按钮寿命测试平台设计毕业论文

毕业设计毕业设计题按钮寿命测试平台毕业设计类型 产品设计□工艺设计□方案设计姓名班级所属系部物流工程系专业电子信息工程技术指导教师职称完成时间（设计摘要页：单独一页）摘要（设计摘要页：单独一页）按钮开关作为控制系统中应用最广、使用频率最高的控制元件,其使用寿命直接影响系统的可靠度。目前现有的按钮寿命测试仪均存在不符合试验规范、故障率高、效率低等缺陷。为提供可靠的寿命预测科学依据,建立一种符合试验规范、效率高的多功能开关按钮寿命测试平台具有重要意义。本文以按钮型低压开关寿命测试平台为研究对象,进行总体方案设计及平台机械部分设计实现方法研究,并通过实验验证方案设计的可行性.首先简要介绍了按钮开关寿命测试的现状和相关技术发展趋势.依据低压开关试验国家标准和功能要求,提出测试平台总体方案,包括系统机械结构设计和监控系统设计.然后分别对结构设计、监控系统硬件电路二个部分的设计方案进行详细阐述.其中,机械结构采用上下组合型竖式结构,监控系统采用以PLC为核心的控制结构,引入模块化编程,实现PLC动作控制程序编译和管理软件设计.最后通过实验,验证了所设计的按钮开关寿命测试平台符合性能指标要求,且让平台具有灵活控制和监视测试过程、查询实验信息等功能。本论文为以后此类非标自动化设备的设计和研究提供了有益的依据和指导,具有一定的参考价值。关键词:寿命测试平台、按钮开关、PLC可编程控制器目录TOC\o"1-2"\u1.绪论 陷.鉴于此,建立一种可靠度高、成本低的按钮开关寿命测试平台对我国按钮开关电器试验的进一步发展有着重要的意义.1.2本课题的研究内容本课题旨在对按钮开关寿命测试平台的机械平台部分进行研究,主要工作内容按章节安排如下：第一部分:讲述本课题的目的及意义.第二部分:在分析按钮开关寿命测试平台功能要求、技术指标等要素的基础上,完成总体方案设计,包括试验台机械结构和监控系统的设计方案.第三部分:为验证方案可行性,搭建实验平台,包括机构模拟装置和监控系统硬件电路.实验结果表明本课题所设计的按钮开关寿命测试平台符合设计要求,具有较好的应用前景.2.测试平台总体设计本节旨在概述总体方案设计内容,包括平台的性能指标和功能要求、机械结构设计方案以及监控系统开发内容.2.1平台设计要求及功能要求本课题所制作的开关寿命测试平台的试验对象是按钮型开关,平台能够根据不同的试验条件.对任意规格按钮开关进行符合规定要求的往复按压操作.机械按压运动规律近似符合手动操作过程,且能实现长期平稳的按压.测量电气寿命时,开关闭合时间不小于操作循环周期的10%,也不大于操作循环周期的50%.在按钮从断开位置至闭合位置的整个操作周期中或至少在开闭操作的瞬间,操作机构的速度必须在50mm/s~150mm/s之间.为提高测试效率,能同时对多个试验样品进行寿命试验测试.测试平台适用于任意规格型号的按钮开关,能够实时监测试验进程.2.2平台硬件设计在设计过程中,以可靠性为机械结构设计准则,以人一机交互为控制系统设计理念,运用机械设计、自动化控制以及计算机编程等多学科领域技术,结合设计要求、方便用户操作以及成本等因素考虑,提出本课题所制作的测试平台.2.2.1试验平台结构图图1.1为测试平台结构图2.3气动控制设计部分按压执行机构是试验台设计重要的部分,需要执行长期、连续的交替反复直线推动动作,需要具有较高的可靠度.根据相关行业试验标准可知,气动式按压运动规律、按压速度等都有明确的指标规定,为试验平台机构设计,特别是按压执行机构提出了设计要求.为实现上述性能指标和功能要求,对上述产品功能要求进行结构设计,经过反复设计和修改,决定釆用气动式按压执行机构.1、气动控制原理:气动控制技术是以空气压缩机为动力源,以压缩空气为工作介质,进行能量传递的工程技术,是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一,压缩空气经过一系列控制元件后,将能量传递给执行元件,输出力(气缸)或者力矩(气马达).气控阀的特点采用间隙密封的,滑柱式结构时,其滑动摩擦力很小,多为直动式操纵,且阀心上受力平衡,控制压力不受工作压力影响,所以可在低压条件下进行操作.2、气动控制方式的优点:(1)气动装置结构简单、轻便、安装维护简单.(2)输出力及工作速度的调节非常容易,可靠性高,使用寿命长.(3)利用空气的可压缩性,可储存能量,实现集中供气.(4)由于空气流动损失小,压缩空气可集中供应远距离输送.2.3.1气缸的选型在有工作压力的条件下,缸径为6mm可满足要求,但是一般选择大一个型号,保证在压力下降时的安全,最终选择缸径为10,行程为50mm的CDJ2B型气缸,具体型号为CDJ2B10-50-B,外形尺寸图见下图2.1,气动控制图见下图2.2.图2.1为气缸外形尺寸图图2.2为气动控制图3.平台控制系统设计3.1PLC的工作原理和特点1.PLC是采用顺序扫描,不断循环的方式进行工作的.即在运行时,CPU根据用户按控制要求编绎好并存于用户存储器中的程序,按指令地址号作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束.然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描.在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作.2.PLC的特点(1)灵活、通用控制功能改变，只要改变软件及少量的线路即可实现.