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全自动手控开关疲劳寿命测试系统的研究与开发

作　者: 蒋媛媛
导　师: 周克栋
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 寿命测试系统等宽凸轮动力学仿真 LabVIEW监控界面 PLC运动控制 OPC通信技术
分类号: TM564
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

手控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。目前现有的低压开关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。为推进开关试验产业的进步,提供可靠的寿命预测科学依据,开发一种符合试验规范、效率高的多功能智能化开关疲劳寿命测试系统具有重要意义。本文以按钮型低压开关疲劳寿命测试系统为研究对象,进行总体方案设计及各模块实现方法研究,并通过实验验证方案设计的可行性。首先简要介绍了手控开关寿命测试仪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,提出测试系统总体方案,包括系统机械结构设计和监控系统开发。然后分别对结构设计、监控系统硬件电路、实时通信方法以及上下位机软件开发四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,详细介绍了核心运动构件等宽凸轮机构的设计过程,并利用ADAMS软件仿真分析机构运动的稳定性。监控系统采用以LabVIEW和PLC为核心的分散式控制结构,运用OPC Server和DataSocket网络通信技术实现上下位机实时通信。引入模块化编程思想,实现PLC动作控制程序编译以及上位机用户监控和管理软件设计。最后通过实验,验证了所设计的手控开关疲劳寿命测试系统符合性能指标要求,且该系统具有灵活控制和监视测试过程、及时了解和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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
图表目录  8-11
1 绪论  11-17
  1.1 课题的来源、目的及意义  11-12
  1.2 国内外概况  12-15
    1.2.1 国内外开关寿命测试系统的研究现状  12-13
    1.2.2 国内外开关寿命测试系统相关技术的发展与应用  13-15
  1.3 本课题的研究内容  15-17
2 开关疲劳寿命测试系统总体方案设计  17-23
  2.1 开关寿命测试系统的工作原理  17-18
  2.2 系统设计要求及功能要求  18-19
    2.2.1 开关电器寿命试验介绍  18
    2.2.2 开关寿命测试系统设计要求  18-19
    2.2.3 开关寿命测试系统功能要求  19
  2.3 系统总体方案设计  19-22
    2.3.1 试验台机械结构方案设计  20
    2.3.2 监控系统方案设计  20-22
  2.4 本章小结  22-23
3 系统机械结构设计及其动态仿真  23-38
  3.1 试验台总体结构设计  23-24
    3.1.1 结构设计准则  23
    3.1.2 试验台总体结构  23-24
  3.2 按压执行机构的设计  24-31
    3.2.1 等宽凸轮机构的设计  25-30
    3.2.2 缓冲式按压器的设计  30-31
  3.3 智能定位机构的设计  31-32
    3.3.1 工作原理  31
    3.3.2 螺旋传动机构  31-32
  3.4 开关疲劳寿命测试系统动态仿真  32-37
    3.4.1 多刚体动力学模型的建立  32-35
    3.4.2 仿真结果分析  35-37
  3.5 本章小结  37-38
4 监控系统硬件设计及通信实现  38-48
  4.1 系统硬件总体结构  38
  4.2 系统硬件组成  38-41
    4.2.1 可编程序控制器及其扩展模块  38-39
    4.2.2 步进电机驱动系统  39-40
    4.2.3 无刷直流电机  40
    4.2.4 增量式光电编码器  40-41
  4.3 系统电路设计  41-43
    4.3.1 智能定位控制电路  41-42
    4.3.2 按压动作控制电路  42-43
  4.4 PC-PLC实时通信技术研究  43-47
    4.4.1 上下位机硬件接口  43
    4.4.2 PLC与LabVIEW通信技术概述  43-44
    4.4.3 PLC与LabVIWE的OPC通信  44
    4.4.4 基于DataSocket网络通信技术的OPC通信实现  44-47
  4.5 本章小结  47-48
5 监控系统软件设计与实现  48-68
  5.1 软件总体架构  48-49
  5.2 PLC控制程序设计与实现  49-61
    5.2.1 S7-200 PLC模块化编程  49-51
    5.2.2 控制系统主程序OB1设计  51-52
    5.2.3 智能定位子程序设计  52-56
    5.2.4 按压动作控制子程序设计  56-60
    5.2.5 开关故障自诊断子程序设计  60-61
  5.3 用户监控与管理界面的设计  61-67
    5.3.1 LabVIEW编程原理  61
    5.3.2 软件整体架构  61-62
    5.3.3 具体功能实现  62-67
  5.4 本章小结  67-68
6 实验平台搭建和实验结果分析  68-77
  6.1 全自动开关疲劳寿命测试系统实验平台  68-69
  6.2 系统调试  69-70
    6.2.1 按压执行机构运动控制的调试  69
    6.2.2 智能定位机构运动控制的调试  69
    6.2.3 整机联调  69-70
  6.3 实验结果分析  70-76
    6.3.1 按压机构运动稳定性分析  71
    6.3.2 智能定位精度分析  71-72
    6.3.3 动作控制准确性分析  72-75
    6.3.4 故障检测实验分析  75-76
  6.4 本章小结  76-77
7 总结与展望  77-78
  7.1 总结  77
  7.2 展望  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
附录  82

全自动手控开关疲劳寿命测试系统的研究与开发

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