【毕业学位论文】(Word原稿)程控珠宝链焊接机的设计与实现——步进电机的控制与调整-电气自动化技术

义乌工商职业技术学院 毕业设计（论文） ( 2008 届 ) 题目： 程控珠宝链焊接机的设计与实现 步进电机的控制与调整 系 别 计算机工程系 专 业 电气自动化技术 班 级 05电气自动化 学生姓名 刘松斌 学 号 0511030112 导师姓名 楼忠兴 实验师 成 绩 2008年 5 月 15日 目 录 摘 要 . I 一、引 言 . 1 二、 . 1 （一）西门子 . 1 （二） . 2 （三）步进电机的工作原理 . 2 . 2 . 3 . 3 三、程控珠宝链焊接机步进电机 的控制与调整 . 3 （一）程控珠宝链焊接机概述 . 3 （二）利用西门子系列 制步进电机 . 4 绍 . 4 . 4 . 7 （三）程控珠宝链焊接机的保护措 施 . 7 . 7 . 9 . 9 四、总 结 . 9 致 谢 . 10 参考文献 . 11 I 摘 要 多条珠宝链的火焰自动焊接系统，所有焊接的参数都 是由电子设备控制。工作循环是通过多个链条的同时进给模式完成，每一个模式对应一个链条型号。新装置通过可编程逻辑控制器（ 步进电机的速度与参数控制 可以实现焊料的精确进给和夹紧，以保证机器可以有高的工作效率和质量保证。本文主要阐述这一控制机理研究与具体实现方法。 关键词 : 步进电机 控制 脉冲 、引 言 浙江饰品行业经过十多年的发展，现已成为国内外具有知名度和影响力的特色产业，现有饰品企业和经营户 4000多家，从业人员约 15万人，年产值约 120亿元人民币，浙江饰品占中国饰品总销量的 70%，年出口外销额约 80 亿元人民币，特别是在义乌，已成为当地经济的支柱产业之一。但同时也暴露出了许多发展中的问题，资源与环境、装备与行业发展之间的矛盾十分突出，如何解决发展中的矛盾和问题，保持浙江饰品行业的优势，促进全行业的持续发展，已成为全行业广大企业共同关心的问题。 饰链生产企业由于产品设计能力的提高，产品样式越来越多样化，其中之一就是单链到现在的双链多链造型，因而对设备的要求也越来越高。目前大多数企业采用进口设备，投入资金过大，生产成本过高，但手工焊接又难以保证质量和提高生产效率，因而需要研制一种自动化 程度较高的拼链焊接设备。本文主要阐述如何研究程控珠宝链焊接机结合 序控制器的特点，经该装备加工，实现双链或多链焊接。 二、 制步进电机 （一）西门子 制步进电机的原理和方法 在采用 据具体情况可选用 多种不同的控制方案。常见的控制方案是利用西门子 高速脉冲 计数器和高速脉冲发生器，经过专用的步进电机驱动器去控制步进电机。其发出的频率最大为 10能够满足步进电机的要求 。但是步进电机要求把具有足够功率和一定频率的脉冲电压 (电流 )按着选定的顺序加给控制绕 组 ， 而 达不到能够直接驱动步进电机的功率， 所以 ， 必须是 过驱动器来 控制步进电机。 其 结构框图如图 图 控制系统的结构框图 2 （二） 定义及特点 可编程控制器，简称 ,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并 能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程 。具有 可靠性高，抗干扰能力强 ， 配套齐全，功能完善，适用性强 ， 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 ， 体积小，重量轻，能耗低 等特点。 （三）步进电机的工作原理 步进电机的工作就是步进转动，工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。 如图 其 作 用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。步进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。步进电机的角位移量与脉冲数 成正比，它的转速与脉冲频率 (f)成正比，如两相步进电机设定为半步的情况下 (电机转一圈400个脉冲 )： n=60f/200(转 /分 )。 图 单三拍工作电压波形图 如果给步进电机发一个控制脉冲， 它就转一步 ， 再发一个脉冲 ， 它 会再转一步。2个脉冲的间隔越短 ， 步进电机转的越快 。 调整送给 步进电机的脉冲频率， 就可以对步进电机进行调速 。 3 步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感，即震动感。为了使电机转动平滑，减小震动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波，以减小步进电机的步进角，提高电机运行的平衡性。在步进电机停转时，为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采用合适的锁定波形，产生锁定磁力距，锁定步进电机的转轴，使步进电机转轴不能自由转动。 在步进电机控制系统中，通过实验发现，如果信号变化太快，步进电机由于惯性跟不上电信号的变化，这时就会产生堵转和丢步现象。