大电流母线铜板下料设备控制设计说明书.docx
《大电流母线铜板下料设备控制设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大电流母线铜板下料设备控制设计说明书.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大电流母线铜板下料设备控制设计说明书
大电流母线铜板下料设备（控制）
Largecurrentbusbarcopperplateblankingequipment（control）
学生姓名
学号
所在学院
班级
所在专业
申请学位
指导教师
职称
副指导教师
职称
答辩时间
年月日
目录
设计总说明I
introductionII
绪论1
1.1大电流母线铜板下料设备发展状况1
1.2研究目的和意义2
1.3设备要求具备的能力2
2设计方案比较与选择3
3设备控制部分设计5
3.1切割部分5
3.1.1控制要求5
3.1.2控制精度要求6
3.1.3主电路分析6
3.1.4控制电路分析6
3.1.5电机选择7
3.1.6控制电压等级选择7
3.1.7低压电器的选用7
3.2压紧装置9
3.3传送台移动挡板10
3.3.1控制系统构成10
3.3.2制动装置设计19
4控制部分接线图20
鸣谢21
参考文献22
附录23.
设计总说明
大电流母线铜板下料设备目前还没实现自动化，依靠人工测量，再进行切割，生产效率低下，过程繁琐，而且错误率高，精度达不到等不足，很难实现大批量生产。
本次研究课题为，大电流母线铜板自动下料设备，实现自动测量，切割，大大提高了生产效率，减少因为人为误差而导致的废品率，本次设计需要达到以下目的：
a）设计一种可对各种型号大电流母线铜板的自动下料设备,结构合理；
b）设备对各种型号母线都能自动切割出所需铜板；
c）设备能减少操作人员，提高铜板下料效率。
通过以上设计，实现适合各种型号母线下料的切割
关键词：
母线；切割；自动下料。
introduction
Thereisnolargecurrentbusbarcopperplateblankingequipmentautomation,relyonartificialmeasurement,thencutting,lowproductionefficiency,processtrival,anderrorrateishigh,theprecisioncannotreach,etc,itisdifficulttorealizethemassproduction.Topicforthisstudy,largecurrentbusbarcopperplateautomaticblankingequipment,automaticmeasuring,cutting,greatlyimprovingtheproductionefficiency,reducetherejectionratebecausetheerrorcausedby,thisdesignneedstoachievethefollowingobjectives:
A）todesignacanbeofvarioustypesoflargecurrentbusbarcopperautomaticblankingequipment,reasonablestructure;
B）equipmentforvariousmodelsofbusbarcanbeautomaticallycutoutthecoin,
C）devicecanreducetheoperatingpersonnel,improvetheefficiencyofcopperplateblanking.
Throughtheabovedesignandimplementationissuitableforvarioustypesofbusbarblankingcutting
Keywords:
bus;Cutting;Automaticblanking.
大电流母线铜板下料设备（控制）
毕业设计说明书
绪论
1.1大电流母线铜板下料设备发展状况
母线指的是在变电路所中各级电压配电的装置的连接，以及了变压器等等电气设备和相应的配电装置的连接，大都采用矩形的或圆形的截面裸导线或者是绞线，这称为母线。
母线作用是汇集、分配以及传送电能。
所采用的材料具有高导电的特性，如铜，铝，银。