(2)可靠性高、抗干扰能力强①硬件方面：采用微电子技术开关动作由无触点的半导体电路及大规模集成电路完成，CPU与输入输出之间，采用光电隔离措施，隔离了它们之间电的联系.②软件方面：有自身的监控程序，对强干扰信号、欠电压等外界环境定期检查，有故障时，存现状态到存储器，并对其封闭以保护信息；监视定时器WTD，检查程序循环状态，超出循环时间时报警；对程序进行校验，程序有错误进输出报警信息并停止执行.(3)使用简单采用自然语言——梯形图语言编程方式，编程容易，更改方便。输入输出接口可以与各种开关、传感器、继电器、接触器、电磁阀连接，接线简单.(4)功能强、体积小纵向——PLC不仅可能完成各种条件控制，还能完成模/数、数/模转换并进行数字运算，可以完成对模拟量的控制；横向——可以控制一台至几台设备，还可实现远距离控制；重量轻，体积小，便于安装.3.2PLC的选型目前市场上的PLC产品众多,除国产品牌外,国外有:日本的OMRONC40/C60、MITSUBISHI、FUJJF50,德国的西门子S7-200/300系列,韩国的LG等.近几年,PLC产品的价格有较大的下降,其性价比越来越高,而在考虑系统控制对象、制作成本和多用途性能后,本次设计决定选用西门子S7-200系列PLC该PLC开关量输出接口为晶体管型,具有2个高速脉冲输出端和4个高速计数器,能够满足系统使用要求.3.3系统主电路接线图图3.1为主电路接线图3.3.1PLCI/O分配设置本系统PLCI/O接口分布图如下表所示表4.1为主试验PLCI/O分配表PLC地址信号来源PLC地址信号来源SO/I0.0启动按钮1Y1/Q0.0换向阀电磁线圈S1/I0.1急停按钮1Y2/Q0.1换向阀电磁线圈1S1/I0.2气缸右位传感器M0辅助继电器1S2/I0.3气缸左位传感器M0.1辅助继电器3.4PLC程序编制本次试验中PLC控制软件采用的开发平台为西门子公司的STEP7,编程语言以梯形图为主.S7-200PLC的控制软件保存在CPU模块的工作存储器中,PLC以循环扫描的方式执行该软件,完成对试验装置的实际控制.同时PLC控制软件通过电缆与PC端交换信息,将I/O信息传递到PC,并接受PC端的控制信息.试验过程如图3.2所示.图3.2为PLC程序总流程图3.5PLC程序控制梯形图图3.3为PLC梯形图PLC控制系统作为整个按钮型开关寿命测试系统的核心，根据试验流程要求，PLC程序分为预试验程序和主试验程序.预实验程序主要实现对试验样品基本参数的监测，为主试验参数设置提供依据.主试验程序主要实现试验循环往复按压、数据处理等功能.3.6系统测试测试系统运行时，选用施耐德XB2-BA42C型按钮为例进行电寿命试验.根据试验要求设置试验参数，开启气缸进行开关循环按压能力试验，同时根据监控信息对按压导杆的形成和电机的转速进行调节,经调试和试运行，系统工作正常.通过PLC监控系统数据测量分析后，其功率因数、电流和电压参数均符合试验要求.为了实现对各种型号按钮型开关在不同的试验类型、不同的试验应力条件下的寿命可靠性试验，在试验中使用PLC对系统进行全程控制，大大减少了试验的操作失误,简化了试验设备，提高了试验的可靠性和准确性。使按钮寿命试验在自动化控制方面有了很大的提高.对按钮质量可靠性的提高也具有重要的意义.总结设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。在实习的过程中发现了以前学的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，因为是在电脑上调试，比较慢，又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调准等等。这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。合理的分配时间。在设计控制电路的时候，我们可以连接译码显示和计数电路，这样就加快了完成的进度。最重要的是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。致谢大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校物流学院给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢电子信息的老师和同学们三年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向陈老师寻求帮助，而陈老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，陈老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向陈老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时，本篇毕业论文的写作也得到了同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！

参考文献[1]李琳,自动控制系统原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2011[2]周占怀,PLC技术及应用项目化教程.青岛:中国海洋大学出版社,