器线髑，两端使用4 8 咖冷压端子，不剪线。 武汉理工大学硕士学位论文 c 1 0 2 二了f s i 1 5 a _ l 燃油泵继电器 申= = = = = = 1 1 _ 二2 3 3 3 二。幸西面广一 i 磊纛一一 兰e 荔了“”“”4 墓_ i 动a 1 4 女1 控d 模块 燃油泵 明月性删幌联 燃油泵 p 9 1 中央接线盒 图卜2 惯性开关控制原理图 如果汽车正常行驶，惯性开关接触在1 引脚，整个油路系统正常工作，一 旦出现异常情况惯性开关跳到2 引脚，油路控制系统断开，这样完成了其作为 开关的作用。 1 2 惯性开关磁芯磁退磁的目的和意义 21 惯性开关磁芯退磁的目的 惯性开关作为汽车安全零件，其稳定可靠的工作是整个汽车正常运转的重 要单元，而最核心的控制在于磁芯与小钢球之间拉脱力的大小，根据多年汽车 行驶测试，这种惯性开关的拉脱力在0 4 4 n04 7 n 内，即对应的磁性磁场强度 武汉理工大学硕士学位论文 在1 i o o g 一1 3 0 0 g ；由于现实产品磁性的磁场强度在1 8 0 0 g 左右，所以必须要通过 适当的退磁达到所需要的磁场强度范围。 通过查阅大量汽车故障与维修方面的文章和书籍，总结了惯性开关内磁铁 与钢球的最大吸合力是发动机性能的指标之一，对惯性开关磁铁退磁检测的必 要性有了明确的认识旧1 。 1 磁铁与钢球的最大吸合力过小。 当磁铁与钢球的最大吸合力过小，会经常出现汽车熄火的现象，特别是在 道路不平坦的地方，由于吸合力过小，汽车稍微颠簸一下，小钢球就脱离了磁 铁，打开了开关的电气接头并中断燃油泵的电源，从而导致汽车熄火。 2 磁铁与钢球的最大吸合力过大。 当磁铁与钢球的最大吸合力过大，虽然汽车不易熄火，但是一旦汽车出现 交通事故，发生侧翻，但由于最大吸合力，小钢球没有脱离磁铁，这样发动机 继续供油，会发生严重的汽车爆炸和燃烧的危险。 3 退磁后磁性不稳定。 由于惯性开关内的磁铁是稀土铁系n d f e b 系永磁材料n 3 5 ，此类材料的特点 是剩磁高( 最高可达1 3 5 t ) 、温度系数低。温度系数为一0 0 2 ，而最高 使用温度可达5 2 0 。c 左右。缺点时矫顽力非常低( 通常小于1 6 0 k h m ) ，退 磁曲线非线性。因此稀土铁系n d f e b 系永磁材料n 3 5 磁铁虽然容易被磁化， 同样也容易退磁。并且一旦退磁不均匀时磁性或者恢复，或者变的更小。 根据以上分析的磁铁退磁质量不高会出现的问题，以及客户所希望达到的 要求，必须要精确控制退磁，实现对退磁过程的可控制以及磁性的精确检测。 1 2 2 惯性开关磁芯退磁的意义 随着我国汽车工业的高速发展，家用汽车的需求量越来越大，市场对家用 汽车行驶的安全性的要求越来越严格，其中，用于发生撞车事故时切断燃油泵 供油的的惯性开关成为汽车安全系统必备的关键零部件，因此，对惯性开关产 品自身的可靠性提出了更高的要求。武汉东江阀业有限公司是一家专门集惯性 开关的研制、生产、销售一体化的高科技企业。然而，随着人力成本的急剧提 升，工厂现有的退磁检测设备落后，退磁检测效率低下、越来越跟不上汽车总 装厂的要求。在此情况下，武汉东江阀业有限公司委托我校研制一台采用自动 精确退磁技术，实现自动化生产，集退磁和检测功能的多用途的退磁检测台， 武汉理工大学硕士学位论文 以满足其生产要求。国内现有的退磁检测台大都体积庞大，只适用于大工件的 退磁，且定量退磁精度差，并且采用人力手动反复调磁，效率低下。并且，很 难解决该稀土铁系n d f e b 系永磁材料n 3 5 退磁后磁性不稳定的问题。因此，设 计出专门用于汽车安全用惯性开关的自动退磁检测装置极为迫切，有很强的实 际应用意义。 1 3 惯性开关磁芯磁退磁的国内外现状 1 3 1 国外惯性开关磁芯生产现状 国外大型的汽车零部件公司，在生产惯性开关的磁芯时，主要用的方法是控 制充磁量，通过充磁机严格设定磁铁磁通量大小，而且还配上高精密的压装机， 将磁芯压入塑料磁座内，保证磁芯与小钢球之间距离相同，这一整条磁芯生产 线的价格非常昂贵，国外多数企业已有这样成熟技术，如美国博世集团，现有 的乘用车、商用车惯性开关生产线，整个工艺过程全自动控制，充磁磁铁磁通 量保证在规定的大小内，压装工艺采用高精密压装机将磁芯压入磁座，并用高 精度视觉系统检测磁芯位置。 