大电流母线铆接机控制设计说明书.doc

大电流母线铆接设备 控制 设计说明书大电流母线铆接设备 控制 设计说明书 The Introduction of Design Large Current Bus Bar Riveting Equipment control 学生姓名学号 所在学院班级 所在专业机械设计制造及其自动化 申请学位学士 指导教师职称 副指导教师职称 答辩时间 目录 第 1 页 共 29 页 目目 录录 设计总说明 2 Introduction 2 1 绪论 3 2 设计目的和任务要求 4 2 1 设计目的 4 2 2 任务要求 4 3 大电流母线铆接机控制的设计 4 3 1 根据工艺过程分析控制要求 4 3 2 控制系统器件选用 4 3 3 控制系统硬件构成 10 3 3 1 硬件构成图 10 3 3 2 通信协议 11 3 3 3 控制系统界面 11 3 4 控制系统程序设计 12 4 设计心得与体会 27 5 鸣谢 27 6 参考文献 28 设计总说明 第 2 页 共 29 页 摘 要 铆接机是我国目前工业生产中越来越占比重的机器之一 而随着科技的日 新月异 自动化的铆接机也是当前的趋势所在 本次毕业设计主要是通过设计 有半自动和手动工作功能的铆接机 对各种型号的大电流母线进行铆接 以解 放劳动生产力 提高劳动生产率 满足市场生产的需要 大电流母线铆接设备的设计分为机械部分和控制部分 本说明书是控制部 分的设计说明 本次毕业设计主要通过控制系统人机界面操作铆接机进行铆接 设计内容包括铆接功能的验证和检测 控制器件的选用 控制系统的硬件构成 和程序设计 关键词 铆接机 大电流母线 自动化 控制 Introduction Riveting machine is more and more in China s current industrial production accounts for one of the machines But with the progress of science and technology automatic riveting machine is the current trend This graduation design is mainly through the design with semi automatic and manual work function of riveting machine for riveting various types of large current bus to liberate labor productivity improve labor productivity meet the needs of the market The design of the large current bus bar riveting machine are classified into two parts mechanical and control this paper is the design of the control part This design mainly by testing the function of riveting riveting machine control system interface the design includes the selection of control devices hardware structure and software design Key words riveting machine Large current bus Automation control 第 3 页 共 29 页 大电流母线铆接设备 控制 设计 1 绪论 大电流母线是指用高导电率的铜 铜排 铝质材料制成的 用以传输电 能 具有汇集和分配电力能力的产品 电站或变电站输送电能用的总导线 通 过它 把发电机 变压器或整流器输出的电能输送给各个用户或其他变电所 目前国内的铆接设备发展较为成熟 铆接机主要靠旋转与压力完成装配 主要 应用于需要铆钉 中空铆钉 实心铆钉 空心铆钉等 铆合之场合 常见的有 气动 油压 电动和单双头等规格型号 而常见的类型有自动铆钉机和旋铆机 自动铆接机是采用冷碾铆接的工作原理 采用铆杆对铆钉进行局部加压 并绕 中心连续摆动直到铆钉成形的铆接设备 随着机械工艺发展 铆接越来越多的 应用在机械的各个方面 作用愈加明显 铆接机其方便多用 高效易操作的特 点越来越为广大的制造商客户所接受 另外 随着单片机的出现 以其低成本 低功耗 低价格 高的性价比 适应性强 体积小等突出特点 在自动控制方 面显示出其特有的魅力 从而 以单片机为智能控制 气动逻辑为中间控制和 反馈 机械装置为执行机构的机电气一体化铆接设备应运而生 其前景十分广 阔 通过调查发现 目前国内电器行业的铆接车间 大部分是通过操作人员的 手工操作 机械化程度低 劳动强度大 效率低 质量差 不能满足大批量的 生产 随着时代的发展 大电流母线的铆接的自动化 半自动化必须跟上步伐 以满足市场经济的需要 就个人而言 希望通过这次毕业设计 能对未来从事的工作提前进行适应 性训练 锻炼自己分析问题 解决问题的能力 提高自己的工作能力 由于个人的能力有限 毕业设计尚有不足之处 恳请老师给予纠正 第 4 页 共 29 页 2 设计目的和任务要求 2 1 设计目的 1 通过设计掌握控制系统的硬件电路 软件编辑及程序的设计方法 2 了解大电流母线铆接机的工作原理 3 掌握和熟悉 C 语音编程 