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?機(jī)械學(xué)院
上海電機(jī)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱 ___電阻檢測分選設(shè)備設(shè)計_______
學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械電子工程
班 級
學(xué) 號
姓 名
指導(dǎo)教師
定稿日期： 2014年2月26 日
8
電阻檢測分選設(shè)備設(shè)計
1 選題背景及其意義
雖然我國制造業(yè)對于產(chǎn)品的綜合性能檢測經(jīng)歷了從無到有，從小到大；從引進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)檢測設(shè)備，到自主研究開發(fā)推廣應(yīng)用，取得了很大的進(jìn)步，但是對于中小企業(yè)來說，為了降低生產(chǎn)成本不少企業(yè)采用人工方法進(jìn)行產(chǎn)品檢測，產(chǎn)品檢測的手段、質(zhì)量及自動化程度，不能很好地滿足生產(chǎn)的需求。與人工檢測或半人工檢測手段相比，全自動檢測方法能夠更準(zhǔn)確、迅速的捕捉被檢測零部件的狀態(tài)并將檢測結(jié)果迅速匯總。便于檢測管理，提高檢測效率和質(zhì)量。
本課題是對電阻進(jìn)行范圍篩選，首先準(zhǔn)確檢測電阻值的大小和范圍，然后進(jìn)行分選。在整個檢測分選過程中，如果在任何一道檢測工序出現(xiàn)問題，馬上報警，過程終止。本課題通過對檢測分選設(shè)備的總體設(shè)計、氣動系統(tǒng)設(shè)計、關(guān)鍵零部件設(shè)計、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計等，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計綜合訓(xùn)練的目的。
2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）
在工業(yè)計量、工業(yè)控制和設(shè)備運(yùn)行安全保護(hù)等實(shí)際應(yīng)用中，電流的測量，一直是一個備受關(guān)注的重要課題，電流測量裝置本身的安全、準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠是其他監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保證。電流測量方法從測量原理上可以分為兩大類：一是以測量被測電路中電阻值和已知的電阻器上電壓降為基礎(chǔ)的測量方法；二是通過測量被測電流所產(chǎn)生的磁場來間接測量電流的測量方法。
其中以第一類方法所開發(fā)電流測量設(shè)備通常與被測電路有電的聯(lián)系，主要應(yīng)用于測量較低電壓電路中的電流，采用的測量設(shè)備簡單，一般不需要輔助電源，且外磁場對測量準(zhǔn)確度沒有影響。這種方法是以測量被測電流通過已知電阻上的電壓降為基礎(chǔ)的，傳統(tǒng)的測量方法是在電流回路中串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻，通過測量標(biāo)準(zhǔn)電阻上的電流產(chǎn)生的壓降來測量電流的大小。這種方法簡單、可靠、精確度高，但在大電流和特大電流測量中，標(biāo)準(zhǔn)電阻受現(xiàn)場條件限制，很多地方無法安裝和使用，另一方面電流很大時標(biāo)準(zhǔn)電阻上將產(chǎn)生很大的功耗，大功耗的發(fā)熱量使標(biāo)準(zhǔn)電阻產(chǎn)生熱穩(wěn)定誤差，使其精度變低且工作不穩(wěn)定。為降低功耗，人們開發(fā)出分流器形式的單個電阻量具，它是由錳銅合金制成的低歐姆四端電阻，其電流輸入端接入被測電流，電壓降則由電位端鈕引出。測量中通常采用經(jīng)過校正的、可以相互替換的分流器，其額定電壓降是規(guī)定的，經(jīng)校正的分流器的額定電壓降一般為 60mV 或 75mV。 使用分流器進(jìn)行電流測量時也存在一定的局限性，如測量時，不能電隔離，在檢測高頻大電流時，標(biāo)準(zhǔn)電阻不可避免的有電感性，不能真實(shí)傳遞被測電流的波形，更不能真實(shí)傳遞非正弦波形等。