具体操作方式如下图： i 高精度压 卜装机 i 视觉检测 | |系统 l 控制充磁 l 高斯计检 i 钡磁i 甬量 图1 - 3 国外先进磁芯生产方式 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 2 国内惯性开关磁芯生产现状 国内汽车企业生产惯性开关的技术比较落后、粗糙，以武汉东江阀业有限 公司为代表的企业，现有的惯性开关生产工艺主要是通过人工首先将磁铁通过 压装工装，磁芯与小球的间距误差非常大，然后检测磁铁的表面磁力，通过人 工控制退磁机先粗退磁到表面磁力所需要的范围内，再用手动磁棒反复调整表 面磁力，同时使用拉力计检测钢球离开锥形槽的拉脱力，最终保证拉脱力在理 想范围内( 0 4 4 珈4 7 n ) 。该生产工艺就使得磁芯磁通量大小不能明确固定下 来，只能以拉脱力的大小为依据，所以充磁机不适用这样的企业。同时该企业 退磁工艺严重问题在于以下几点： 1 表面磁力需要反复调整，退磁时间和退磁大小完全人工控制，数据不具 一致性； 2 拉脱力检测使用的拉力计，由气缸伸缩动作实现拉力检测，气缸运动不 平稳，振动大，使检测数据不准确，同时拉力计经过反复拉伸，误差会逐渐变 大，所以实际上检测所获得的拉脱力也是不准确的数据。 3 检测的数据无记录，产品数据不具可追塑性。这种原始的完全由人工退 磁检测的方法无法达到需要的检测精度，检测效率极其低下。 1 4 主要研究内容 本课题的研究对象为汽车惯性开关磁芯定点退磁系统，设计出一套适合我 国企业的退磁系统，主要完成以下要求： 1 设计出实现惯性开关磁铁自动退磁和检测于一体的机械装置，并设计相关 夹具及传动结构。 2 用a n s y s 软件对传动丝杠和磁芯进行仿真，得出仿真曲线。 3 用d e l p h i 7 o 开发出了惯性开关系统定点退磁系统。 1 5 本章小结 本章主要介绍了惯性开关工作原理，磁芯退磁的目的及意义。通过对国内 外企业在生产惯性开关磁芯技术的分析对比，得出研究定点退磁系统的原因。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章惯性开关定点退磁的方案设计及工作原理 2 1 退磁方案设计 2 1 1 磁铁退磁方法与原理 退磁原理是将需要退磁的零件置于交变磁场中，交变磁场产生磁滞回线， 当交变磁场的幅值逐渐减弱时，磁滞回线的轨迹会越来越小，当磁场强度降为 零时，使需要退磁的零件中残留的剩磁b r 接近于零。退磁时线圈电流与磁场方 向和大小的变化必须“换向减弱同时进行”。这种理论主要是针对完全退磁， 如果要实现定量的退磁，需要在此理论上进行深入挖掘退磁特性隅3 。 铁磁材料( 如铁、镍、钴等) 具有特殊的磁化性质。取一块未被磁化的铁 磁材料，以外面密绕线圈的钢圆环样品为例。通过电磁感应原理，即交变的电 流产生磁场，这样创造一个磁场，让未被磁化的材料先充磁。如果流过线圈的 磁化电流从零逐渐变大，由于电流的变化引起的钢圆环中的磁感强度的变化曲 线如图2 1 中o a 段所示。这条曲线称为起始磁化曲线。继续增大磁化电流，即 增加磁场强度h 时，b 上升很缓慢。如果激励磁场强度h 逐渐减小，则磁感应强 度b 也相应减小，但并不沿8 , 0 段下降，而是沿另一条曲线a b 下降。 b 随h 变化的全过程如下： 当h 按 0 一h m 一0 一一日，一一心一o 一日，一心的顺序变化时，b 相应沿0 一b 。一b ，一o 一一b 。一一b ，一o b m 的顺序变化。 地一，劾a t 0i 7 h 一& 一b m d 图2 1 磁滞回线 6 武汉理工大学硕士学位论文 可以将上述实验数据的各点连接起来，形成一条封闭曲线a b c d e f a ，这条曲 线称为磁滞回线。通过对这条曲线分析，可以得出以下结论。 1 当激励磁场强度i - l = 0 时，激励电流引起的磁感强度并没有减为零，而是 还残留着一定值的磁感应强度，一般叫这个残留磁感应强度为铁磁材料的剩磁 曰。 