基于铅酸电池电极铸焊设备控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于铅酸电池电极铸焊设备控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

100 传感器也 满足冷却装置温度检测电路。 设计中对于温度的误差要求为正负 2 度，所以 PT100的精度选择为 B 型完全能符合设计要求，对于传感器的探测头大小没有硬性的规定，所以这里确定为直径为 4mm，长度为 50mm，引线的长度为了留有一定的余量，所以引线的长度确定为 2020mm，但是由于考虑到引线的长度会影响测量的精度，造成一定的误差，所以在传感器的接线方式上采用 3 线制，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，所以传感器选型确定为STTRA1B4C50D4E3 F2 G0 H0L2PBT 指定 W0S0。 变送器的选择 变送器的作用就是让传感器输出的非模拟量变为可以识别的模拟量，上面所选的传感器的接线方式为 3 线制，所以变送器必须有 3 线接口，能与传感器配接。 并且变送器的电源最好与 PLC 的电源大小相同，省去不必要的电源模块。 而且变送器可以将非模拟量变为电流量或者电压量，考虑到设计的环境，电压量的波动比较大，会造成 2 次误差，电流量比较稳定，适合设计的要求，所以变送器选型确定为 MIKPCT300,将 PT100的 3根接线接入到 MIKPCT300的接线口上 . A/D 转换器的选择 模数转换器是连接模拟和数字世界的一个重要接口。 A/D 转换器将现实世界的模拟信号变换成数字位流以进行处理、传输及其他操作。 A/D 转换器的选择是至关重要的。 所选择的 A/D 转换器应能确保模拟信号在数字位流中被准确地表示，并提供一个具有任何必需的数字信号处理功能 的平滑接口，这一点很重要。 目前的高速 A/D 转换器已被应用于各种仪表、成像以及通信领域中。 对用户而言，所有这些应用都有着相似的要求，即以较低的价格实现更高的性能。 A/D 转换器的种类很多，如 SAR 型 A/D 转换器、闪存型 A/D 转换器、流水线型 A/D 转换器，由于考虑到温度是 500 度，转换为 2 进制为 9 位，因为 SAR 型 A/D 通常具有 10～ 16 位的分辨率。 SAR 的架构基于一个比较器。 若要获得 n 位的分辨率，逐次逼近转换器就必须执行 n 次比较器操作，并把每一次的结果都存储在寄存器中。 一个 12 位转换器需要 12 个时钟周期来完成 一次转换。 而且这种转换器的优点是硅片尺寸小、功耗低且精度高。 本设计的温度为 500 度 550 度，转换为 2 进制为 10 位，三菱 PLC 有独立的 AD 模块，分辨率为 12 进制的高精度模拟量输入，匹配度高，而且可选的型号与模拟量的第 3章 铅酸电池电极铸焊设备的电气原理设计 8 输入通道相关，考虑温度检测电路需要 2 个通道，所以 AD 模块的选型确定为FX2N2AD。 FX2N2AD 可混合使用电压输入和电流输入， 2 个通道的输入特性相同，之前选型的变送器为电流输入。 下图 为 FX2N2AD 与 MIK PCT300以及 PT100 的接线图。 因为 FX2N2AD 与 FX2N2DA 与三菱 PLC 的接线方式是一样的，都是通过延伸电缆进行链接，下图 可理解为为 FX2N2AD 与三菱 PLC 的连接图 如图 为温度值 /模拟量对应关系，不同的温度对应不同的电流值，因为 PT100 的上限为 850 度且 FX2N2AD 模块的输入模拟电流上限为 40mA,考虑到安全问题，将 20mA 作为 600 度对应的模拟量，整体提高了安全系数。 图 三菱 PLC 与 FX2N2AD 的接线方式 图 FX2N2AD与 PCT300以及 PT100的接线图 M I K P C T 3 0 0+P T 1 0 0 F X 2 N 2 A DV I NI I NC O MV I NI I NC O MC H OC H 1M I K P C T 3 0 0+P T 1 0 0常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 9 上位机监控 上位机俗称 PC 机，上位机监控的作用是用来显示系统的工作情况，并把这些工作情况及时的反映到屏幕上，并且要发出控制指令。 “友好”的屏幕画面，高效的主机处理能力，让越来越多的工业所匹配。 并且通过 MCGS 软件可以制作各种让人满意的设备工作画面。 本系统需要将铅炉的温度以及冷却装置的温度展现在屏幕上，设计可以通过 MCGS 软件制作出符合工业标准的组态画面，达到设计要求 ,最终确定上位机的型号为 IBM T61。 气动回路 气动回路是用来为蓄电池电极铸焊提供动作， 整个设备的加工动作离不来气动回路，不同的气动回路会产生不同的动作。 本设计本设计气动需要控制自动合闭操作门→模具加热→极群焊接→刮铅板刮铅→模具冷却→脱模入壳等系列流程。 至少有 8 个动作，所以要配对 8 个气缸和 8 个电磁阀。 但是 PLC与气缸是不能直接相连的，必须通过电磁阀来控制气缸的行动的方向，首先先介绍下电磁阀：在气动系统中，电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。 电磁阀的作用就是在控制系统中按照控制的要求来控制气体的流动方向，可以通过不同定制的电磁阀来控制一个气体多路的 运动方向，就如同三项电路中的继电器线圈的通断，只不过是动力源不同而已。 而阀体是控制算法得以实现的重要设备。 但是不是所有的电磁阀都能与 PLC 进行相连，原因是要看电磁阀的线包电压等级，再看线包的功率，再查查 PLC 模块的带负载能力，如果 PLC 的带负载能力和输出电压等级和电磁阀的相匹配，那用 PLC 输出直接驱动电磁阀4 2 0 m A ( 4 m A ) ( 1 8 m A )( 1 2 m A )( 6 m A )( 0 ℃ )温 度 值模 拟 量( 2 0 m A )( 3 0 0 ℃ )( 6 0 0 ℃ )图 温 度值 /模拟量线性关系 第 3章 铅酸电池电极铸焊设备的电气原理设计 10 就可以了，如果电压等级不匹配或是 PLC 的带负载能力不够，那么电磁阀就不能直接与 PLC 进行相连。 为了解决这样的问题可以加中间继电器过渡一下， PLC 输出信号控制继电器线包，电磁阀的控制信号从继电器的触点上 取。 具体的实现的方法是利用电磁阀是用来控制气缸的， PLC 程序可以通过电磁阀线圈的电信号来反馈，气缸的可以滑动的指示灯应该是感应开关，是用来感应气缸位置的，当感应到气缸到达极限时给 PLC 信号，让 PLC 控制下一步动作，为了让感应开关和 PLC触点直连，感应开关必须是小功率、小电流，最终确定感应开关的型号为 DA93磁性开关 ，最大开关电流为 100mA，最大容量为 10W，符合设计要求，因为系统需要 8 个气缸，每个气缸需要 2 个磁性开关，所以需要配备 16 个 DA93 磁性开关，图 为感应开关与 PLC 的接线图。 气缸活塞有 磁石，当活塞到达感应开关位置时，感应开关会给出反馈信号，传到 PLC，进而程序会继续下一步，实现自动化。 本设计中的有些气缸需要双向移动，不单单定向的移动，所以电磁阀的位数在考虑之中，本设计采用的 5SV1308B、 5SV41015B 该产品特性： 四口三位手转阀，有三种中央功能可供选择； 换向转动轻盈，手感好，定位准确； 有效流通面积大，压力损失小； 有面板及底部两种安装形式可供选择，面板安装附安装螺母。 驱动电压为直流 24V，所以不需要中间继电器，节约成本。 但是单纯的电磁阀控制 气缸会产生前后压差变化，从而影响流量稳定，所以本设计中必须配备调速阀，可以选择 AS3201F0208S 和 AS4201F0410S。 通过查询可知电磁阀功率小可以直接与 PLC 配对，通过电磁阀的通断来传送气体给气缸，达到预期的效果。 空气压缩机的选择必须劲量的满足气缸运动的负载动力，这里选择的压缩空气压力（恒压 ），用气量约为 立方米∕ min∕台。 压缩气体输送管道：耐压强度达到 Mpa 以上，无缝管管道，直径≥φ 30mm。 如上图 所示为气动回路图，因为设计中所用的电磁阀和气缸都是单相 的，因此下图可以反映其它气动回路，表 为图 气动回路图 P L CC O MX iD A 9 3图 DA93 与 PLC 接线图 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 11 气动回路器件明细表。 