按鈕壽命測試平臺設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題按鈕壽命測試平臺畢業(yè)設(shè)計(jì)類型 產(chǎn)品設(shè)計(jì)□工藝設(shè)計(jì)□方案設(shè)計(jì)姓名班級所屬系部物流工程系專業(yè)電子信息工程技術(shù)指導(dǎo)教師職稱完成時(shí)間（設(shè)計(jì)摘要頁：單獨(dú)一頁）摘要（設(shè)計(jì)摘要頁：單獨(dú)一頁）按鈕開關(guān)作為控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣、使用頻率最高的控制元件,其使用壽命直接影響系統(tǒng)的可靠度。目前現(xiàn)有的按鈕壽命測試儀均存在不符合試驗(yàn)規(guī)范、故障率高、效率低等缺陷。為提供可靠的壽命預(yù)測科學(xué)依據(jù),建立一種符合試驗(yàn)規(guī)范、效率高的多功能開關(guān)按鈕壽命測試平臺具有重要意義。本文以按鈕型低壓開關(guān)壽命測試平臺為研究對象,進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)及平臺機(jī)械部分設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法研究,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)的可行性.首先簡要介紹了按鈕開關(guān)壽命測試的現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢.依據(jù)低壓開關(guān)試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)和功能要求,提出測試平臺總體方案,包括系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).然后分別對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路二個部分的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述.其中,機(jī)械結(jié)構(gòu)采用上下組合型豎式結(jié)構(gòu),監(jiān)控系統(tǒng)采用以PLC為核心的控制結(jié)構(gòu),引入模塊化編程,實(shí)現(xiàn)PLC動作控制程序編譯和管理軟件設(shè)計(jì).最后通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的按鈕開關(guān)壽命測試平臺符合性能指標(biāo)要求,且讓平臺具有靈活控制和監(jiān)視測試過程、查詢實(shí)驗(yàn)信息等功能。本論文為以后此類非標(biāo)自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究提供了有益的依據(jù)和指導(dǎo),具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:壽命測試平臺、按鈕開關(guān)、PLC可編程控制器目錄TOC\o"1-2"\u1.緒論 陷.鑒于此,建立一種可靠度高、成本低的按鈕開關(guān)壽命測試平臺對我國按鈕開關(guān)電器試驗(yàn)的進(jìn)一步發(fā)展有著重要的意義.1.2本課題的研究內(nèi)容本課題旨在對按鈕開關(guān)壽命測試平臺的機(jī)械平臺部分進(jìn)行研究,主要工作內(nèi)容按章節(jié)安排如下：第一部分:講述本課題的目的及意義.第二部分:在分析按鈕開關(guān)壽命測試平臺功能要求、技術(shù)指標(biāo)等要素的基礎(chǔ)上,完成總體方案設(shè)計(jì),包括試驗(yàn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.第三部分:為驗(yàn)證方案可行性,搭建實(shí)驗(yàn)平臺,包括機(jī)構(gòu)模擬裝置和監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本課題所設(shè)計(jì)的按鈕開關(guān)壽命測試平臺符合設(shè)計(jì)要求,具有較好的應(yīng)用前景.2.測試平臺總體設(shè)計(jì)本節(jié)旨在概述總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容,包括平臺的性能指標(biāo)和功能要求、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以及監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容.2.1平臺設(shè)計(jì)要求及功能要求本課題所制作的開關(guān)壽命測試平臺的試驗(yàn)對象是按鈕型開關(guān),平臺能夠根據(jù)不同的試驗(yàn)條件.對任意規(guī)格按鈕開關(guān)進(jìn)行符合規(guī)定要求的往復(fù)按壓操作.機(jī)械按壓運(yùn)動規(guī)律近似符合手動操作過程,且能實(shí)現(xiàn)長期平穩(wěn)的按壓.測量電氣壽命時(shí),開關(guān)閉合時(shí)間不小于操作循環(huán)周期的10%,也不大于操作循環(huán)周期的50%.在按鈕從斷開位置至閉合位置的整個操作周期中或至少在開閉操作的瞬間,操作機(jī)構(gòu)的速度必須在50mm/s~150mm/s之間.為提高測試效率,能同時(shí)對多個試驗(yàn)樣品進(jìn)行壽命試驗(yàn)測試.測試平臺適用于任意規(guī)格型號的按鈕開關(guān),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測試驗(yàn)進(jìn)程.2.2平臺硬件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中,以可靠性為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,以人一機(jī)交互為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念,運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、自動化控制以及計(jì)算機(jī)編程等多學(xué)科領(lǐng)域技術(shù),結(jié)合設(shè)計(jì)要求、方便用戶操作以及成本等因素考慮,提出本課題所制作的測試平臺.2.2.1試驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)圖圖1.1為測試平臺結(jié)構(gòu)圖2.3氣動控制設(shè)計(jì)部分按壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)重要的部分,需要執(zhí)行長期、連續(xù)的交替反復(fù)直線推動動作,需要具有較高的可靠度.