2 2 任务要求 1 设计一种可对各种型号大电流母线的半自动铆接设备 结构合理 2 设备对各种型号母线都能铆接 3 设备能减少操作人员 提高铆接效率 3 大电流母线铆接机控制的设计 3 1 根据工艺过程分析控制要求 由大电流母线的工艺过程可知 当人工推送大电流母线到滚轮相应位置后 开始启动铆接机执行程序 其过程为 气缸下降夹紧 铆枪上升 铆接 铆枪 下降 气缸松开上升 气缸和铆枪的下降 上升的动作转换靠行程开关来控制 而气缸的夹紧松开动作的转换是由压力传感器来控制的 铆接机的工作方式分为手动和半自动工作方式 1 手动工作方式 利用按钮对铆接机每一步动作单独进行控制 例如 按 气缸 1 上升 按钮 气缸 1 上升 2 半自动工作方式 按下 半自动 按钮 铆接机开始自行运转 完成上述 的过程 最后回归起始位置 3 2 控制器件选用 1 JMDM COM20MR 串口控制器 根据铆接机的控制要求 编程 C 语言程序以达到工作的目的 选取 JMDM COM20MR 工业数字量单片机串口控制器 其主要特征和性能参数如下 1 I O 4 路全光电隔离数字量输入 20 路继电器输出 输出具有超强负载 能力 每路继电器输出最大负载 220V 10A 2 继电器工作状态指示灯 每路继电器输出都有一个指示灯 方便观察工作 状态 3 工作电源 主电源 12V 或 24V 交流或直流通用 外围驱动电源 DC24V 或 DC12V 4 主控制芯片 8 位高性能单片机加高速高稳定 FPGA 可编程阵列电路 第 5 页 共 29 页 5 程序存储空间 32 K 若有特定需要 可扩展为 64K 数据存储空间 16 K 保存数据 断电数据不丢失 6 外形尺寸 外壳 146mm 90mm 40mm 内部控制板 245mm 102mm 40mm 7 图片如下 2 TK 10 压力继电器 气动控制的时候 需要测量和调节气动回路中的压力 以检测气缸是否压 紧工件 从工厂气源 0 8MPA 可知 选取 TK 10 压力继电器即可满足要求 TK 10 压力继电器压力敏感核心采用了高性能的硅压阻式压力充油芯体 内部的专 用集成电路将传感器毫伏信号转换成标准远距离的传输电流信号 可以直接与 计算机接口卡 控制仪表 智能仪表或 PLC 等方便相连 其相关性能参数如下 1 压差调节范围 Pressure adjustment range 0 1 0 3MPa 2 压力调节范围 Pressure differential adjustment range 0 4 0 8MPa 3 工作介质 Working medium 空气 油 Air Oil 4 额定电流 Rating Current 0 5A 5 接管螺纹 Connection threads M12 1 5 6 使用寿命 Working life 50 万次 7 图片如下 第 6 页 共 29 页 3 控制系统人机界面 为了操作方便 采用触摸屏来操控铆接机的工作 由铆接机的尺寸选取 WLT TFT8060 104 微软触摸屏 其相应的性能参数如下 1 操作系统 Windows CE 5 0 2 显示区大小 10 4 寸 3 分辨率 800 600 4 通信口 RS232 RS485 USB 5 电源及功耗 12 24V DC 8W 6 图片如下 第 7 页 共 29 页 4 压紧气缸及液压钳铆接气缸 1 两个压紧气缸 型号 SC80 80 FA 连接形式 前端固定 气缸外形尺寸 长 283 94 94 管接头 2 G3 8 活塞杆前端 螺纹 M20 1 5 螺纹长度 40 扳手方位 22 前安装板 外形尺寸 143 95 板厚 16 过孔位置 119 70 孔径 4 12 图片如下 2 两个铆接钳调整气缸 型号 DSNT40 50 SDB 连接形式 后盖摇摆式 连接底面到销孔中心的距离 40 销孔 10 连接过孔 2 9 孔距 25 板厚 4 气缸外形尺寸 长 200 45 管接头 2 G1 8 活塞杆前端 螺纹 M14 1 5 螺纹长度 23 扳手方位 14 图片如下 第 8 页 共 29 页 5 二位五通阀及三位五通阀 1 在进行钳铆接调整时 二位五通阀右端线圈通电 阀芯右移 气缸上升顶 住工件 铆接完成后 阀左端线圈通电 阀芯左移 气缸利用重力下降 根据 工厂气源及相关控制要求 选取 4V210 08 型号的二位五通电磁阀即可满足要求 其相关性能参数如下 工作介质 空气 作用方式 先导式 使用压力范围 0 1 0 8MPa 图片如下 2 根据工厂气源及相关控制要求 选取 4M110 M5 型号的三位五通电磁阀即 可满足要求 其相关性能参数如下 工作介质 空气 作用方式 内部先导式 使用压力范围 0 15 0 8MPa 图片如下 第 9 页 共 29 页 3 3 控制系统硬件构成 3 3 1 硬件构成图 系统采用触摸屏和 20 路串口继电控制板进行系统信息采样 显示和控制 硬件构成如图 1 图 1 第 10 页 共 29 页 3 3 2 通信协议 触摸屏与 20 路串口继电控制板的通信协议为 free protocol 方式 其波特 率为 9600 奇偶校验 无 数据位 8 位 停止位 1 位 无校验 3 3 3 控制系统的界面 系统采用半自动控制和手动控制两种方式 方便现场实际操作需要 两种控 制方式互锁 控制界面如图 2 图 2 1 1 半自动控制 半自动控制 在控制界面上 按半自动控制按钮 按钮变红色 这时半自动的启动按 钮和急停按钮才有效 该功能由半自动控制按钮激发宏 macro 2 完成 按启动按钮启动半自动操作 按钮旁的指示灯会变红 半自动操作结束指 示灯灭 