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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于PLC的通断测试仪的设计与维修系 部： 机电工程系 学生姓名： 金宏康 专业班级： 自动13C1 学 号： 指导教师： 宋 冬 萍 2016年3月1日专心-专注-专业声 明本人所呈交的基于PLC的通断测试仪的设计与维修，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日 期： 摘要随着工业的自动化程度的不断提高，平常的设备已经很难满足社会生产的需要。尤其是在日常生活中，安全性尤为重要。本文
2、设计的PLC控制的通断测试仪就是测试漏电保护器的通断吸合等功能，确保通过测试的产品能够正常使用。本课题基于三菱PLC程序控制，结合气动控制和A57CSTD触摸屏，设计了一套可以实现测试漏电保护器通断的测试仪。课题着重对测试仪的电路图、系统硬件、工作过程、触摸屏界面等方面进行了详细的叙述，还有对后续设备保养，对常见的小问题进行解决。仪器操作简单，运行可靠、稳定。【关键词】：PLC ；触摸屏；气动；AbstractWith the continuous improvement of industrial automation, common equipment has been difficult
3、 to meet the need of social production. Especially in daily life, security is particularly important. In this paper, the design of PLC control on and off of the tester is to test the leakage protector on and off and wait for a function, ensure the products pass the test can be normal use.This topic
4、is based on Mitsubishi PLC program control, combined with pneumatic control and A57CSTD touch screen, design a set of test leakage protector can be on and off of the tester. Topic focuses on the circuit diagram, the system hardware, working process of tester, touch screen interface and so on has car
5、ried on the detailed narration, and the subsequent equipment maintenance, the common small problems to solve. Equipment operation is simple, stable and reliable operation.【 key words 】:PLC;Touch screen;Pneumatic目录引言漏电保护器是保障用电者人身安全的一项技术措施。在近几年，漏电保护器得以推广并使用。1870年旋转电机的发明之后，在欧美国家电这项能源得到了广泛的使用，与此同时出现了因触电
6、而导致死亡的事件。1879年，在法国里昂市发生了世界上第一起触电事故，1883年到1888年内美国有200人左右因触电身亡，引起了人们对安全用电的关注，并对此展开了研究工作。在本论文设计的通断测试仪就是测试漏电保护器，选用三菱PLC作为程序控制、利用A57CSTD触摸屏作为监控。此通断测试仪是用于检测各种漏电保护器动作性能的检测仪器，基本上全自动检测漏电动作电流值，基本满足目前漏电保护器的检测，特别适用于工厂大批生产漏电保护器的测试。本论文通过对通断测试仪的设计，可以系统的掌握对工业自动化设备的控制原理、设计思路和控制方法，并且能够深入了解该通断测试仪的性能与构造。一、绪论（一）漏电保护器发展
7、现状漏电保护器在国内外都应用得十分广泛。工业、学校、企业、政府、农业和服务业等用电场所，以及家庭和医院都必须要安装漏电保护器。在制造漏电保护器的初步阶段，欧洲国家将其重点放在预防上，美国和日本的重点则放在防止接地时而导致的火灾上。而在近几年日本也将重点转移至预防上。在1961年，日本因触电而死亡的人数达到了182人，低压占了其中的一半，在漏电保护器得以广泛推广使用之后，1986年死亡人数则为48人，低压仅仅占了其中的35%。自从70年代开始，国外发达国家研制漏电保护器的重点，将对设备安全的重点转移至人身安全，与此同时也考虑些防火因素。所以出现了电流动作型向电压动作型转变这一趋势。在以日本为首的
