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mga电机检测装置设计

华中科技大学文华学院

毕业设计[论文]

题目：

MGA电机检测装置设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校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　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要…………………………………………………………………………1

Abstract……………………………………………………………………………2

1、绪论…………………………………………………………………………1

1.1MGA电机及其速度检测台的基本情况……………………………………1

1.2国内外研究现状……………………………………………………………2

1.3选题背景……………………………………………………………………………2

1.4本文工作内容简介…………………………………………………………………3

2、总体方案设计………………………………………………………………………………3

2.1检测台系统概述……………………………………………………………………3

2.2总体设计思路………………………………………………………………………3

2.3检测系统硬件主要配置……………………………………………………………5

3、系统硬件设计………………………………………………………………………………5

3.1电源系统设计………………………………………………………………………5

3.1.1电源选择……………………………………………………………………5

3.1.2电源主要技术参数…………………………………………………………6

3.1.3电源存在的问题及使用方法………………………………………………6

3.2检测系统设计………………………………………………………………………7

3.2.1传感器选择…………………………………………………………………7

3.2.2传感器性能参数……………………………………………………………8

3.2.3传感器存在问题及使用……………………………………………………8

3.3控制系统硬件设计…………………………………………………………………9

3.3.1PLC的相关信息……………………………………………………………9

3.3.2PLC的特点…………………………………………………………………13

3.3.3PLC的编程方法……………………………………………………………13

3.3.4PLC的选型原则……………………………………………………………13

3.4辅助系统设计……………………………………………………………………14

3.4.1显示部分设计……………………………………………………………14

3.4.2辅助检测部分设计………………………………………………………16

3.4.3机械部分设计……………………………………………………………18

4、系统总成…………………………………………………………………………………20

4.1主要设备连接……………………………………………………………………20

4.2辅助设备…………………………………………………………………………20

结束与展望………………………………………………………………………………23

参考文献……………………………………………………………………………24

致谢…………………………………………………………………………………25

MGA电机检测装置设计

摘要

MGA电机主要应用于汽车内部温度控制系统，即为汽车内部空调专用的风扇驱动电机，其性能的高低会影响到汽车的舒适度，甚至一定程度上影响到了汽车驾驶的安全性。

同时，现代汽车的性能比较在很大程度上是对汽车附属装置的比较来进行的，因此对该电机性能的检测就存在了巨大的必要性。

本文研制的MGA电机速度测试台也出于上述目的。

该测试台功能包括MGA电机在2V、5.2V下的转速的检测，在14.5V电压下的超速检测，及其转速的实时显示和检测结果的显示。

该测试台检测系统以FS-M1H对射式光纤传感器为核心元件，控制系统以西门子S7-200PLC为核心，实现了电机转速的自动化检测。

本文的主要工作内容包括：

设计电机驱动电源、检测系统硬件设计、装夹系统设计。

本文的工作重点在于：

检测系统硬件设计。

本文已经成功实现了系统中各项功能的自动检测，并己应用于企业检测线上，大大提高的企业的检测效率，节省了企业的开支。

关键词：

MGA电机；测试台；电源；PLC

MGAMotordetectiondevice

Abstract

MGAmotorisusedprimarilyforinternaltemperaturecontrolsystem,whichisair-conditionedvehiclefortheinternalfandrivemotor,theperformancewillaffectthelevelofvehiclecomfort,oreventoacertainextent,affectedthecardrivingsafety.Atthesametime,theperformanceofcarincomparisontoalargeextentonthecarsubsidiarydevicetocarryoutthecomparison,theelectricalpropertiesoftheexistenceofanenormousneed.

ThispaperdevelopedbyMGAmotorspeedtestTaiwanhasfortheabovepurpose.ThetestbedinthemotorfunctionsincludingMGA2V,5.2Vunderthespeedofdetection,14.5Vvoltagespeedingdetection,andreal-timedisplayofspeedandthetestresultsshow.Thetest-detectionsystemtoFS---M1Hthecorecomponentsforfiberopticsensors,thecontrolsystemtoSiemensS7-200PLCasthecore,therealizationofthemotorspeedautomaticdetection.

Themainworkincludes:

designmotordrivepowerdetectionsystemsoftwaredesign,hardwaredesigndetectionsystem,clampingsystemdesign.

Thispaperfocusonthework:

hardwaredesigndetectionsystem.

Thispaperhasbeensuccessfullyachievedinthevariousfunctionsofthesystemofautomaticdetection,andonlinetestinghasbeenusedinenterprises,enterprisesgreatlyenhancethedetectionefficiency,savingthecompany'sexpenses.