2 如果要消除铁磁材料内没有消除的剩磁b ，这需要给这个铁磁材料加一 个与本磁场强度方向相反的磁场，这个方向相反的磁场强度叫这个铁磁材料的 矫顽磁力只。 3 磁场强度的变化并不是与铁磁材料内的磁感应强度成比例，磁场强度增 大和减弱时磁感应强度没有随着变化，说明磁感应强度值b 与铁磁材料磁化过 程有关。 对于同一铁磁材料，若初始没有磁性，对线圈依次通入磁化电流为工t 、 i ：、i 。( i 。 s o l v e e l e c t r o m a g n e t s t a t i c 武汉理工大学碗士学位论文 n a l y s i s 0 p t s 0 1 v ，点击弹出对话框，接受系统默认的设置，这样开始求解运 算只到弹出一个“s o l u t i o nisd o n e ”的提示，就表示软件分析完成。 如果要查看磁力线分布图，则按如下操作：m a i nm e n u g e n e r a l p o s t p r o c p l o tr e s u l t s c o n t e rp 1 0 t 2 df l u xl i n e s ，显示的磁力分布线如下 图4 5 通过图示可咀很清楚看到磁力线分布情况，在磁铁中磁场强度是匀强磁 场，离磁铁越远，磁感线越稀疏。 要查看矢量显示磁流密度，则如下操作：m a i nm e n u g e n e r a lp o s t p r o c p l o t r e s u l t s v e c t o rp l o tp r e d e f i n e d ，则得出如下46 的图像。 图4 - 5 磁力线分布图 图4 - 6 矢量磁流密度圈 武汉理工大学硕士学位论文 在矢量磁流密度图上可以直观看出磁通量大小，越是靠近磁铁中心，磁通 量越大。通过对磁铁性质的分析，可以帮助作者在选择退磁线圈及退磁电压加 载方面提供数据参数，只有掌握了磁铁磁场强度，磁通量等相关性质，才能选 择合适的退磁线圈。 4 2 本章小结 本章主要介绍了用a n s y s 对柱形永磁铁磁场分析，了解模拟出磁场线的分 布情况，以及磁场强度大小的分布，可以从形象上把握磁场的性质和相关性质， 有助于退磁的理论研究。 武汉理1 人学硕士学位论文 第五章惯性开关定点退磁系统的实现与优化 51 系统实物 经过上述章节的软硬件结构设计和实践操作，本章节介绍惯性开关自动退 磁检测系统工作实现。实现的检测系统实物图如图5l 所示，其中电控系统配 盘如图5 - 2 图5 一l 检测系统实物图 武汉理工大学硕士学位论文 图5 - 2 电控系统配盘 52 惯性开关自动退磁检测系统软件开发 521 系统开发平台 根据作者软件编程的经验，选择d e l p h i 作为本系统的开发工具，可以让系 统的操作更加简单，也利于作者的软件开发。由b o r l a n d 公司推出的d e ld h l 是 全新的可视化编程环境，为我们提供了一种方便、快捷的w i n d o w s 应用程序开 发工具。它使用了m i c r o s o f tw i n d o w s 图形用户界面的许多先进特性和设计思 想，采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言( o b j e c t oin t e d l a n g u a g e ) 其编译器是当今世界上最快的编译器，拥有领先的数据库技术。主 要特点如下： 1 d e l p h i 可以直接生成简单程序，很多按钮程序已经做出模块，只需 武汉理工大学硕士学位论文 要双击就可以生成相应代码，同样d e l p h i 的编译速度非常快，主要是 d e l p h i 建立在p a s c a l 编译器上的，所以处理速度，存取等操作都非常快， 这种性质是d e l p h i 在远远领先其他编译语言之所在。 2 可以支持建立动态数据库，将需要的数据参数都封装起来，如果需 要用的时候只是调用这个动态数据库，而不是去访问服务器或者数据库表， 这样可以大大减少计算时间和处理时间，提供编辑效率。 