按鈕壽命測(cè)試平臺(tái)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(cè)試平臺(tái)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(jí)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(yè)：?jiǎn)为?dú)一頁(yè)）摘要（設(shè)計(jì)摘要頁(yè)：?jiǎn)为?dú)一頁(yè)）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(cè)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(cè)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(cè)試平臺(tái)具有重要意義。本文以按鈕型低壓開關(guān)壽命測(cè)試平臺(tái)為研究對(duì)象,進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)及平臺(tái)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(jiǎn)要介紹了按鈕開關(guān)壽命測(cè)試的現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).依據(jù)低壓開關(guān)試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和功能要求,提出測(cè)試平臺(tái)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(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路二個(gè)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(dòng)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(cè)試平臺(tái)符合性能指標(biāo)要求,且讓平臺(tái)具有靈活控制和監(jiān)視測(cè)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(dòng)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(cè)試平臺(tái)、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(cè)試平臺(tái)對(duì)我國(guó)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?jī)?nèi)容本課題旨在對(duì)按鈕開關(guān)壽命測(cè)試平臺(tái)的機(jī)械平臺(tái)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(cè)試平臺(tái)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(tái)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(tái),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(cè)試平臺(tái)符合設(shè)計(jì)要求,具有較好的應(yīng)用前景.2.測(cè)試平臺(tái)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(tái)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(tái)設(shè)計(jì)要求及功能要求本課題所制作的開關(guān)壽命測(cè)試平臺(tái)的試驗(yàn)對(duì)象是按鈕型開關(guān),平臺(tái)能夠根據(jù)不同的試驗(yàn)條件.對(duì)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(dòng)規(guī)律近似符合手動(dòng)操作過程,且能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期平穩(wěn)的按壓.測(cè)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(gè)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(cè)試效率,能同時(shí)對(duì)多個(gè)試驗(yàn)樣品進(jìn)行壽命試驗(yàn)測(cè)試.測(cè)試平臺(tái)適用于任意規(guī)格型號(hào)的按鈕開關(guān),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)進(jìn)程.2.2平臺(tái)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(dòng)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(cè)試平臺(tái).2.2.1試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖圖1.1為測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖2.3氣動(dòng)控制設(shè)計(jì)部分按壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)是試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)重要的部分,需要執(zhí)行長(zhǎng)期、連續(xù)的交替反復(fù)直線推動(dòng)動(dòng)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(dòng)式按壓運(yùn)動(dòng)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(tái)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(duì)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(dòng)式按壓執(zhí)行機(jī)構(gòu).1、氣動(dòng)控制原理:氣動(dòng)控制技術(shù)是以空氣壓縮機(jī)為動(dòng)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(dòng)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(dòng)摩擦力很小,多為直動(dòng)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(dòng)控制方式的優(yōu)點(diǎn):(1)氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)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(zhǎng).(3)利用空氣的可壓縮性,可儲(chǔ)存能量,實(shí)現(xiàn)集中供氣.(4)由于空氣流動(dòng)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(gè)型號(hào),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(hào)為CDJ2B10-50-B,外形尺寸圖見下圖2.1,氣動(dòng)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(dòng)控制圖3.平臺(tái)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(chǔ)器中的程序,按指令地址號(hào)作周期性循環(huán)掃描,如無(wú)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(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)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(dòng)作由無(wú)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(duì)強(qiáng)干擾信號(hào)、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(chǔ)器，并對(duì)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(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)，程序有錯(cuò)誤進(jìn)輸出報(bào)警信息并停止執(zhí)行.(3)使用簡(jiǎn)單采用自然語(yǔ)言——梯形圖語(yǔ)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(jiǎn)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(duì)模擬量的控制；橫向——可以控制一臺(tái)至幾臺(tái)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(chǎng)上的PLC產(chǎn)品眾多,除國(guó)產(chǎn)品牌外,國(guó)外有:日本的OMRONC40/C60、MITSUBISHI、FUJJF50,德國(guó)的西門子S7-200/300系列,韓國(guó)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(lái)越高,而在考慮系統(tǒng)控制對(duì)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(gè)高速脈沖輸出端和4個(gè)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(hào)來(lái)源PLC地址信號(hào)來(lái)源SO/I0.0啟動(dòng)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(tái)為西門子公司的STEP7,編程語(yǔ)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(chǔ)器中,PLC以循環(huán)掃描的方式執(zhí)行該軟件,完成對(duì)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(gè)按鈕型開關(guān)壽命測(cè)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(duì)試驗(yàn)樣品基本參數(shù)的監(jiān)測(cè)，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(cè)試測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)各種型號(hào)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全程控制，大大減少了試驗(yàn)的操作失誤,簡(jiǎn)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(dòng)化控制方面有了很大的提高.對(duì)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(lái)必需的技能，這次實(shí)習(xí)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)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(shí)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(lái)學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用。制作過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來(lái)，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(gè)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(shí)，這樣才能對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)，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?lái)的關(guān)心和鼓勵(lì)。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)中的認(rèn)真熱情，生活上的熱心主動(dòng)，所有這些都讓我的三年充滿了感動(dòng)。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(duì)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(huì)抽空來(lái)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(gè)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(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個(gè)月以來(lái)，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(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向陳老師致以誠(chéng)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(gè)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(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖?，我再一次真誠(chéng)地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！

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