母线的作用是把变压器，整流器和发动机输出的电传送至每个用户。
大电流母线也是母线中一种，所用材料为铜板，母线铜板具有一下的优点：
高度机械强度，良好的导电性，良好的导热性、耐腐蚀性，同时又没有低温脆性，在恶劣的环境下仍能正常工作，加工方便，现在广泛运用在开关，发电机，变压器的引线。
铜板母线界面范围大，宽度在十六到125mm之间，厚度在4～30mm，导体的允许通过电流跟他的散热表面和公交流电阻有关系。
当用在大电流的传送是，要采用多条矩形母线并排做成的母线组，就如上图那样，但是因为散热的原因（并排散热差），通常都不适合差用2到3条母线。
除了多条矩形母线组，还有圆形母线，管形母线。
同个规格的大电流母线所需铜板长度不同，目前的切割技术还停留在人工测量铜板长度，没切割一次就要测量一次，生产率低下，耗时耗人力。
如图所示，需要有个人测量母线长度，另一个人进行切割，这就好比流水线工作，在这种情况下，人就不比机器了，人会疲倦，当工作时间过长，工人测量的精准度就会下降，这样会找人不必要的损失，我们需要研究的课题就是为了解决类似问题，提高生产效率，降低损失，从而提高经济利益。
1.2研究目的和意义
设计可对各种型号大电流母线铜板的自动下料设备,结构合理；对各种型号母线都能自动切割出所需铜板，能减少操作人员，提高铜板下料效率。
在当今时代，机械代替人力越来越普遍，一套自动化设备所造成的经济利益可能是几个人甚至几十个人所不能及的，而且只要维护好，一台机器一天二十四小时运作也是没问到。
而且机械的标准化，精准度是人工很难做到，只要设计合理，机器在某些工作上完全可以代替人工，特别是在流水线，重复单调的工作。
大电流母线铜板自动下料设备就是这样一套自动化设备，只需一个工人操作，就可完成工作，而且操作简单，维修方便，大大减少人力的同时，还提高了生产效率。
1.3设备要求具备的能力
1、可以根据控制中心的指令或者数据自动进行调整
2、调整范围0-3500mm
3、精度1mm
4、调整速度不低于0.8m/s
5、机械结构要求
5.1自动调整装置安装在载物台一侧
5.2载物台上表面要求有机械滚动装置便于表面物体滑动
5.3载物台脚位要求安装可调平衡脚垫
2设计方案比较与选择
方案一：
采用两台电机，分别为伺服电机和普通电机。
伺服系统控制机械元件的伺服电机，是可变速的补助马达的装置，所以可调控速度，做到位置精度相当精准，将脉冲信号转变成转速以及转矩用来控制想要控制的元件；伺服电机反应速度快，因为其转子速度是受输入信号控制，在自控系统中，用来做执行件，具有电机常数小，初始电压，现行度高的特点，它主要特点是，当电压信号零是无自传现象，转速随矩上升而降低。
步进电机
采用伺服电机带动丝杆传送铜板下料，如闭环数控机床般，自动检测，编程根据要求自动检测铜板长度，当长度达到要求时，反馈到系统，电机停止，启动普通电机带动旋转切割刀，气压传动带动切割机下压进行切割铜板。
这个方案具有精度高，自动化程度高的优点；不足是结构复杂，操作难度大，，经费要求高。
适合高精度要求。
方案二：
采用三台电机，分别为步进电机、三相异步电动机和普通电机。
将电脉冲变为角度转动量的步进电机，在不超载时，转速，暂停的位置决定于脉冲当量和脉冲数量，并不受负载的影响；
步进电机
三相电机当三相定制绕组三相电流时，生产力一个旋转磁场，切割了转子绕组，使转子转动，具有节能，寿命长，维修便捷寿命长等优点；三相电机的启动可以用全压，如果需要的转矩不那么大的话，还可以进行降压启动的方式。
三相电机
使用步进电机带动挡板在传送台上运动，运动驱动器驱动步进电机行驶至特定位置，即需要切割铜板长度，手动推动铜板，当铜板被挡板挡住时，启动三相异步电动机带动丝杠传动移动切割台上的切割机往返运动进行铜板切割，为了避免重复切割铜板消耗，造成不必要的误差，切割台采用气压升降装置。
该方案操作简单，易于实现；不足是精度不高，自动化程度有限。
适合低精度要求。
方案确定
从成本上看，尽量要降低制造成本，实现利益最大化，满足各个条件的情况下，减少购买投资，而且当设备损坏时，也要便于维修，还要实现操作简单，易于上手；
从加工精度考虑，本设备精度要求为1mm，属于低精度要求；
方案二即可满足，所以选用方案二。
3设备控制部分设计
设备分三部分设计，包括切割部分、压紧装置、移动挡板部分。
3.1切割部分