在半自动操作期间系统会锁定半自动控制选择按钮 该功能由启动按 钮激发宏 macro 11 和页面循环宏 macro 10 完成 若发生意外 可按急停按钮停止一切操作 改用手动操作回复初始状态后 才能再次启动半自动操作 急停功能由急停按钮激发宏 macro 13 完成 第 11 页 共 29 页 2 2 手动控制 手动控制 在控制界面上 按手动控制按钮 按钮变红色 这时手动区域内按钮才 有效 该功能由手动控制按钮激发宏 macro 3 完成 夹紧 松开和上升 下降等按钮都是复现按钮 对应的功能都是由该按钮 激发宏完成 macro 4 macro 7 和 macro 14 macro 17 铆枪上升 铆枪下降按钮都是取反按钮 分别是功能的起动和停止 对应 的功能都是由该按钮激发宏完成 macro 8 macro 9 和 macro 18 macro 19 3 4 控制系统程序设计 void macro 1 全局初使宏 使自动 手动可选 SetByteData 0 1 15 5 1 开手动 自动控制 SetByteData 0 1 16 5 1 SetByteData 0 1 17 5 0 禁止自动启动 SetByteData 0 1 100 5 0 关停所有步进 SetByteData 0 1 101 5 0 SetByteData 0 1 102 5 0 SetByteData 0 1 103 5 0 SetByteData 0 1 104 5 0 SetByteData 0 1 105 5 0 void macro 2 半自动选择宏 bool pValue1 static unsigned short k 1 GetByteData 0 1 11 1 1 if pValue1 SetByteData 0 1 16 5 0 用 LB16 来锁手动 if k 1 SetByteData 0 1 17 5 1 第 12 页 共 29 页 else SetByteData 0 1 16 5 1 SetByteData 0 1 17 5 0 k 2 void macro 3 手动控制宏 bool pValue1 从通道 0 从机 1 地址 11 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 将数据 0 写入通道 0 从机 1 地址 16 中 SetByteData 0 1 15 5 0 用 LB15 来锁自动操作 else 将数据 1 写入通道 0 从机 1 地址 16 中 SetByteData 0 1 15 5 1 void macro 4 气缸 1 手动操作夹紧宏 bool pValue2 int k static unsigned char c 12 O 00 01 1 E 从通道 0 从机 1 地址 31 中读出 1 个数据保存到 第 13 页 共 29 页 if pValue1 c 5 0 c 6 1 c 8 1 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 30 5 0 void macro 5 气缸 1 手动操作松开宏 bool pValue3 int k static unsigned char c 12 O 00 01 1 E 从通道 0 从机 1 地址 32 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 1 c 8 0 Output 1 SetByteData 0 1 31 5 0 void macro 6 气缸 1 手动操作上升宏 bool pValue4 int k static unsigned char c 12 O 00 02 1 E 从通道 0 从机 1 地址 33 中读出 1 个数据保存到 第 14 页 共 29 页 if pValue1 c 5 0 c 6 2 c 8 1 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 32 5 0 void macro 7 气缸 1 手动操作下降宏 bool pValue5 int k static unsigned char c 12 O 00 02 1 E 从通道 0 从机 1 地址 34 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 2 c 8 0 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 33 5 0 void macro 8 铆枪 1 手动操作上移宏 bool pValue6 int k static unsigned char c 12 O 00 05 1 E 第 15 页 共 29 页 从通道 0 从机 1 地址 35 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 5 c 8 1 Output 1 else c 5 0 c 6 5 c 8 0 Output 1 void macro 9 铆枪 1 手动操作下移宏 bool pValue7 int k static unsigned char c 12 O 00 06 1 E 从通道 0 从机 1 地址 11 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 6 c 8 1 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 9 第 16 