Keywords:

MGAmotor;testbed;power;PLC

1绪论

随着电子技术的发展，汽车内部电子产品的应用越来越多，辅助功能也越来越丰富，逐渐成为现代汽车质量、性能竞争的一个重要方面。

其内部器件的质量可靠性也是越来越重要[1]。

本文出于该方面的需要，结合厂家的需求，提出了并设计了汽车内部制冷系统中风扇电机性能的检测台。

实现了自动检测、质量报警的功能，为其质量提供了可靠的检测。

1.1MGA电机及其速度检测台的基本情况

MGA电机为汽车内部温度控制系统所用的风扇驱动电机，该电机应用于东风贝洱热系统有限公司生产的所有车用空调中，其图片1.1

图1.1MGA电机

该电机于风扇在测试过程中与风扇连为一体，其风扇共有39个叶片，外壳为黑色塑料，正常工作时额定电压为2V和5.2V，在两电压下的额定功率分别为5W和30W。

该电机所用风扇与普通吹风风扇不同，其叶片与电机转子平行，其从四周进风，而从中间部分向电机对侧吹风，正好能够实现汽车内部空间要求及空气流动线路。

MGA电机速度检测台能够实现该电机在额定电压下转速是否合格，并通过了超速检测，实现了电机风扇偏心的检测。

该测试台需测试的额定电压为2V和5.2V，在该额定电压下的合格转速分别为大于200rpm和大于1850rpm小于2350rpm。

在超速检测时，电压为14.5V，其转速要大于5400rpm，若电机风扇存在偏心等质量问题，该风扇会碰触到夹具上伸出的销钉而报废[2]。

1.2国内外研究现状

电机速度测试台已经有一定的历史，但是针对不同电机的测试却存在很大的差别。

各种测试台的的设计目的和功能也就有着巨大的差别。

基于上述测试的特殊性，在国内市场上上没有针对该电机的检测设备。

在国际上，由于该MGA电机为法国进口产品，其性能质量可靠，在法国的这家公司有该种测试装置，但是要进口到国内，各种费用相加大约在30000美元左右，价格相当昂贵。

1.3选题背景

我国是汽车消费大国，也是汽车生产的大国，但不是汽车生产的强国。

虽然在全国各地汽车零部件生产厂家及汽车组装厂多如牛毛，但是我们仍然不能生产高档车，我们生产的汽车产品在质量、品种、外观和档次方面与国际现金水平还是有很大差距的。

造成这种现状的主要原因出了生产设备达不到国际先进水平外，我们还有在汽车产品的检测领域比较落后。

汽车产品的生产检测向来是消耗大、投资大，如何在现有条件下，用最少的资源实现最大功能是我们面临的一个切实的问题。

在工业控制领域中，经常会对发电机、电动机、汽轮机等旋转设备的主轴转速进行测量，并对这些高速旋转设备进行监控。

由于高速旋转设备要求具有很高的可靠性和安全性，转速是该类设备运行的一个重要参数，相应地要求转速检测系统不仅能精确的测量转速，而且应保证测量的实时性以及具有在线显示和数据传输的功能。

转速测量方法一般分为机械式、模拟式和数字式三种。

机械式利用转速与离心力的关系来测量转速，模拟式采用测速发电机得到电压信号，而数字式采用旋转编码盘、接近开关等得到脉冲信号[3]。

随着计算机技术的发展，机械式和模拟式逐步被数字脉冲式所取代。

PLC以其可靠性高、适应性强、通用性好等特点被广泛应用于工业控制的各个领域，但其高速计数单元在很大程度上被用于检测距离以及驱动凸轮控制器[4]。

本课题就是基于东风贝洱热系统有限公司自动化检测系统的研发与配套，以取代国外昂贵检测设备，并且实现最大程度的自动化，节省劳动力。

该产品在这方面达到了上述目的，并且在提高企业生产率和提高经济效益上面也有这举足轻重的作用。

1.4本文工作内容简介

根据东风贝洱热系统有限公司提供的技术功能要求，设计出系统总体框架，提出总体方安案，然后根据系统要求进行硬件设计。

2总体方案设计

2.1检测台系统概述

MGA电机检测系统的硬件设备部分一般由主控制器、电源、信号采集器、开关网络、连接装置以及定位设备等组成。

从普通电机检测系统发展现状可知道，高性能的传感器、电源、控制器及PC机的自动化程度已经很高。

通用的测试系统可以借鉴，而且国际上已有不少成熟的成套设备的设计经验。

2.2总体设计思路

（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，利用电机所驱动的风扇的扇齿，其两侧分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通39次，利用此信号做为脉冲计数所需。

（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每0.2秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行0.2秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。