切割部分，需要完成上升，前移，下降，后移的往复运动，运动并不复杂，前后运动采用丝杠传动，就像数控那样的，但不需要编程，，只需要控制好移动速度，切割时间即可，所以经过一番思考讨论，决定电机选用三相异步电动机作为动力装置，开关装置作为控制件，易于实现，操作简单；上下运动则采用气压传动，气压传动相对于液压传动优点是，相对简单，不需要外加油箱，而且干净，没有油污，所以采用气压传动。
1、丝杆滑台部分
采用三相异步电动机正反转带动丝杠，使滑台前后移动进行切割及返回运动。
2、切割台气缸升降部分
采用气缸开闭，使切割台上的切割机上下移动。
3.1.1控制要求
需要完成上升，前移，下降，后移的四个动作，采用气压，丝杠混合传动，通过气压缸上升顶起切割机，通过电机丝杆传动带动工作台向右运动，行至最右点，完成铜板切割，气缸关闭，切割机下降，电机反转，工作台向左运动，行至最左端系统关闭，运动停止。
3.1.2控制精度要求
升降台初始位置，切割刀具位于母线铜板下方，当升降台上升，切割刀具可以切割母线铜板，只需完成切割运动，精度要求不高，能完成以上运动即可，采用电气控制中的往复运动。
如图为电气控制原理示意图：
3.1.3主电路分析
M为主轴电动机，有4个按钮SB1,SB2,SB3,SB4分别是停止按钮，电机正转按钮，电机反转按钮和气压传动启动按钮。
只有SB4为手动按钮，其他为触动按钮。
低压短路器将三相电源引入，FU1为电动机M短路保护用熔断器，FR为M的过载保护热继电器。
KM1、KM2为电动机正反转接触器。
3.1.4控制电路分析
FU2为控制电路短路保护用熔断器，SB1为急停按钮。
如图，启动气压缸按钮SB4，接触器KM3闭合，气压缸上升，滑台上移触动正转按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合，KM1触电闭合，电机正转，滑台向右移动。
当滑台移动至触动正转限位开关SQ1，气缸关闭，电机停转，气压缸下降，滑台下移触动反转按钮SB3，接触器KM2线圈通电吸合，KM2触点闭合，电机反转，滑台向左移，当滑台触动反转限位开关SQ2，电机停转。
3.1.5电机选择
根据要求，工作台移动速度为1m/s，根据《电气控制与PLC应用》表4-1，选用电动机功率1.5kW。
3.1.6控制电压等级选择
根据《电气控制与PLC应用》表4-2，本控制电路为交流电里传动的简单控制电路，所以选常用电压值380V。
故工作电流I=1500W/380V=3.9A。
3.1.7低压电器的选用
Q为刀开关
熔断器
熔断器在低压配电系统和控制系统中起到短路和过电保护，其工作原理是当电流过大，及超过额定电流一段时间时，它自身会产生大量的热使温度上升，当温度上升到熔体熔点时，从熔体会融化，将电路分断起到断路保护，俗称保险。
熔断器额定电流选择
电动机工作环境是单台频繁启动电动机:
INp=（3～3.5）INM
式中INp是熔体额定电流，单位是A
INM是电动机额定电流，单位是A
已知INM=3.9A代入式中
INp=（3～3.5）3.9=11.7～13.65A
熔断器额定电压的选择
大于或等于电路额定电压即可。
根据《电气控制与PLC应用》表1-16，选用最低要求亦可满足，熔断器型号为RL6-25,熔体额定电流16A，额定电压为500V。
电磁式接触器
接触器是一泓自动开关电器，用于频繁接通断开交直流电路和大容量控制电路。
电磁式接触器分为交流式和直流式两种。
接触器由支架、底座、电磁机构、触头系统、触头弹簧、灭弧装置、触头压力弹簧和释放弹簧构成。
接触器选用
电路接入的是三相电流，所以选用三级接触器，根据控制负载，负载一般，则选用AC3使用类别。
电磁式继电器选择
继电器是利用变化中的各个物理量，用电量或非电量信号转化为是输出组昂太发生节约变化或电磁力，通过触头促使在同一电路或另一电路中的装置的一种控制元件。
电磁式继电器
工作原理与接触器差不多，这里就不多介绍。
选用：
选用交流式电磁继电器，AC-11控制交流电磁铁负载。
额定工作电流为3.9A,额定电压为380V，根据《电气控制与PLC应用》表1-5JZ14系列中间继电器，选用交流继电器JZ14-62J。
热继电器选择
利用电流经过引起发热元件产出热量来促使元件弯曲，从而推动机构动作的保护元件就是热继电器。
具有热惯性的发热元件，在电路中是不能用来做瞬时的过载保护的，更加不可以用来做短路保护，所以主要是用来做电机的长期过载保护。
继电器选用
根据安装方式，应该采用独立安装式，即螺钉固定。