页 共 29 页 c 8 1 Output 1 else c 5 0 c 6 6 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 9 c 8 0 Output 1 void macro 10 系统加载循环宏 自动步进 bool pValue1 pValue3 pValue4 pValue5 pValue6 pValue7 int k1 static bool count1 16 bool count 16 unsigned int i j static unsigned short k 0 h 0 static unsigned char c 12 O 00 01 1 E static unsigned char b 12 I 00 0000 E unsigned char d 12 00000000000 unsigned short e GetByteData 0 1 100 1 1 用 LB100 105 作为步进循环转 换开关 if pValue1 气缸夹紧 c 5 0 c 6 1 c 8 1 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 3 c 8 1 Output 1 Delay 30 第 17 页 共 29 页 c 5 3 c 6 0 c 8 1 Output 1 Delay 30 Input 1 e d 5 0 1 SetByteData 0 1 101 5 1 SetByteData 0 1 100 5 0 GetByteData 0 1 101 1 1 气缸上升 if pValue2 c 5 0 c 6 2 c 8 1 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 4 c 8 1 Output 1 Delay 30 h 由 h 和 k 控制定时长短 if h 5 k h 0 if k 4 SetByteData 0 1 102 5 1 SetByteData 0 1 101 5 0 k 0 GetByteData 0 1 102 1 1 铆钉 if pValue3 第 18 页 共 29 页 c 5 0 c 6 6 c 8 1 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 9 c 8 1 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 8 c 8 1 Output 1 Delay 30 c 5 1 c 6 0 c 8 1 Output 1 h 由 h 和 k 控制定时长短 if h 5 k h 0 if k 5 c 5 0 c 6 6 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 9 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 8 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 1 c 6 0 第 19 页 共 29 页 c 8 0 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 102 5 0 SetByteData 0 1 103 5 1 k 0 GetByteData 0 1 103 1 1 铆枪复位 if pValue4 c 5 0 c 6 5 c 8 1 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 7 c 8 1 Output 1 Delay 30 h 由 h 和 k 控制定时长短 if h 5 k h 0 if k 2 c 5 0 c 6 5 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 7 c 8 0 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 104 5 1 SetByteData 0 1 103 5 0 k 0 第 20 页 共 29 页 GetByteData 0 1 104 1 1 气缸下降 if pValue5 c 5 0 c 6 2 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 4 c 8 0 Output 1 Delay 30 h 由 h 和 k 控制定时长短 if h 5 k h 0 if k 5 SetByteData 0 1 105 5 1 SetByteData 0 1 104 5 0 k 0 GetByteData 0 1 105 1 1 气缸松开 if pValue6 c 5 0 c 6 1 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 3 c 8 0 Output 1 h if h 3 第 21 页 共 29 页 k h 0 if k 5 SetByteData 0 1 105 5 0 SetByteData 0 1 100 5 0 SetByteData 0 1 15 5 1 解开自动操作选择 SetByteData 0 1 17 5 1 解开自动启动 SetByteData 0 1 200 5 0 指示启动灯灭 k 0 void macro 11 自动启动宏 bool