表 气动回路明细表 序号 符号 名称 型号 数量 1 Y1 门气缸 SC50500S 1 2 Y Y3 模架气缸 (左、右 ) SC50200S 2 3 Y4 刮铅渣板气缸 SC40250S 1 4 Y5 刮铅板、顶出气缸 SC50250S 1 5 Y6 夹具支架气缸 SC100500S20 1 6 Y7 压盒气缸 SDSC10040S10 1 8 Y8 脱模顶出气缸 SC50250S 1 9 GC 气源处理三件套 GC60020 1 套 10 YV1 门气缸电磁阀 5SV3108B 1 11 YV YV3 模架气缸 (左、右 )电磁阀 5SV3108B 2 12 YV4 刮铅渣板气缸电磁阀 5SV3108B 1 13 YV5 刮铅板、顶出气缸电磁阀 5SV3108B 1 14 YV6 夹具支架气缸电磁阀 5SV41015B 1 15 YV7 压盒气缸电磁阀 5SV41015B 1 17 YV8 脱模顶出气缸电磁阀 5SV3108B 1 18 调速 阀 AS3201F0208S 10 19 调速阀 AS4201F0410S 4 冷却装置 冷去装置用来将铸焊完的电极迅速冷却下来，能快速的进入到下次的加工工序中，提高整个工序的效率。 目前的冷却装置有如下几种： (1)冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等，一般取 15~25mm。 (2)冷却水道数量尽可能多，而且要便于加工。 一般水道直径选用 ， ，两平行水道间距取 40~60mm。 (3)所有成型零部件均要求通冷却水道，除非无位置。 热量聚集的部位强化冷却 ，如电池兜、喇叭位、厚胶位、浇口处等。 A 板， B 板，水口板，浇口部分则视情况定。 (4)降低入水口与出水口的温差。 入水，出水温差会影响模具冷却的均匀性，故设计时应标明入水，出水方向，模具制作时要求在模坯上标明。 .运水流程不应过长，防止造成出入水温差过大。 (5)尽量减少冷却水道中“死水” (不参与流动的介质 )的存在。 第 3章 铅酸电池电极铸焊设备的电气原理设计 12 (6)冷却水道应避免设在可预见的胶件熔接痕处。 (7)保证冷却水道的最小边距 (即水孔周边的最小钢位厚度 )，要求当水道长度小于 150mm 时，边间距大于 3mm；当水道长度大于 150mm 时，边间距大于 5mm。 (8)冷却水道连接时要由“ O”型胶密封，密封应可靠无漏水。 (9)对冷却水道布置有困难的部位应采取其它冷却方式，如铍铜、热管等 (10)合理确定冷却水接头位置，避免影响模具安装、固定。 本设计所采用的冷却装置为哈夫模冷却，哈夫块上开设冷却水道，模坯上开设出水、入水管道的避空槽。 包括设于极群模具下方的冷却水槽，冷却水槽包括外冷却槽和设于外冷却槽内的内冷却槽，内冷却槽上边沿高于外冷却槽上边沿，内冷却槽连接进水管连续供水，外冷却槽连接出水管连续排水。 冷却水槽采用内外双层结构设计，其中内冷却槽高于 外冷却槽，内冷却槽进水管由水泵不停抽水，使内冷却槽一直保持满水溢出状态。 设备冷却系统采用自来水，最好采用去离子水，直径φ 20mm 的水管接入口，用水量约为 ∕ min。 冷却装置的动作必须通过 水流传感器 来实现，根据流量和φ 20mm 的水管，最终确定型号为 L20 电磁阀。 用它进行对冷却装置的控制，电磁阀得电之后冷却装置冷却水通过，当电磁阀失电时，冷却水断开，额定电压为直流 24V，所以不需要配对开关电源。 如图 所示为哈夫模的避空槽。 加热及恒温电路 加 热电路用来快速的化解铅料，便于之后的电极铸焊，所以加热装置的温度要达到 550 度左右。 本设计选用的是用电阻丝加热电路，原理和电阻炉一图 哈夫模 的避空槽 夫模冷却装置 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 13 样，因为要将铅加温到 550 度左右，电压采用三相的 380V 电压，初温 10℃，终温 550℃，升温时间 20min，确定电阻丝的功率为 3KW，电流为 8A。 恒温电路用来保证铅炉工作在制定的温度下，提高整个系统的效率，而且在高于温度的情况下，自动断开电源，在低于温度的情况下，自动打开电源，降低功耗，对于这样的设计要求，可以通过三相调压电路来进行实现，下图 为三相调压电路。