额定电流的选择，通常选用热继电器的额定电流是电动机额定电流的60%～80%，已知电动机额定电流为3.9A，所以热继电器的额定电流为2.4～3.2A。
根据《电气控制与PLC应用》表1-15JR20系列继电器技术数据
整定电流范围2.6～3.2～3.8A型号为JR20-10配CJ20-10,热元件号9。
控制按钮选择
控制按钮由于其结构简单而运用广泛，通常有按钮，触头，复位弹簧和外科构成，可根据开闭及触头数量分为常开—常闭的形式。
常用控制按钮额定电压的为交流电压380V，额定工作电流为5A。
控制图中有2个常闭触头，2个常开触头，1个常闭按钮，根据表1-18LA20系列控制按钮技术数据，选用型号为LA20-22J紧急式控制按钮。
限位开关选择
由于工作台移动速度较低，故选用滚轮式限位开关，根据表1-19JLXK1系列行程开关的主要技术数据，选用JLXK1-411，直动滚轮防护式限位开关。
三相异步电动机的起动控制
由于电动机功率较低，所以采用全压起动即可。
气压传动换向阀选用
气缸要支撑的所有部件估计为60kg，所以选用了亚德客型标准气缸SC50
80，重量为10kg，材料为铝合金，缸径为50mm，行程为80mm，其总高A=150+行径，底座长S=132mm，工作压力取1Mpa，所以提供的推力为
=1692N
600N符合要求
只需控制接通与切断，所以选用二位三通阀，控制气流方向，当关闭阀时，受切割台重量压下，自动复位，操纵方式为交流式电磁换向，型号选择：
23D-10B,即二位三通交流220V流量10L/min，连接方式：
板式连接。
3.2压紧装置
由于铜板切割时，只限制了两个自由度，进行铜板切割时，需要压紧，使铜板固定，避免铜板移动，造成误差，所以采用气缸开闭进行压紧。
气压控制采用手动控制阀，只需控制气压缸下降，停止，上升，相对简单，控制好压紧力，不至于太小导致压不紧，太大导致铜板原料压坏变形。
当铜板料送至规定长度时，手动打开气压控制阀，使压板压紧铜板料。
压紧装置是采用手动换向三位四通阀控制活塞上下移动，能控制执行元件换向，使执行元件在任意位置上停止运动。
选用型号：
34SO-B10H-T；外接溢流阀，型号：
23D-10B。
压紧装置是采用手动换向三位四通阀控制活塞上下移动，能控制执行元件换向，使执行元件在任意位置上停止运动。
选用型号：
34SO-B10H-T；外接溢流阀，型号：
23D-10B。
3.3传送台移动挡板
由于挡块需要在传送台上移动，首先想到用丝杠传动，但按照要求，传送台长度需要在4m左右，丝杆达不到要求长度，经过思考讨论，采用齿轮齿条传动，使用运动驱动器编程驱动步进电机连接齿轮在齿条上运动，带动挡板移动，使其移动到需要的位置，手动推动铜板至挡板处进行切割。
另步进电机的自锁不足以限制铜板移动，还需外加制动装置。
3.3.1控制系统构成
硬件构成如图：
运动控制器
运动控制指的是在一定的条件下，根据规划的命令或者控制方案使机械向期望的方向运动，从而达到精准的位置，加速度，速度和力的精准控制的精准机械运动。
根据不用的动力源，运动控制非为电气控制，第一部分的所用的控制方式，以气流为动力的气压控制，如第二部分的控制方式。
这部分采用运动控制器控制方式，
由于步进电机为单轴步进电机，选用dmc110a单轴运动控制器对运动进行控制，如图：
dmc110a单轴运动控制器概述：
1适用于单轴步进电机的各种场合控制；
2坐标参数支持相对坐标和绝对坐标；
3独有立即数和寄存器两种寻址方式；
4提供运算指令，可进行复杂控制；
系统分析
DMC110单轴控制器系统是基于高性能MCU设计的功能强大、用户二次开发简单易用、修改方便、适用范围广大通用型步进电机运动控制系统。
可在PC机上用MotionA软件编程，可降低编程出错，提高编程效率。
运动控制器是通过汇编语言编程使控制器发射脉冲和脉冲当量给驱动器使步进电机旋转和调速，即发射一个脉冲，步进电机转动一个步距角。
电气特性
工作电源：
DC24V；
输入检测口：
24V开关信号；
输入接口接线方式与原理
输出控制口：
150mA/24V
输出口接线方式及原理
接线示意图
背面视图
工作电源DC24V
PU:
脉冲控制信号；
DR：
方向控制信号；
OT0~OT7：
8个点位输出信号；
IN0~IN11：
12个通用输入信号。
控制系统界面
按键构成