根據(jù)相關(guān)行業(yè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可知,氣動式按壓運(yùn)動規(guī)律、按壓速度等都有明確的指標(biāo)規(guī)定,為試驗(yàn)平臺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),特別是按壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)提出了設(shè)計(jì)要求.為實(shí)現(xiàn)上述性能指標(biāo)和功能要求,對上述產(chǎn)品功能要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)和修改,決定釆用氣動式按壓執(zhí)行機(jī)構(gòu).1、氣動控制原理:氣動控制技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動力源,以壓縮空氣為工作介質(zhì),進(jìn)行能量傳遞的工程技術(shù),是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一,壓縮空氣經(jīng)過一系列控制元件后,將能量傳遞給執(zhí)行元件,輸出力(氣缸)或者力矩(氣馬達(dá)).氣控閥的特點(diǎn)采用間隙密封的,滑柱式結(jié)構(gòu)時(shí),其滑動摩擦力很小,多為直動式操縱,且閥心上受力平衡,控制壓力不受工作壓力影響,所以可在低壓條件下進(jìn)行操作.2、氣動控制方式的優(yōu)點(diǎn):(1)氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護(hù)簡單.(2)輸出力及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易,可靠性高,使用壽命長.(3)利用空氣的可壓縮性,可儲存能量,實(shí)現(xiàn)集中供氣.(4)由于空氣流動損失小,壓縮空氣可集中供應(yīng)遠(yuǎn)距離輸送.2.3.1氣缸的選型在有工作壓力的條件下,缸徑為6mm可滿足要求,但是一般選擇大一個型號,保證在壓力下降時(shí)的安全,最終選擇缸徑為10,行程為50mm的CDJ2B型氣缸,具體型號為CDJ2B10-50-B,外形尺寸圖見下圖2.1,氣動控制圖見下圖2.2.圖2.1為氣缸外形尺寸圖圖2.2為氣動控制圖3.平臺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1PLC的工作原理和特點(diǎn)1.PLC是采用順序掃描,不斷循環(huán)的方式進(jìn)行工作的.即在運(yùn)行時(shí),CPU根據(jù)用戶按控制要求編繹好并存于用戶存儲器中的程序,按指令地址號作周期性循環(huán)掃描,如無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序,直至程序結(jié)束.然后重新返回第一條指令,開始下一輪新的掃描.在每次掃描過程中,還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作.2.PLC的特點(diǎn)(1)靈活、通用控制功能改變，只要改變軟件及少量的線路即可實(shí)現(xiàn).(2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)①硬件方面：采用微電子技術(shù)開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路及大規(guī)模集成電路完成，CPU與輸入輸出之間，采用光電隔離措施，隔離了它們之間電的聯(lián)系.②軟件方面：有自身的監(jiān)控程序，對強(qiáng)干擾信號、欠電壓等外界環(huán)境定期檢查，有故障時(shí)，存現(xiàn)狀態(tài)到存儲器，并對其封閉以保護(hù)信息；監(jiān)視定時(shí)器WTD，檢查程序循環(huán)狀態(tài)，超出循環(huán)時(shí)間時(shí)報(bào)警；對程序進(jìn)行校驗(yàn)，程序有錯誤進(jìn)輸出報(bào)警信息并停止執(zhí)行.(3)使用簡單采用自然語言——梯形圖語言編程方式，編程容易，更改方便。輸入輸出接口可以與各種開關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、電磁閥連接，接線簡單.(4)功能強(qiáng)、體積小縱向——PLC不僅可能完成各種條件控制，還能完成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換并進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，可以完成對模擬量的控制；橫向——可以控制一臺至幾臺設(shè)備，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制；重量輕，體積小，便于安裝.3.2PLC的選型目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多,除國產(chǎn)品牌外,國外有:日本的OMRONC40/C60、MITSUBISHI、FUJJF50,德國的西門子S7-200/300系列,韓國的LG等.近幾年,PLC產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降,其性價(jià)比越來越高,而在考慮系統(tǒng)控制對象、制作成本和多用途性能后,本次設(shè)計(jì)決定選用西門子S7-200系列PLC該P(yáng)LC開關(guān)量輸出接口為晶體管型,具有2個高速脈沖輸出端和4個高速計(jì)數(shù)器,能夠滿足系統(tǒng)使用要求.3.3系統(tǒng)主電路接線圖圖3.1為主電路接線圖3.3.1PLCI/O分配設(shè)置本系統(tǒng)PLCI/O接口分布圖如下表所示表4.1為主試驗(yàn)PLCI/O分配表PLC地址信號來源PLC地址信號來源SO/I0.0啟動按鈕1Y1/Q0.0換向閥電磁線圈S1/I0.1急停按鈕1Y2/Q0.1換向閥電磁線圈1S1/I0.2氣缸右位傳感器M0輔助繼電器1S2/I0.3氣缸左位傳感器M0.1輔助繼電器3.4PLC程序編制本次試驗(yàn)中PLC控制軟件采用的開發(fā)平臺為西門子公司的STEP7,編程語言以梯形圖為主.S7-200PLC的控制軟件保存在CPU模塊的工作存儲器中,PLC以循環(huán)掃描的方式執(zhí)行該軟件,完成對試驗(yàn)裝置的實(shí)際控制.