【正文】 評(píng)閱教師： 職稱： 20xx 年 6 月 SJ0061 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 摘要 鉛酸電池電極鑄造是可完成蓄電池制造的加工設(shè)備，無論是在交通、通信、電力、軍事還是在航海、航空各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，鉛酸蓄電池都起到了不可缺少的重要作用。 programmable controller。但是目前傳統(tǒng)的制造技術(shù)很難達(dá)到現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)質(zhì)量要求，鉛酸電池經(jīng)常出現(xiàn)熱失控、電壓浮動(dòng)、電池失水等問題，大大的降低鉛酸電池的壽命以及使用安全，因此在鉛酸電池電極鑄焊的過程中實(shí)施合理的、科學(xué)的、有效的質(zhì)量控制是十分必要的。目前國內(nèi)外鉛酸電池鑄焊設(shè)備的電池匯流排的焊接方式有 3 種，分別為手工焊接、半自動(dòng)鑄焊和全自動(dòng)焊接。 本文研究的內(nèi)容 面對(duì)現(xiàn)在企業(yè)中傳統(tǒng)的電極鑄焊設(shè)備，設(shè)備數(shù)量大，復(fù)雜 度比較高，對(duì)于操作人員的要求也同樣如此，所以在環(huán)境變化、人員操作時(shí)間長(zhǎng)所造成的質(zhì)量下降、合格率達(dá)不到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，成為了現(xiàn)在制造中最為頭疼的地方。 第 2 章 鉛酸電池電極鑄焊設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3 第 2章 鉛酸電池電極鑄焊設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)要求 該控制系統(tǒng)要求滿足以下幾點(diǎn)要求：鉛爐溫度可在 500℃～ 550℃之間可控制，誤差177?？紤]到在動(dòng)態(tài)情 況下，鑄焊設(shè)備的加工與實(shí)際溫度和設(shè)定溫度之間的平衡關(guān)系有關(guān)： 實(shí)際溫度 設(shè)定溫度，則開始加工； 實(shí)際溫度 設(shè)定溫度，則停止加工； 實(shí)際溫度 =設(shè)定溫度，則保持不變。 方案 1 首先繼電器控制是一種自動(dòng)電器控制，它適用于遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嘟弧⒅背Ｖ莨W(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 流小容量控制電路，并在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中供控制、保護(hù)及信號(hào)轉(zhuǎn)換用。時(shí)間繼電器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)易受環(huán)境溫度和濕度變化的影響 , 造成定時(shí)的精度不高不太符合 500 度的生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)繼電器控制是利用時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作來完成時(shí)間上的順序控制。 該方案由單片機(jī)、溫度傳感器、變換器、 AD 模塊、按鈕、控制驅(qū)動(dòng)電路、加熱裝置、冷卻裝置、氣動(dòng)元件、氣缸組成。是工業(yè)控制的核心部分。一個(gè) PLC 的控制器，可以接收幾千個(gè) I/O 點(diǎn)（最多可達(dá) 8000 多個(gè) I/O）。溫度的測(cè)量，需要傳感器，利用傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效處理。本設(shè)計(jì)自動(dòng)合閉操作門→模具加熱→極群焊接→模具冷卻→脫模入殼等系列流程一次完成。轉(zhuǎn)換電路可以用 A/D 模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為了能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的效果，必須對(duì)各個(gè)硬件進(jìn)行選型。綜上要精確檢測(cè) 500 度以內(nèi)的溫度，上述各類溫度傳感器都不符合。同樣 PT100 傳感器也滿足冷卻裝置溫度檢測(cè)電路。而且變送器可以將非模擬量變?yōu)殡娏髁炕蛘唠妷毫?，考慮到設(shè)計(jì)的環(huán)境，電壓量的波動(dòng)比較大，會(huì)造成 2 次誤差，電流量比較穩(wěn)定，適合設(shè)計(jì)的要求，所以變送器選型確定為 MIKPCT300,將 PT100 的 3 根接線接入到 MIKPCT300的接線口上 . A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬和數(shù)字世界的一個(gè)重要接口。目 前的高速 A/D 轉(zhuǎn)換器已被應(yīng)用于各種儀表、成像以及通信領(lǐng)域中。若要獲得 n 位的分辨率，逐次逼近轉(zhuǎn)換器就必須執(zhí)行 n 次比較器操作，并把每一次的結(jié)果都存儲(chǔ)在寄存器中。 FX2N2AD 可混合使用電壓輸入和電流輸入， 2 個(gè)通道的輸入特性相同，之前選型的變送器為電流輸入。“友好”的屏幕畫面，高效的主機(jī)處理能力，讓越來越多的工業(yè)所匹配。