数字键“0～9”，用于编程代码输入的手动输入；“MODE”为模式选择，“PAR”为参数键，“←、→”为光标移动键；“ENTER”为确认键，“RUN”为运行键，“STOP”为急停键，“F1”“F2”为功能键。
功能实现：
电脑上编写好程序，在运动控制器操作面板上手动录入数据，运动控制器发射脉冲让步进电机转动，带动挡板移动，当移动到一定位置，步进电机停止转动。
程序编写
Motion110A软件是用于本运动控制器在计算机上的程序编译软件，软件界面如图：
数据准备：
根据要求
最高速度不低于800mm/s.步进电机为三相六拍，
步距角α=1.2；
齿轮参数如下：
小齿轮齿数
齿条齿数
模数/mm
压力角
小齿轮变位系数
齿条变位系数
中心距/mm
齿轮齿宽/mm
齿条齿宽/mm
34
478
2
20°
0．385
0.264
120
78
68
齿轮规格：
Z=34，M=2
则运动控制器发射一个脉冲电机所走的距离l=1.2/360*π*34*2=0.7mm
当速度为800mm/s时
需要发射的脉冲频率为1143Hz
下图为铜板母线切割规格
同个规格母线切割长度有两种，之间相差40mm
换算为脉冲数为40/0.7=57
程序编写：
SET//设定零点，设当前坐标为零点
MULM0，0.7//将输入数据换算为脉冲当量（M0为寄存器，用来输入需要切割铜板的长度）；
SPEED600，500，1200//设定起始速度600Hz，加速时间0.5s，最高速度1200Hz
DRVAMM0//电机移动到输入的位移
PAUSE//暂停等待
DELAY20000//延时20s，等待切割（默认单位为毫秒）
SUBM0,57/减去57个脉冲得到第二个铜板切割的长度
DRVAMM0/电机移动到第二个位置
PAUSE//暂停等待
DELAY20000//延时20s，等待切割
DRVAD0//电机返回零点
END//程序结束
（程序可根据具体要求编写，程序语言为汇编语言。
）
5.1.8程序调试：
点击菜单栏的工具，下拉菜单程序编译，检验程序是否错误，正确则提示如图：
程序下载
下载之前必须建立控制器与计算机的通讯连接。
通讯接口设置
确保控制器与计算机有物理连接，通过RS232串行通信。
其连接线为DB9S标准接头，采用无硬件的握手协议，如图
串行通信须选择合适的波特率和串口，点击Motion110A菜单栏的『控制器会话』菜单，选择下拉菜单『串口设置』，弹出会话框：
选择和控制器有物理连接的串口，波特率选9600，再点击『确定』完成串口设置。
建立连接
串口设置完毕，再建立与控制器的通讯，点击『控制会话』菜单，选择下拉菜单『连接控制器』，等控制器响应后，最后建立连接，如图：
程序下载
通讯建立完毕，点击『控制会话』菜单，选择下拉菜单『下载程序』，会弹出程序下载的对话框，如图：
点击『开始下载』，将开始程序的下载。
断开连接
程序下载完毕后要断开连接，点击『控制器会话框』菜单，选择下拉菜单的『断开连接』，即可断开跟控制器的连接。
第一原点设置
把挡板移动到初始位置，待机状态下，按“MODE”，出现提示后按下“3”，进入手动状态，调整到机械原点（在限位点即第一原点位置）；再按下“MODE”，退出，最后按下“F1”，设定当前的位置为第一原点（坐标清零）。
手动输入参数：
待机状态，按“MODE”，按“2”，参数设置，进行输入参数设置，输入0（M0寄存器标号），再输入参数数值，如“500”，按下“ENTER”，参数设置完毕，按“MODE”，退出参数设置状态。
自动运行：
检查系统连接无误，控制器通电，程序及参数输入完毕后，按“RUN”，进入程序运行状态，系统将自动运行用户的程序，直至遇到“END”指令后返回至待机状态。
3.3.2制动装置设计
由于步进电机的自锁不足以挡住铜板，为了减小误差，需要额外加设制动装置
采用超薄电磁失电刹车制动装置，如图：
刹车制动装置用于刹紧移动挡板的导轨，当挡板停止运动时，制动器失电刹车制动，使挡板不能移动达到挡住铜板料的作用。
失电制动装置接线如下：
4控制部分接线图
鸣谢
感谢国家、人民对我的栽培，让我有机会接受高等教育，感谢父母对我的培养，让我在青春年华像一块海绵吸水一样学习科学文化知识，为将来投身祖国四个现代化打下扎实的知识基础，我不会辜负党和人民对我的厚望。
最重要的要由衷感谢陆兵老师对我这次毕业设计的指导和帮助，让我开动脑筋，有自己有了独立自主创新意识，并加以实现，让我大学四年学习的知识有机会运用到实际生产中。
为了能让我们顺利完成毕业设计，
升级会员 