8、工业发达国家在对漏电保护器进行研发的时候不断向多品种，多功能方向发展。最早能够批量生产的是当时的富士电机株式会社，于1967年开发SG系列电磁式漏电断路器，70年代末期大批量供应市场，80年代局部改进。国外重视漏电保护器产品发展和使用的同时也对其制定了相应的标准。1963年，联邦德国制定出电流动作型漏电保护器的产品标准后又发表了安装标准。欧美发达工业国家在漏电保护器的研发中不断考虑有关标准和规程，并予以实施以此来确保安全规范。我国针对漏电保护器的研究要晚于欧美等发达国家，我国自70年代开始自主研制漏电保护器。1974年，在我国的农村率先试用电压型漏电保护器，随后又研制出电流型漏电保护器。197
9、8年，全国农村安装简易电压型漏电保护器约有21万台，电流型漏电保护器的产量在不断增加。电流动作型漏电保护器是当今世界的发展方向。目前，国内的漏电保护器质量不高，品种不多，数量不大，使用不广。所以我国有些企业专注于漏电保护器的研制与生产，目前有些获得了不少傲人的成绩。（二） 漏电保护器相关数据根据漏电保护器的工作原理来分类的话，可以分为电流型、电压型和脉冲型三种。其中电流型的应用最为广泛。脉冲型电流保护器是当发生触电的时候，使得三相不平衡漏电流的幅值或者相位，产生的突然变化，以此为动作信号。电压型保护器是接在变压器的中性点和大地之间，当发生触电时中性点偏移对地产生电压以此切断电源。但电压型保护器
10、是针对整个配变的低压网进行保护，不能分级保护，所以停电范围大、动作频繁，已经被逐步淘汰。所以针对电流型漏电保护器，来设计通断测试仪，以此来检测漏电保护器的UL TSET，保证漏电保护器的正常使用。（三） 该课题设计的背景本论文设计的是基于PLC的通断测试仪，这个测试仪主要针对漏电保护器的的UL TEST。漏电保护器通过通断测试仪的6项测试方可合格，该漏电保护器才能进入下一道工序进行测试。此通断测试仪测试过程虽然简单，但是也运用了好多知识进行设计。这对于我来说非常具有挑战性，使我增加不少经验和阅历。（四）研究该课题的意义本论文在设计时，就充分考到学生对生产安全重要性的认知，采用了PLC的设计方式
11、，测试出漏电保护器的通断性能良好。使用触摸屏和蜂鸣器使得操作者更加简单方便地看出漏电保护器的不合格产品。使用继电器加气动，能够使用机器测试，不需要人用手来按漏电保护器的测试和复位按钮。使得设计更加方便、人性化，易于操作。二、通断测试仪总体设计（一） 仪器主要设计该通断测试仪的设计是为了测试漏电保护器的通断方面的性能，所以首先给该仪器设计个气动电磁阀加气缸，接入气动装置，如图2-1所示。气动电磁阀通过控制阀体的移动来点测接入通断测试仪的漏电保护器产品。该设计还有对产品测试过程中和测试完之后的一些处理，如测试出不合格产品，蜂鸣器就会发出警报，提醒测试人员，也方便检查是哪项问题，能够得到及时反馈，送
12、到维修部位门方便对漏电保护器维修。该仪器的设计充分考虑到操作者和产品维修之间的关系，使得两者的沟通更为方便简单。该测试仪的主要功能也就是这样，还有就是测试产品的型号不同，测试方法也就不同，但是过程和结果都十分类似。有一种产品的测试过程稍微有些复杂，就是在测试前接入几根线，之后方可测试。因为该型号的漏电保护器分为连线式和插头式，插头式易于操作，连线式比插头式多根线，所以要把连线式的插头插进测试仪才能够进行测试。这就是连线式和插头式漏电保护器在通断测试仪上。（二） 仪器主要组成该通断测试仪的组成由： 1.A57CSTD触摸屏该触摸屏的人机界面产品拥有256色STN彩色显示，方便使用者使用，硬体结构
13、高速，呈现在用户面前是一个又好用有可规划的输入界面。特点就是可以支援各该厂商现有以及将来的PLC，快速执行的巨集，USB的上载和下载，支持配方管理，两个通讯口可以使用不同的协定，支持离线和在线模拟，支持SMC卡。如图2-2所示为该触摸屏参数。图2-2 触摸屏参数 2.接近开关 在各种各样的开关里面，一类元件有感知靠近它的物体的能力叫做位移传感器。接近开关就是利用位移传感器的敏感特性对接近物体达到控制开关和通断的目的。当物体慢慢靠近接近开关时，并且物体移动的位置达到了位移传感器的感知距离，开关才会动作。这个距离通常被称作“检出距离”，不同的接近开关它的检出距离也不同。有时被检测物体是按一定的时间
14、间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。“响应频率”是指不同的接近开关，对检测物体的响应能力又是不同的。在此测试仪中接近开关的主要运用就是配合气缸，进行来回多次的测试漏电保护器的测试和复位按钮，保证以一定的频率测试，才能够测试出漏电保护器的合格品和不合格品。下面表格为接近开关参数表。 接近开关参数表Sensor Body Material/本体材质A.B.SFilling/填充物EpoxyMax Contact Rating/最大功率10WMax Switching Voltage/最大开关电压100 VDCMax Switching Current/最大开关电流0.