針對分流器的弊端，50 年代初期蘇聯(lián)基于變壓器原理開發(fā)出了電流互感器，它除能將被測大電流降低到標(biāo)定值外，還能安全地將高壓電路隔離，在規(guī)定的工作頻率下有較高的測量精度。但它也有自身的局限性，主要是：一、能適合的頻帶非常窄，且不能傳遞直流；二、工作時存在激磁電流，而且互感器是電感性器件，使它在響應(yīng)時間上只能做到數(shù)十毫秒。三、電流互感器二次側(cè)一旦開路將產(chǎn)生高壓危害。 1972 年國外利用磁電原理研制出霍爾檢零電流測量設(shè)備，其后不久在我國出現(xiàn)的磁放大式直流互感器，磁調(diào)試式直流互感器和電流磁性比較儀等使電流測量精度和耗電量均有較大的改善。這種原理制成的直流傳感器均要繞有勵磁繞組、平衡繞組或檢測繞組，故體積較大，工作電壓也高，測大電流長期工作時可靠性變差，但由于其準(zhǔn)確度較高，所以在實(shí)驗(yàn)室和對比標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用較廣泛。
70 年代初，西歐等發(fā)達(dá)國家特別是以瑞士 LEM 公司為代表的廠家，根據(jù)霍爾效應(yīng)研制出了高性能的霍爾電流傳感器，進(jìn)入 80 年代以來，這種傳感器已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。與其它電流測量設(shè)備相比，霍爾電流傳感器具有優(yōu)越的電性能，是一種先進(jìn)的能隔離主電流回路與電子控制電路的電檢測元件，它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點(diǎn)，克服了互感器和分流器的不足，同一只檢測元件既可以檢測交流也可以檢測直流甚至檢測瞬態(tài)峰值，是替代互感器和分流器的理想產(chǎn)品。
3 研究內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)精確測量電阻阻值，并能輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)到PLC控制系統(tǒng)的目標(biāo)，采用霍爾電流傳感器檢測被測電路中電阻值的原理，實(shí)現(xiàn)PLC分析電阻阻值的范圍，進(jìn)而放入相應(yīng)收料箱的功能，完成分揀任務(wù)。整個設(shè)計會包含檢測原理，送料、定位檢測、分揀等機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，驅(qū)動及傳動系統(tǒng)設(shè)計，和控制系統(tǒng)設(shè)計。
4 研究方案
4.1 總體方案
圖1. 總結(jié)構(gòu)圖
4.2檢測原理
4.2.1檢測機(jī)構(gòu)
方案一：用數(shù)字歐姆表檢測。
優(yōu)點(diǎn)：直接將檢測的電阻阻值以數(shù)字形式直觀的反應(yīng)出來
缺點(diǎn)：該歐姆表沒有數(shù)據(jù)輸出設(shè)備，無法將檢測的數(shù)據(jù)輸出，就無法進(jìn)行后續(xù)的分析分選工作。
圖2. 數(shù)字歐姆表
方案二：用霍爾電流傳感器檢測
電流測量裝置本身的安全、準(zhǔn)確、穩(wěn)定和可靠是其他監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保證。電流測量方法從測量原理是以測量被測電路中電阻值和已知的電阻器上電壓降為基礎(chǔ)的測量方法?；魻栯娏鱾鞲衅鲀?nèi)接電源，不需要在在給它提供外接電源，且此傳感器可以外接輸出設(shè)備。
圖3. 霍爾電流傳感器
由于方案二便于檢測和輸出數(shù)據(jù)，能進(jìn)行后續(xù)的PLC分析，分選等控制，故選用方案二。
4.2.2斷料報警機(jī)構(gòu)
為了保證一旦自動送料裝置發(fā)生故障料完無料送入測試架時，能及時發(fā)出報警訊號，召喚操作人員及時處理，在測試架上方送料導(dǎo)管附近安裝光電報警機(jī)構(gòu)。它由并聯(lián)的兩只聚光燈泡與兩只串聯(lián)的光敏二極管組成，有料時光源被遮，機(jī)構(gòu)不工作。一旦斷料，光敏二極管被照射，控制繼電器被接通，它控制一個由晶體管多諧振蕩器和繼電器組成的閃爍機(jī)構(gòu)，發(fā)出每秒2-4次的斷續(xù)音響訊號，而面板上的投影顯示器同時顯示出閃爍的紅色報警燈光訊號。這里采用兩只串聯(lián)的光敏二極管是為了保證機(jī)構(gòu)的可靠性，避免被測元件間間隙漏光而發(fā)生誤動作。圖4.2為光電繼電器電路，圖4.3為閃爍電路。
圖4. 光電繼電器電路 圖5.閃爍電路
4.3機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.3.1送料機(jī)構(gòu)
圖6. 送料機(jī)構(gòu)
圖6中人工將電阻條放入進(jìn)料管（固定不動），氣缸作往復(fù)直線運(yùn)動，向右移動距離S后，滑塊的凹槽正好位于進(jìn)料管下方，落入一個電阻，此時滑塊又滑回原位，電阻落入落料管內(nèi)，繼而進(jìn)入檢測平臺。
4.3.2檢測機(jī)構(gòu)