同時(shí)PLC控制軟件通過電纜與PC端交換信息,將I/O信息傳遞到PC,并接受PC端的控制信息.試驗(yàn)過程如圖3.2所示.圖3.2為PLC程序總流程圖3.5PLC程序控制梯形圖圖3.3為PLC梯形圖PLC控制系統(tǒng)作為整個按鈕型開關(guān)壽命測試系統(tǒng)的核心，根據(jù)試驗(yàn)流程要求，PLC程序分為預(yù)試驗(yàn)程序和主試驗(yàn)程序.預(yù)實(shí)驗(yàn)程序主要實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)樣品基本參數(shù)的監(jiān)測，為主試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置提供依據(jù).主試驗(yàn)程序主要實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)循環(huán)往復(fù)按壓、數(shù)據(jù)處理等功能.3.6系統(tǒng)測試測試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，選用施耐德XB2-BA42C型按鈕為例進(jìn)行電壽命試驗(yàn).根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，開啟氣缸進(jìn)行開關(guān)循環(huán)按壓能力試驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)監(jiān)控信息對按壓導(dǎo)桿的形成和電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),經(jīng)調(diào)試和試運(yùn)行，系統(tǒng)工作正常.通過PLC監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量分析后，其功率因數(shù)、電流和電壓參數(shù)均符合試驗(yàn)要求.為了實(shí)現(xiàn)對各種型號按鈕型開關(guān)在不同的試驗(yàn)類型、不同的試驗(yàn)應(yīng)力條件下的壽命可靠性試驗(yàn)，在試驗(yàn)中使用PLC對系統(tǒng)進(jìn)行全程控制，大大減少了試驗(yàn)的操作失誤,簡化了試驗(yàn)設(shè)備，提高了試驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性。使按鈕壽命試驗(yàn)在自動化控制方面有了很大的提高.對按鈕質(zhì)量可靠性的提高也具有重要的意義.總結(jié)設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次實(shí)習(xí)恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機(jī)會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計(jì)對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗(yàn)。在實(shí)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的知識掌握的不牢。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的元件，但是通過查找資料來學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用。制作過程是一個考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)準(zhǔn)等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。合理的分配時(shí)間。在設(shè)計(jì)控制電路的時(shí)候，我們可以連接譯碼顯示和計(jì)數(shù)電路，這樣就加快了完成的進(jìn)度。最重要的是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。致謝大學(xué)三年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的家人對我大學(xué)三年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我的母校物流學(xué)院給了我在大學(xué)三年深造的機(jī)會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高；感謝電子信息的老師和同學(xué)們?nèi)陙淼年P(guān)心和鼓勵。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學(xué)們在學(xué)習(xí)中的認(rèn)真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的三年充滿了感動。這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師對我的關(guān)心和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向陳老師尋求幫助，而陳老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個月以來，陳老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向陳老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時(shí)，本篇畢業(yè)論文的寫作也得到了同學(xué)的熱情幫助。感謝在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在此，我再一次真誠地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！

參考文獻(xiàn)[1]李琳,自動控制系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011[2]周占懷,PLC技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目化教程.青島:中國海洋大學(xué)出版社,