15、5AMin Breakdown Voltage/最小崩溃电压220 VDCMax Carry Current/最大负载电流1.0AMax Contact Resistance/最大接蚀电阻100mMin Insulation Resistance/最小绝缘电阻108Release Time/感动时间0.1MS MaxOperate Time/释放时间0.4MS Max 3.气缸，活塞杆，以及气管 该设计采用的是CDJ2810-30-A型号，最大负荷为10N，缸径为10mm。 活塞杆是支持活塞做功的连接部件，是一个运动频繁、技术要求较高的运动部件。其加工质量影响整个产品的可靠性。 气管软管采用聚
16、氨酯软管，专用于气动元件，该软管适应温度广可在-40 120之间正常使用，工作压力在0.7-200MPa 4.继电器 该测试仪主要采用的是欧姆龙固态继电器，如图2-4，该继电器型号为LY2N-J。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，被广泛应用于通讯、遥控、自动控制及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。欧姆龙继电器有以下几种作用：（1） 可以扩大控制范围，当多触点继电器的控制信号达到一定值的时，就可以按触点组的不同形态，同时进行换接、开断、接通多路电路。（2） 可以用一个很微小的控制量来控制很大功率的电路。（3） 当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时候，经过比较而达到预定的控制效果。
17、（4） 仪器上的继电器可以与其他电器一起组成程序控制线路，实现自动化运行。图2-3欧姆龙固态继电器5. 电路框图这是对于突然断电比过负载造成的损失更大的线路，如图2-4电路框图，这是能够与微型断路器、熔断器等设备进行配套使用，这是为了实现配电线路的报警，提前预警线路的过负荷状态，从而减少由于断路器跳闸而产生的损失。图2-4电路框图（三） 主要控制选择该设计主要采用的是三菱PLC程序来控制 ，用一个A57CSTD同时和一个三菱PLC和两个台达变频器进行通讯与PLC通讯，选择了COM2。与两个变频器通讯，我选择了COM1，然后再用一个232转485的接口进行转接到两个变频器上面。我要做的是人机界面
18、时刻读取PLC上面数据的变化，进而控制两台变频器的运行然后用com1与PLC连接，com2与两台变频器做串行通讯。三、通断测试仪系统设计 （一）系统电路图 1.电路图电源部分电源电路的功能和组成每个电子设备都有一个供给能量的整流电源，该电子电路中的电源采用的是低压式直流电。所以要想从220V电变换成直流电的话，应该先把220V交流电变成低压交流电，然后用整流电路变成直流电，最后用滤波电路滤除交流成分后就得到直流电。一般电子设备对电源质量要求很高，所以还需要增加一个稳压电路。因此整流电源的组成一般有四大部分，见图4-1。其中变压电路就是一个简单的铁芯变压器。图4-1：电源部分2.单相桥式整流电路
19、部分利用单向导电性的整流元件，把大小和方向都变化的交流电变换为方向不变大小仍有脉动的直流电。利用二极管的单向导电性组成整流电路，可将交流电压变为单向脉动。此电压电路采用的是四个二极管，接成桥式结构，,见图4-2。利用二极管的电流导向作用和利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。图4-2：单相桥式整流3. 其他电路部分 其他电路部分主要是保证测试仪在使用过程中和不使用的情况下能够保持其安全功能。在使用过程中能够满足测试产品的要求还有就是保障测试者的用电安全，在仪器不用的情况下需要及时关闭测试仪，以免造成不必要的损失。具有