pValue1 GetByteData 0 1 20 1 1 if pValue1 SetByteData 0 1 100 5 1 SetByteData 0 1 200 5 1 指示启动灯亮 SetByteData 0 1 110 5 1 用 LB110 作为自动起动 停止控制 SetByteData 0 1 15 5 0 启动时禁止断开自动选择 SetByteData 0 1 17 5 0 SetByteData 0 1 20 5 0 按钮自复位 void macro 13 半自动急停宏 bool pValue1 static unsigned char c 12 O 00 01 1 E int k1 GetByteData 0 1 22 1 1 if pValue1 SetByteData 0 1 100 5 0 停所有步进操作 SetByteData 0 1 101 5 0 SetByteData 0 1 102 5 0 SetByteData 0 1 103 5 0 SetByteData 0 1 104 5 0 第 22 页 共 29 页 SetByteData 0 1 105 5 0 c 5 0 c 6 5 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 6 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 7 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 8 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 0 c 6 9 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 1 c 6 0 c 8 0 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 200 5 0 启动指示灯灭 SetByteData 0 1 17 5 1 解开禁止断开自动启动 SetByteData 0 1 15 5 1 解开禁止断开自动选择 Delay 30 SetByteData 0 1 22 5 0 按钮自复位 void macro 14 气缸 2 手动操作夹紧宏 bool pValue1 int k 第 23 页 共 29 页 static unsigned char c 12 O 00 03 1 E 从通道 0 从机 1 地址 37 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 3 c 8 1 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 36 5 0 void macro 15 气缸 2 手动操作松开宏 bool pValue1 int k static unsigned char c 12 O 00 03 1 E 从通道 0 从机 1 地址 11 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 3 c 8 0 Output 1 SetByteData 0 1 37 5 0 void macro 16 气缸 2 手动操作上升宏 第 24 页 共 29 页 bool pValue1 int k static unsigned char c 12 O 00 04 1 E 从通道 0 从机 1 地址 11 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 4 c 8 1 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 38 5 0 void macro 17 气缸 2 手动操作下降宏 bool pValue1 int k static unsigned char c 12 O 00 04 1 E 从通道 0 从机 1 地址 11 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 4 c 8 0 Output 1 Delay 30 SetByteData 0 1 39 5 0 void macro 18 第 25 页 共 29 页 铆枪 2 手动操作上移宏 bool pValue1 int k static unsigned char c 12 O 00 07 1 E 从通道 0 从机 1 地址 11 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 7 c 8 1 Output 1 else c 5 0 c 6 7 c 8 0 Output 1 void macro 19 铆枪 2 手动操作下移宏 bool pValue1 int k static unsigned char c 12 O 00 08 1 E 从通道 0 从机 1 地址 11 中读出 1 个数据保存到 if pValue1 c 5 0 c 6 8 c 8 1 第 26 页 共 29 页 Output 1 Delay 30 c 5 1 c 6 0 c 8 1 Output 1 else c 5 0 c 6 8 c 8 0 Output 1 Delay 30 c 5 1 c 6 0 c 8 0 Output 1 第 27 页 共 29 页 4 设计心得与体会 随着六月份的到来 本次毕