本設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)氣動(dòng)需要控制自動(dòng)合閉操作門→模具加熱→極群焊接→刮鉛板刮鉛→模具冷卻→脫模入殼等系列流程。而閥體是控制算法得以實(shí)現(xiàn)的重要設(shè)備。氣缸活塞有磁石，當(dāng)活塞到達(dá)感應(yīng)開關(guān)位置 時(shí)，感應(yīng)開關(guān)會(huì)給出反饋信號(hào)，傳到 PLC，進(jìn)而程序會(huì)繼續(xù)下一步，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。通過查詢可知電磁閥功率小可以直接與 PLC 配對(duì)，通過電磁閥的通斷來傳送氣體給氣缸，達(dá)到預(yù)期的效果。 表 氣動(dòng)回路明細(xì)表 序號(hào) 符號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 1 Y1 門氣缸 SC50500S 1 2 Y Y3 模架氣缸 (左、右 ) SC50200S 2 3 Y4 刮鉛渣板氣缸 SC40250S 1 4 Y5 刮鉛板、頂出氣缸 SC50250S 1 5 Y6 夾具支架氣缸 SC100500S20 1 6 Y7 壓盒氣缸 SDSC10040S10 1 8 Y8 脫模頂出氣缸 SC50250S 1 9 GC 氣源處理三件套 GC60020 1 套 10 YV1 門氣缸電磁閥 5SV3108B 1 11 YV YV3 模架氣缸 (左、右 )電磁閥 5SV3108B 2 12 YV4 刮鉛渣板氣缸電磁閥 5SV3108B 1 13 YV5 刮鉛板、頂出氣缸電磁閥 5SV3108B 1 14 YV6 夾具支架氣缸電磁閥 5SV41015B 1 15 YV7 壓盒氣缸電磁閥 5SV41015B 1 17 YV8 脫模頂出氣缸電磁閥 5SV3108B 1 18 調(diào)速閥 AS3201F0208S 10 19 調(diào)速閥 AS4201F0410S 4 冷卻裝置 冷去裝置用來將鑄焊完的電極迅速冷卻下來，能快速的進(jìn)入到下次的加工工序中，提高整個(gè)工序的效率。 (3)所有成型零部件均要求通冷卻水道，除非無位置。入水，出水溫差會(huì)影響模具冷卻的均勻性，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)標(biāo)明入水，出水方向，模具制作時(shí)要求在模坯上標(biāo)明。 (7)保證冷卻水道的最小邊距 (即水孔周邊的最小鋼位厚度 )，要求當(dāng)水道長(zhǎng)度小于 150mm 時(shí)，邊間距大于 3mm；當(dāng)水道長(zhǎng)度大于 150mm 時(shí)，邊間距大于 5mm。包括設(shè)于極群模具下方的冷卻水槽，冷卻水槽包括外冷卻槽和設(shè)于外冷卻槽內(nèi)的內(nèi)冷卻槽，內(nèi)冷卻槽上邊沿高于外冷卻槽上邊沿，內(nèi)冷卻槽連接進(jìn)水管連續(xù)供水，外冷卻槽連接出水管連續(xù)排水。用它進(jìn)行對(duì)冷卻裝置的控制，電磁閥得電之后冷卻裝置冷卻水通過，當(dāng)電磁閥失電時(shí)，冷卻水?dāng)嚅_，額定電壓為直流 24V，所以不需要配對(duì)開關(guān)電源。恒溫電路用來保證鉛爐工作在制定的溫度下，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，而且在高于溫度的情況下，自動(dòng)斷開電源，在低于溫度的情況下，自動(dòng)打開電源，降低功耗，對(duì)于這樣的設(shè)計(jì)要求，可以通過三相調(diào)壓電路來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，下圖 為三相調(diào)壓電路原理圖，僅供參考，不作為本設(shè)計(jì)內(nèi)容。固態(tài)繼電器可以避免 PLC 的觸點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間工作在開關(guān)狀態(tài)，造成 PLC 的觸點(diǎn)損壞，帶來的后果很嚴(yán)重。如圖 為 TSR120DAW 與 FX2N2DA 以及 JCA105 接線圖。因?yàn)殂U爐的溫度達(dá)到 500 度，所以一般接觸型傳感器不符合本設(shè)計(jì)要求，綜上考慮所以采用型號(hào)為 EESPX613 1M 非接觸型光電傳感器，該傳感器的電源電壓為 24V，輸出電流為 100mA，所以不需要配對(duì)開關(guān) 圖 TSR120DAW 的接線圖 N4 2 0 m A0 1 0 VC O MC O N T+ 5 V~ 2 2 0 V輸 入輸 出J C A 1 0 5T S R 1 2 0 D A W F X 2 N 2 D AV I NI I NC O MV I NI I NC O MC H OC H 1圖 TSR120DAW 與 FX2N2DA 以及JCA105 接線圖 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 電源。通過 數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 .PLC 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有 PLC 。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。追求高可靠性； P L CC O MX iE E S P X 6 1 31 M圖 EESPX613 1M 與 PLC 連接 第 3 章 鉛酸電池電極鑄焊設(shè)備的電氣原理設(shè)計(jì) 16 PLC 的選型 1．