20、不同的感应温度达到了8个感应器，可以被连接到测试回路输入端，因此只要一个马达保护器，就可以监控制引擎驱动。电机保护器接线图被监控区域的温度超过了感应器的正常反应温度，则它的电阻增高，同时保护器就把电流接触器关闭。当温度降低到规定温度内，这个模块就重新启动。输出继电器提供可转换连接，同时温度不超过规定的温度，它就会提供能量，使它具有了自我监控功能。图4-3：电路图其他部分（二）基于PLC控制的站点电源、接近开关、保护元件、电缆布线、传感器、继电器、电磁阀、伺服电机、变频器、HMI等。I/O分配表控制信号元件名称元件符号地址编码输入信号启动按钮SB1I0.0停止按钮SB2I0.1输出信号蜂鸣器HA
21、1Q0.1指示灯LED1Q0.2UL TSET1PASS1Q0.3UL TSET2PASS2Q0.4UL TSET3PASS3Q0.5UL TSET4PASS4Q0.6UL TSET5PASS5Q0.7四、 触摸屏设计可编程控制器（PLC）在工业现场控制方面一直占据着重要的位置。随着电气控制技术的不断发展，可编程控制器与触摸屏在电子工业控制中相结合的应用越来越为广泛。触摸屏是一种连接人和机器（主要为PLC）的人机界面（或称为HMI）,被称为可编程终端，它区别于其他传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数的设置、数据的显示和存储、并以曲线、动画等形式描绘控制过程。PLC与触摸屏的相结合使
22、用，一方面扩展了PLC的功能，使其具有图形化和交互式工作界面的独立系统，另一方面减少了操纵台上开关、按钮的使用数量，使操作更简便。目前在一些控制要求比较高、参数变化多、硬件接线有变化的场合，触摸屏与PLC组合起来应用形式已占多数。在该系统中触摸屏主要用于显示数据的功能。为实现此功能，就得接入相应的PLC程序。因为该测试仪中的触摸屏设计功能相对较为简单，见表格4-1。只能够显示测试数据，就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量来直接反应被测对象的功能,也就是测试过程中通过的具体项目和没通过的具体项目。主界面输入输出开始按钮蜂鸣器UL TESTLED触摸屏界面设计 图5-1测试产品前（一）系
23、统前期调试测试仪测试产品阶段，见图5-1，将待测产品放入待测区，插头紧插入插座内。然后待测产品还需要与顶针多次磨合才可紧密接触，这样的话保证了待测产品在测试前还有测试过程中能够保持足够的稳定性。按下启动按钮，这时候导向气缸开始下降到下极限，同时单作用气缸也下降到下极限，顶针上升同时顶针上升到与产品接触，此时单作用气缸下降，开始向产品外壳处的测试按钮靠近，观察气缸是否紧密压住测试按钮，如果没有，可以调节气压值或者用手移动单作用气缸的位置，使其能够压住测试按钮。单作用气缸压住测试按钮的同时观察待测产品电源灯的状态，如果电源灯是亮的话则为正常状态，见图5-2。如果电源灯没有亮，可能是产品没有与该测试
24、仪紧密接触。那么按复位按钮，气缸上升，顶针下降。再次测试，如果灯依旧不亮则为产品问题，见图5-3。 图5-2测试中图5-3测试中图5-4测试按钮（二）系统后期调试在测试仪测试对产品进行测试的时候，测试仪中间的触摸屏会显示出某一项正在测试的内容见图5-5中的UL TSET 从1到5的过程，在测试的过程中，产品测试5项全部通过的话那么该测试仪检测出来的产品是没有问题的，如果有一项没过的话，就会显示不通过并且蜂鸣器会发出警报来提醒测试者。 图5-5触摸屏养与维修 保养分为预防保养和时候保养还有改良保养，主要就是针对预防保养，在发生事故或者问题之前能够发现或者尽量延长其寿命。定期保养是根据零件劣化参数