3 d e l p h i 提供了很多便捷的编程环境，很多相关的项目模板都可以直 接嵌套进来，减少开发过程的重复性工作，很多主流的构架可以直接采用， 然后根据自己需求进行修饰和改进。 4 有着很强大的第三方控件开发去，很多特殊功能的模块自己写成控件 在d e l p h i 平台上运行，所以方便程序开发人员相互借鉴资源，共同在这个 平台上编程。 5 d e l p h i 有着很强的数据处理能力，它本身自带一个强大的数据库处 理软件b d e ，这个处理软件可以将其他数据库与d e l p h i 本来数据系统联系 起来，进行数据分析，所以d e l p h i 对于信息系统开发，有着很强大的优势， 它对数据库系统的选择和兼容是其他编译语言很难达到的。 5 。2 2 系统数据库平台 本系统在数据处理功能方面没有很高的要求，而且数据简单，只需要对采 集的拉力值进行保存，便于查询，同时做简单的分析，所以基于此要求作者选 择了a c c e s s 作为本系统的数据库开发平台。m i c r o s o f to f f i c ea c c e s s 是微 软把数据库引擎的图形用户界面和软件开发工具结合在一起的一个数据库 管理系统。a c c e s s 广泛应用于中小型数据处理系统中，主要有以下两个方 面的特点： 1 用来进行数据分析：a c c e s s 有强大的数据处理、统计分析能力，利 用a c c e s s 的查询功能，可以方便地进行各类汇总、平均等统计。并可依据 自己需求随时设定相关条件，如果在统计分析上万条记录、十几万条记录 及以上的数据时速度快且操作方便，这一点是e x c e l 无法与之相比的。会 熟练应用a c c e s s 能够提高工作的效率。 2 a c c e s s 可单独作为软件来开发相关系统，譬如企业信息管理系统，生产 管理，销售管理等，它作为开发软件来学非常简单，非计算机专业人士很容易 武汉理工大学硕士学位论文 上手，所以特别适合应用。 因此，本论文决定使用a c c e s s2 0 0 3 作为研究和设计系统的数据库管理系 统，通过将a c c e s s2 0 0 3 数据库管理系统与d e l p h i 7 开发平台联合起来进行系 统开发，在a c c e s s 数据库基础上主要进行数据表的建立，设计相关字段，而 d e l p h i 7 在根据对表和字段的处理，来完成对数据的分析和处理，这样很好的将 d e l p h i 与a c c e s s 结合起来完成本系统的数据处理要求。，d e l p h i 7 与a c c e s s 的 连接方式一般采用a d o 等方式，具有较好的实用性【3 】。 5 2 3 硬件开发平台 德国西门子( s i e m e n s ) 公司生产的可编程逻辑控制器在我国的应用也 相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子( s i e m e n s ) 公司的f l c 产品包括s 7 2 0 0 ( c n ) ，s 7 一1 2 0 0 ，s 7 3 0 0 ，s 7 4 0 0 ，t d c ，工业 网络，h m l 人机界面，工业软件等。西门子s 7 系列p l c 体积小、速度快、 标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。s 7 系列p l c 产品可 分为微型p l c ( 如s 7 2 0 0 ) ，小规模性能要求的p l c ( 如s 7 3 0 0 ) 和中、高 性能要求的p l c ( 如$ 7 - 4 0 0 ) 等。由于本系统只需要用到简单的开关量控 制，输入输出点数小于2 0 点，所以选择s 7 2 0 0 的p l c 。s 7 2 0 0 系列p l c 工作原理如下介绍： s 7 2 0 0 在扫描循环中完成一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周 期。