圖7. 檢測平臺
圖7為檢測平臺，電阻由落料管進(jìn)入檢測平臺，但此時電阻浮于凹槽之上，此時圖一中的氣缸向下壓，將電阻固定在凹槽內(nèi)，同時接通回路，霍爾電流傳感器自動檢測電阻阻值，并將結(jié)果輸出到PLC系統(tǒng)。
4.3.3收料機(jī)構(gòu)
圖8. x-y數(shù)控工作臺
圖8為x-y數(shù)控工作臺，是收料箱的軌跡分布圖。檢測結(jié)果經(jīng)PLC處理后，驅(qū)動分選機(jī)構(gòu)，x-y數(shù)控工作臺將相應(yīng)阻值分檔的收料箱移到落料處。
4.4驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動方案
常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點(diǎn)如下：
(1)液壓驅(qū)動:輸出功率很大，壓力大于3MPa，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)。
(2)氣動驅(qū)動:輸出功率大，壓力小于3MPa，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制。適用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手。
(3)電機(jī)驅(qū)動：輸出功率大, 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜, 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手。
因?yàn)楸驹O(shè)備屬于小型負(fù)載，且驅(qū)動滑塊的力都是比較小的，所以選擇氣動驅(qū)動；而控制收料箱需要的精度較高，所以選擇電機(jī)驅(qū)動
4.5 控制系統(tǒng)
單片機(jī)是把中央處理器、存儲器、定時、計數(shù)器、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。與應(yīng)用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。
PLC是可編程序邏輯控制器的簡稱，是以微處理為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字模擬的輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。和常規(guī)繼電器組成的控制系統(tǒng)相比，在系統(tǒng)中減少大量的中間繼電器和時間繼電器，是控制系統(tǒng)大大簡化。同時由于中間環(huán)節(jié)減少，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。由于PLC具備的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠性高、易編程和便于維護(hù)的特點(diǎn)，基于PLC的各種控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
由于所研究的設(shè)備不需要很多編程，PLC可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用性強(qiáng),體積小，易學(xué)易用,系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造，故選用PLC控制系統(tǒng)。
4.6控制流程圖
圖9.控制流程圖
5 進(jìn)度計劃
2013.12.10-2013.12.31 明確設(shè)計任務(wù)，收集相關(guān)資料
2014.01.01-2014.01.15 擬訂功能實(shí)現(xiàn)原理
2014.01.16-2014.02.15 擬訂總體設(shè)計方案
2014.02.16-2014.03.30 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪制總裝圖
2014.04.01-2014.04.25 主要零部件設(shè)計計算，繪制零件圖
2014.04.26-2014.05.15 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，繪制電氣原理圖
2014.05.16-2014.05.25 撰寫設(shè)計計算說明書
2014.05.25-2014.06.06 修改及答辯
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指導(dǎo)教師意見
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