25、，制定保养周期，周期一到就立刻跟换，还有一种定期保养的方式是定期拆解设备并点检，判读并跟换不良零件。还有就是事后保养，事后保养不执行点检、跟换，测试仪故障后才进行维修跟换（这样的情况较为少见）。日常点检必不可少，使用之前就必须要对其他测试仪进行点检，就是简单的用万用表测试测试仪的电压是不是在指定的范围内。如果不在就进行调试维修。使用中的测试仪应该实施预防保养，使突发事故的次数降到最低。在进行过程中，要将测试仪发生的各种异常现象做一个完整的记录，以方便提供预支保养或计划保养的依据，避免造成过度保养的浪费。 （二）测试仪常见故障测试仪在经过长时间反复的测试后最容易出问题的就是气缸方面，因为在气动系
26、统中设备硬件方面磨损最多的还是气缸。对气缸进行维修的情况很少，一般情况下我们会对测试仪损坏的硬件设备跟换新设备，但是在紧急情况下，可以对气缸漏气、不动作、动作缓慢或串气的现象见图6-1，可以对其进行简单的维修。图6-1气缸漏气首先使用卡簧钳将气缸尾部的螺丝卸掉，将气缸活塞取出，活塞上面会有一个橡皮圈，一般气缸不动作、动作缓慢或串气都是由于这个橡皮圈磨损过多造成的，将橡皮圈取下，然后再将新的橡皮圈装上，最后将气缸缸体清洗干净并确保两个进气口能够通气正常，在缸体内壁擦少量的无杂质的黄油再将气缸尾部的的卡簧装好，这样修好以后还可以延长该气缸一年到二年的寿命。有时候测试仪也会发生漏电和击穿故障导致测试
27、仪无法正常使用，这时候就应该检查电路，多半是电容器的故障表现。只需要跟换相同规格型号的电容器就可以了，一般来说这些情况都是很少发生。七、总结与期望 （一）测试仪设计总结 本论文对先漏电保护器进行介绍然后再对其发展性也做了描述，结合我所学过PLC技术和触摸屏以及其他知识来设计了用于测试漏电保护器的功能的测试仪。由于资源有限性设计还存在一些问题：1. 系统电路图不够完善。2. 系统运行试调初期存在问题。（二）展望 在测试仪使用过程中也比较方便，区别于其他传统的测试仪，该测试仪的优点在于不用测试者在测试时按过多的测试按钮。这样就节约了测试者的时间也提高了生产效率。我相信在不久的将来，在科技更加发达的
28、明天我们能够完全实现工业自动化，来创造更加美好的未来。致谢在此论文撰写过程中，首先我要诚挚的感谢我的导师宋冬萍老师，在近一年的时间里，得到了宋老师的悉心指导。在本论文的写作过程中她为我的论文提出了许多宝贵的修改意见，没有宋老师的帮助也就没有今天的这篇论文。在这个过程中，宋老师总是严格要求我，没有丝毫马虎，针对我的一些问题，她也总能够提出针对性的见解，同时她也注重对我自学能力的培养。这一切都使我学到更多的知识，培养了我独立做研究的能力。宋老师的严谨治学的态度与求实的工作作风及丰富的学识留给我深刻的印象，使我受益匪浅。其次，要感谢我请教过的老师、学长、同学，他们的热情帮助和鼓励才使我对自己有了更强
29、的自信心，才使我能更顺利的完成这篇论文。在毕业论文即将完成之际，大学的学习生活也已接近尾声，在此，我想对帮助过我的老师和同学们表达由衷的谢意，感谢大家三年来对我的关心和照顾！感谢几年来给我们上课的老师与学院的各位校友和同学们，正是有他们的辛勤劳动，才使我今天有足够的能力完成这篇论文，在此向他们表示真诚的谢意。最后要我要感谢我的学校，是它为我提供了良好的学习环境。本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！由于本人能力有限，论文中肯定还存在很多不足之处，欢迎老师和同学们批评指正，在此我向他们表示深深的感谢！参考文献1熊保辉.电子技术基础. 中国电力出版社，2006:2张洪润.传感器应用设计300例.北京航空航天出版社，2007:3王兆安.电力电子技术M.机械工业出版社，2007:4吴拓.实用机械设备维修技术化学工业出版社，2013:附录电路框图电源部分