在一个扫描周期中，$ 7 - 2 0 0 主要执行下列五个部分的操作： 1 读输入：s 7 2 0 0 从输入单元读取输入状态，并存入输入映像寄存器中。 2 执行程序：c p u 根据这些输入信号控制相应逻辑，当程序执行时刷新相 关数据。程序执行后，s 7 2 0 0 将程序逻辑结果写到输出映像寄存器中。 3 处理通讯请求：$ 7 - 2 0 0 执行通讯处理。 4 执行c p u 自诊断：s 7 2 0 0 检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正 常。 5 写输出：在程序结束时，s 7 2 0 0 将数据从输出映像寄存器中写入把输出 锁存器，最后复制到物理输出点，驱动外部负载。 s 7 2 0 0 在作为工业控制应用时，有以下两种工作模式：停止模式和运行模 式。c p u 面板上的l e d 状态灯可以显示当前的操作模式。在停止模式下，s 7 2 0 0 不执行程序，可以下载程序和c p u 组态。在运行模式下，$ 7 - 2 0 0 将运行程序。 5 4 武汉理工大学硕士学位论文 s 7 2 0 0 提供一个方式开关来改变操作模式。可以用方式开关( 位于$ 7 - 2 0 0 前盖下面) 手动选择操作模式：当方式开关拨在停止模式，停止程序执行；当 方式开关拨在运行模式，启动程序的执行：也可以将方式开关拨在t e r m ( 终端) ( 暂态) 模式，允许通过编程软件来切换c p u 的工作模式，即停止模式或运行 模式。如果方式开关打在s t o p 或者t e r m 模式，且电源状态发生变化，则当电 源恢复时，c p u 会自动进入s t o p 模式。如果方式开关打在r u n 模式，且电源状 态发生变化，则当电源恢复时，c p u 会进入r u n 模式。 5 2 4 串口通讯简介 系统中无论工控机与拉力传感器还是p l c 都是通过r s 2 3 2 通信。r s 2 3 2 串口 通信有着广泛的应用。不同的系统经由线路相互交换数据，就是通信。通信的 主连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程要目的是将数据从一端传 送到另一端，达到数据交换的目的。例如，从人与人之间的对话、计算机与设 备之间的数据交换到计算机与计算机间的数据传送，乃至于广播或卫星都是通 信的一种，个完整的通信系统包括发送端、接收端、转换数据的接口及传送 数据的实际信道。 r s 一2 3 2 c 是由美国电子工业协会( e i a ) 正式公布的，在异步串行通信中应 用最广泛的标准总线。r s 一2 3 2 c 标准( 协议) 的全称是e i a - r s 一2 3 2 c 标准，其 中e i a ( e l e c t r o n i ci n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 代表美国电子工业协会，其中r s 是 r e c o m m e n d e ds t a n d a r d 的缩写，代表推赠标准，2 3 2 是标识符，c 代表r s - 2 3 2 的最新一次修改( 1 9 6 9 年) ，在这之前，有过r s 一2 3 2 a 、r s - 2 3 2 b 标准，它规定 连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。 r s 2 3 2 c 的控制线是为建立通信链接和维持通信链接而使用的信号。图5 - 3 所 示通信过程说明了r s 2 3 2 c 控制线的功能 困 西丽 1 燕r 西尹 陌丽f 丁卜砑r 雨溺翮隔蕃孬蕊翮 l _ - _ - _ _ - - _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ - - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - - _ _ l - - _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ - _ 一_ _