所以步进电机在启动时，必须有加速过程，在停止 时必须有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个降速过程的频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。 步进电机运行过程中频率变化曲线 如图 图 步进电机运行过程中频率变化曲线 三、程控珠宝链焊接机步进电机的控制与调整 （一）程控珠宝链焊接机概述 程控 珠宝链火焰自动焊接机。所有焊剂的参数都是由电子设备控制的。工作循环是通过两个链条的进给模式完成的，每一个模式对应一个链条型号。新装置可以实现 4 精确的进给和夹紧链条，以保证机器可以有高的工作效率并减少报废量和保证持续生产。可编程 逻辑控制器（ 制一个可调整速度的工作循环，使得在工具改变时对机器的调整更加方便，这要感谢有一个可调整的同一中心链条的引导，以及焊接烙铁的快速定位和新的焊接原料。机器具有一系列的节气阀用来防止震动和噪音。 图 程控珠宝链焊接机 （二）利用西门子系列 制步进电机 绍 7机型有 14个输入点和 10个输出点， 2个模拟电位器，带 24V（ 出电源， 高 速脉冲输出 00频率 能满足该装备的控制与可靠运行。 出点 接在步进电机驱动 电路的 如图 示 ， 接在步进电机驱动 电路 的 高速 脚步时钟 脉冲 ， 逻辑电平设置为顺时针方向，低逻辑电平设置为逆时针方向。单位时间内 钟脉冲输出的个数控制步进电机转距从而控制焊丝的进给量。 A+）一组， B+）与 组分别与步进电机连 接。高逻辑电平时， A+）一组通电步进电机正转。低逻辑电平时 B+）与组通电步进电机反转。 5 图 步进电机驱动电路图 图 6 表 7 通过面板 图 变发送时钟脉冲的数量可控制设备移动部件移动的距离与进给速度。 图 按下 14菜单按钮可以显示机器的控制菜单。该菜单分为两个级 ，第一级为 机器 ，第二级 为 焊接 。 通过按下换档键 13和菜单按钮 14可以在两 个级间进行切换。在第一级“机器”时， 按下菜单按钮 14可以显示 正在运行的程序以及是否需要执行本次焊接 ，也可以选择修改程序编号 。 在第二级“焊接” 时 按下菜单按钮 14可以显示 两 个窗口 。 第 一 个 窗口可以调节回线数量和焊接的冷却时间。 量）， 以“毫米”为单位表示焊丝的数量。.（转速）， 以“毫米每秒”为单位表示焊 丝的加载速度（焊接时焊丝的进给速度）。 第二 个 窗口可以调节焊丝的数量和速度。 拉）， 以“毫米”为单位表示焊丝加载结束时移走的线量，回复速度和下次焊接的收线并不会发生改变。却）， 以“秒”为单位表示下一个工作循环开始时所需的冷却时间。 （三）程控珠宝链焊接机的保护措施 这个传感器 如 图 示 ,具有停止机器的功能，当有一个或所有的穿过这个传感器的链条出现故障时，这个传感器会使机器停下来。 8 这个传感 器可以通过用小的螺丝刀在螺丝 2上进行设置。如果传感器上的 光二极管） 3亮了，应该逆时针转动螺丝直到传感器上的 后再顺时针转动螺丝，直到传感器上的 着需要把螺丝再旋转半圈。万一在设置之前，传感器上的 可以直接执行上述设置方法中的第二部分。当传感器上 示因为链条出现了故障，已经使传感器 动作了。如果决定传感器（链条终止传感器，错误地调整）动作的原因 出现了故障的话，传感器上的 对信号产生记忆，而仅仅是关闭。减少调整的阀值（设置过程中，在传感器 上的 时针旋转少于半圈）会导致机器出现意外的停止。 图 链条定位传感器 1 销钉， 2 杆子， 3 接近开关， 4 螺丝， 5 弹簧勾， 6 传感器支撑装置。 图 链条终止传感器 1 传感 器， 2 螺丝， 3 9 这个传感器是用来在链条进入链条引导装置时，控制链条，使其能够到达一个合适的位置，如果万一出现了什么问题，这个传感器会使机器停下来。 如图 如果有一条链条进入，抬起了销钉 1，接近开关 3就会失电，并使机器停下来。 在螺丝 4的帮助下，通过对传感器支撑装置 6进行调整，从而来设置这个传感器，以至于当 销钉 1有轻微移 动时，接近开关 3上的 当链条锁紧臂到达行程的尾部时，如果万一链条断开了，这个安全装置也会使机器停下来。这个装置是可以被禁止掉的。 四、总 结 从去年 11 月份选题开始，历经 5 个多月时间的忙碌，在指导老师、同组同学、同事的帮助下，终于完成了毕业设计。目前已有 10 台程控珠宝链焊接机设计成功并已投入生产，并取得了相当可观的经济效益。 虽然程控珠宝链焊接机设计成功可喜，但也存在着一些不足与待改进之处。例如生产过程中机器的稳定性，主要是 0220( 10%)于电源线来的干扰， 于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为 1： 1 的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。如信号的传导干扰，但 由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 因而如何解决干扰也有待进一步研究。 目前， 每套设备按设计要求每小时生产产品 10米计， 1台设备每天 12小时可生产 120米，生产效率较低。因此 如何提高生产效率是我们所要解决的关键问题，也是核心问题。很值得我们去研究改 进。 10 致 谢 在这次的毕业设计过程中 ，首先要感谢我的导师 楼忠兴老师 ， 从论文的选题 、资料 查询、开题以及 毕业设计 研究的每个细节 楼老师 都倾 入 了极大的 精力与帮助，楼老师严谨的教学