確定輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 PLC 型號(hào) 1）輸入信號(hào) 位置檢測(cè)信號(hào)： 7 個(gè)下限以及上限， 2 個(gè)右限和左限，共 16 個(gè)感應(yīng) 開關(guān)，需要 16 個(gè)輸入端子。以上共需要 39 個(gè)輸入信號(hào)。 以上公需要 11 個(gè)輸出點(diǎn)。 輸入端 DC24V 的 負(fù)極接公共端 1M、 2M。 PLC 輸入點(diǎn) 的 I/O 分配 表 自動(dòng)鑄焊設(shè)備輸入點(diǎn)分配表 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn)號(hào) 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn)號(hào) 門上限傳感器 X00 模架左邊右移 X23 門下限傳感器 X01 模架左邊左移 X24 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 PLC 輸出點(diǎn) 的 I/O 分配 表 自動(dòng)鑄焊設(shè)備輸出點(diǎn)分配表 PLC 外部接線圖見下圖 314， 梯形圖見附錄。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 4. 邏輯設(shè)計(jì)法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。利用傳感器來判斷動(dòng)作，達(dá)到預(yù)期要求的順序，最終完成對(duì)電池電極的鑄焊，如圖 為電池電極鑄焊加工的流程圖。采樣鉛爐溫度和冷卻裝置溫度將轉(zhuǎn)換好的數(shù)字值分別寫入到 PLC 寄存器組 D100 和 D110 中，緩存寄存器 BFM17 有兩個(gè)功能：一是設(shè)置通道字，二是表示模數(shù)轉(zhuǎn)換開始，由兩個(gè)特殊模塊寫指令 TO 分別完成，程序中第一行是選擇通道 CH1，第二行是CH1 轉(zhuǎn)換開始，第三行是鉛爐溫度讀數(shù) 據(jù)，低 8 位送 M100~M107，高 4 位送M108~M111,第四行是讀取數(shù)據(jù)存 D100，第五行是選擇通道 CH2，第六行是CH2 轉(zhuǎn)換開始，第七行是冷卻裝置溫度讀數(shù)據(jù)，低 8 位送 M120~M127,高 4位送 M128~M131,第 8 行是讀取數(shù)據(jù)存 D110，如圖 所示。一旦選擇一種模式之后，另個(gè)模式將不工作。通過前置 S1 來防止自動(dòng)程序按鈕對(duì)其的干擾產(chǎn)生誤操作。 圖 自動(dòng)程序 圖 手動(dòng)程序 第 4 章 程序設(shè) 計(jì) 25 圖 自動(dòng)程序 圖 自動(dòng)程序 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 MCGS 進(jìn)行與 PLC 連接， MCGS 用 于快速進(jìn)行構(gòu)造和生成出上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，大大地為用戶提供了解決實(shí)際在工程的完整方案以及開放平臺(tái)，可以用于數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)處理，流程控制、動(dòng)畫內(nèi)容的顯示、趨勢(shì)曲線還有報(bào)表輸出。以實(shí)現(xiàn)控制各通道上下限值修改、溫度的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警提示和顯示系統(tǒng)時(shí)間等功能。如圖 所示。然后點(diǎn)擊工具箱上的實(shí)時(shí)曲線按鈕，在窗口拖出 2 個(gè)圖標(biāo)，并標(biāo)記縱軸相應(yīng)的數(shù)值。 圖 工具箱調(diào)出 圖 鉛爐溫度和冷卻裝置溫度實(shí)時(shí)曲線 圖 報(bào)警按鈕 第 4 章 程序設(shè) 計(jì) 29 點(diǎn)擊工具箱上的輸入框，在屏幕中拖出合適的窗口，并將鉛爐溫度上限和下限標(biāo)注，以及冷卻裝置上限標(biāo)注。 控制界面做好后，我們總結(jié)一下需要定義哪些變量，以便在控制界面上能夠?qū)崿F(xiàn)元件的仿真運(yùn)行，指示燈的亮滅，以及溫度值大小的顯示，在這個(gè)系統(tǒng)的控制界面上我們用到了 3 個(gè)燈的亮滅，所以變量須定義 3 個(gè)開關(guān)型變量；實(shí)時(shí)曲線圖和溫度顯示中我們用到了 2 個(gè)溫度值大小還有 1 個(gè)液位大小以及 2個(gè)溫度上下限值的大小，所以須定義 7 個(gè)數(shù)值型變量如表 。 GX developer 仿真軟件的使用 硬件設(shè)置 在菜單命令“配置”中選擇→“ CPU 型號(hào)”，在“ CPU 型號(hào)”對(duì)話框的下拉列表框中選擇 CPU 型號(hào)。接下來出現(xiàn)這樣的如圖 對(duì)話框 這是梯形圖邏輯測(cè)試工具，然后會(huì)出現(xiàn) PLC 寫入加載，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊輸入輸出點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)藍(lán)色陰影時(shí)，這說明已經(jīng)成功地進(jìn)入調(diào)試界面了。 電池電極鑄焊設(shè)備控制系統(tǒng)仿真 假設(shè)工作人員按下停止按鈕 SB2 時(shí)， Y0 到 Y17 全部重置為 0，所有的電磁閥失電，這樣就能