（3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。

测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。

测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的[5]。

整个检测系统的由PC机、显示器、PLC控制器、光纤传感器、电源和控制面板组成。

整个系统的结构如图2.1所示:

PLCS7-200通过控制电源选择开关，来控制MGA电机所得到的电压，从而控制了电机的转动状态。

在每一个不同的转动状态下，光纤传感器都会获得电机的转速情况，该转速值将分别传输到液晶显示器以进行实时的显示和传输到S7-200进行处理，以判断转速是否合格。

S7-200将转速处理过程中将数据实时的传输给PC机，以便进行监控。

在PLC处理数据完成后，将处理结果通过报警器进行报警。

此外，电机在14.5V电压下的超速转动，会存在破坏性试验，为保护检测人员及其他人员设备的安全，此时的电机夹具的通风口要关闭三分之二，也是通过PLC对电磁阀的控制实现的。

（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。

（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。

（3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。

测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。

测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的。

2.3检测系统硬件主要配置

PC机、PLCS7-200、光纤传感器FS-M1H对射式光纤传感器、显示器FK8-R51、机械支架等。

3系统硬件设计

3.1电源系统设计

电源系统的设计主要任务是完成MGA电机各个检测阶段的电源设计，本小节主要介绍MGA电源的设计问题。

3.1.1电源选择

根据MGA电机使用中实际情况需要，该电源能够提供最大14.5V直流电源，提供电流为15A，同时为了实现以后扩展使用和保护电源，所选电源输出稳压值为0～30V，输出恒流值为0～50A。

现在市场上电源生产厂家众多，如台湾艾德克斯专业生产各类直流电源产品，苏州沃森专业生产大功率直流电源，陕西恒瑞电气有限公司研发生产直流电源，深圳新能力专业生产开关电源,广州邮科电源设备有限公司等等。

在众多电源厂家和电源类型中，我们选择了广州邮科电源设备有限公司的AD-3050型可调稳压恒流直流开关电源。

该电源交流输入电压经“输入陷波”电路后到“整流滤波”电路，得到高压（300V）直流电压。

“功率转换”将高压直流逆变成约32kHz高频交流，经高频变压器变换到输出所需的电压，再经高频整流滤波得到输入电压。

控制电路对输出电压和输出电流取样，闭环反馈后产生脉宽调制（PWM）信号控制“功力转换”电路，使输出电流保持稳定。

其工作原理框图如图3.1

输入稳压和恒流都是从输出侧取样，因而能够做到高度稳定可靠[6]。

3.1.2电源主要技术参数

1、输入电压：

AC（180～240）V，50Hz±10％

当输出电压降低时允许输入电压下限相应下降。

2、输出稳压值可调范围：

（0～30）V。

3、输出恒流值可调范围：

（0～50）A。

4、电源电压调整率：

稳压≦0.5％。

5、负载调整率：

稳压≦1%，恒流≦1％。

6、整机效率：

≧86％。

7、输出电压：

显示准确度±1.5％；输出电流：

显示准确度±2.0％。

8、开机输出电压过冲：

≦0.5％。

9、平均无故障时间：

≧50000h。

10、外形尺寸：

300*68*210mm。

3.1.3电源存在的问题及使用方法

根据所选的输出可调电源，使用三套，分别将输出电压值调整在2V、5.2V、14.5V，输出电压经过电压器进行核实调整，以保证输出电压的实际值，输出电流调整为40A，以保证在各电压下电机能够稳定转动。

在进行设计的过程中发现，该电源接通时，对交流电源要求很高，其接通瞬间，经过测量，其冲击电流达到上百安，而根据这个电流选择电源供电电路的空气开关时，需要的额定电流很大，费用很高，而且会反馈影响到其他机器的运行。

为了防止这种现象造成的危害并能够顺利使用，本设计采用了温度电阻。

该电阻在低温状况下，电阻值很大，而在电流通过一段时间后，其温度上升，电阻值很小，从而即防止了开机电流的冲击，又在正常工作过程中不会产生电能的浪费。

在设计的电路中，电源通过一个有三个三孔插孔的插座进行控制其通电状态，三孔插座之前通过一个空气开关对其进行控制，通过三个电磁继电器来控制其输出的选择，其电路如图3.2：

图3.2电源控制电路

图中KB、KC、KD分别有三个继电器控制，该三个继电器由PLC根据检测时提供的电压而控制。

3.2检测系统设计

3.2.1传感器选择

检测系统核心为传感器，该系统传感器可选择接近开关、光纤传感器等，由于该测试存在高速破坏性测试，故采用接近开关不易实现，所以最终选择光纤传感器[7]。

目前市场上存在多种多样的光纤传感器，本传感器要求光路发射极与接受极之间的