繼電器自動(dòng)化裝配機(jī)構(gòu)測(cè)試控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：繼電器是一種常用具有開(kāi)關(guān)特性的電力電子控制器件。提高企業(yè)繼電器生產(chǎn)制造水平的過(guò)程中須采用先進(jìn)的自動(dòng)化裝配工藝和控制技術(shù)。文章針對(duì)電器自動(dòng)化生產(chǎn)線總線的規(guī)劃方案，設(shè)計(jì)了裝配機(jī)構(gòu)和測(cè)試電器控制系統(tǒng)。首先本文闡述了產(chǎn)品制造過(guò)程中裝配工藝的重要性，也分析了自動(dòng)化裝配工藝在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀。其次描述了繼電器的各個(gè)零件及在結(jié)構(gòu)上的作用，根據(jù)繼電器的裝配工藝，確立了裝配機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則與思想，并提出機(jī)械設(shè)計(jì)方案。本文對(duì)繼電器的裝配機(jī)構(gòu)采用了“標(biāo)準(zhǔn)”與“非標(biāo)準(zhǔn)”機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，綜合可靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，評(píng)估機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化裝配；繼電器；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)

1概述

目前自動(dòng)化裝配技術(shù)已普遍應(yīng)用，在國(guó)外某些發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視自動(dòng)化裝配的研究，也建立了一套屬于自己的自動(dòng)化裝配理論。因國(guó)內(nèi)從事裝配研究人員不多，在新老產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，較少的考慮自動(dòng)化裝置，所以技術(shù)水平與其相比還有一定差距，特別是可編程自動(dòng)化裝配機(jī)，即裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)工藝。

2繼電器X

繼電器（Relay），一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)，也是電力電子控制器件。它的主要作用是利用小電流控制大電流，通用于功率器件通斷場(chǎng)合，在中間自動(dòng)調(diào)節(jié)，安全保護(hù)電力轉(zhuǎn)換，也稱電驛。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)和工作原理都有不同的分類，包括：電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器、速度和壓力繼電器等。

2.1繼電器X結(jié)構(gòu)

繼電器X的外殼包裹著繼電器X內(nèi)所有的工作零件，對(duì)整個(gè)繼電器機(jī)構(gòu)有著保護(hù)作用。在繼電器X中基座對(duì)所有工作零件起到了支撐作用。掛鉤的作用就是將銜鐵固定在基座上。

2.2繼電器的工作原理

繼電器X為單饒組雙開(kāi)關(guān)型繼電器，其工作原理是當(dāng)?shù)蛪嚎刂贫薃B通電時(shí)，由鐵芯和線圈組成的電磁鐵工作把銜鐵吸下來(lái)。銜鐵與開(kāi)關(guān)接觸片通過(guò)特殊形狀的卡扣而連接。當(dāng)銜鐵被吸下來(lái)時(shí)，由于卡扣的聯(lián)動(dòng)作用，開(kāi)關(guān)接觸銅片的觸點(diǎn)C脫離常閉接觸銅片上觸點(diǎn)D與常開(kāi)接觸銅片上的觸點(diǎn)E相導(dǎo)通，則C-E之間導(dǎo)通而C-D之間斷開(kāi)。其工作原理示意圖如圖2。

2.3繼電器自動(dòng)化生產(chǎn)總線

繼電器X自動(dòng)化生產(chǎn)總線規(guī)劃方案由某電子股份公司提出，并對(duì)于成品所經(jīng)歷的每一道工藝流程做了詳細(xì)說(shuō)明。①?zèng)_壓整形鐵芯和銜鐵；②將線圈裝入鐵芯中并一起裝入底座，形成第一階段半成品；③將掛鉤裝入第一半成品之中，并調(diào)整其形狀，形成第二階段半成品；④將銜鐵的一端扣住掛鉤裝入第二階段半成品中，形成第三階段半成品；⑤將開(kāi)關(guān)接觸銅片裝入第三階段半成品中，并對(duì)其進(jìn)行前后壓力測(cè)試，形成第四階段半成品；⑥將常閉接觸銅片裝入第四階段半成品，形成第五階段半成品；⑦將常開(kāi)接觸銅片裝入第五階段半成品，形成第六階段半成品；⑧將第六階段半成品的三個(gè)接觸銅片針腳進(jìn)行點(diǎn)膠，推入隧道爐中烘烤，形成第七階段半成品；⑨將卡扣裝入第七階段半成品并對(duì)其精心壓力測(cè)試和縫隙檢查，形成第八階段半成品，對(duì)不合格的半成品進(jìn)行人工調(diào)整；⑩將第八階段半成品進(jìn)行接觸片測(cè)試，合格的半成品裝入外殼，不合格的篩選出來(lái)，形成第九階段半成品；⑪對(duì)第九階段半成品進(jìn)行測(cè)試，將品質(zhì)合格的半成品所有針腳上錫并把外殼與基座之間進(jìn)行封膠處理，推入隧道爐中烘烤，形成第十階段半成品；⑫對(duì)第十階段半成品進(jìn)行外觀檢查，外觀合格的進(jìn)行超聲波密封，并進(jìn)行真空測(cè)試和300次狀態(tài)轉(zhuǎn)換測(cè)試。篩選出不合格半成品，最終形成成品；⑬對(duì)最終成品進(jìn)行激光打標(biāo)并進(jìn)行人工收取。

3基于繼電器自動(dòng)化的測(cè)試原理與控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1裝配機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)原則

由繼電器X自動(dòng)化生產(chǎn)線總線規(guī)劃方案可知，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)應(yīng)遵循：所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)須保證人員安全，以成熟的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方案作為依據(jù)；便于后期的維護(hù)和更換。還需通過(guò)對(duì)部分子機(jī)構(gòu)的修改替換實(shí)現(xiàn)整體新功能，方便工作人員操作，所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)美觀大方合理利用空間。最終，機(jī)構(gòu)制造所需要的成本應(yīng)與所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)為企業(yè)創(chuàng)造的利益相符合。

3.2主要功能機(jī)構(gòu)

在設(shè)計(jì)出具獨(dú)立功能機(jī)構(gòu)的前提下，需實(shí)現(xiàn)繼電器X最終裝配功能所需要的獨(dú)立功能，在此基礎(chǔ)上再對(duì)各子機(jī)構(gòu)和機(jī)械裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)裝配流程完成繼電器零部件的最終裝配需要，其中包括零部件上料，夾運(yùn)，裝配運(yùn)輸?shù)冗@些獨(dú)立功能。根據(jù)繼電器X裝配機(jī)構(gòu)的這些獨(dú)立功能，可劃分為移動(dòng)定位機(jī)構(gòu)，分料機(jī)構(gòu)，上料機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)夾取機(jī)構(gòu)等主要功能機(jī)構(gòu)。針對(duì)已完裝配的繼電器X，設(shè)計(jì)一個(gè)可控制系統(tǒng)來(lái)提出不滿足測(cè)試要求的產(chǎn)品。

3.3繼電器X的測(cè)試原理

在裝配機(jī)構(gòu)完成繼電器的組裝后，根據(jù)繼電器X自動(dòng)化生產(chǎn)總線規(guī)劃，還需經(jīng)過(guò)一系列的工藝流程和測(cè)試流程，才能成為最終產(chǎn)品。測(cè)試流程是保證產(chǎn)品品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，主要針對(duì)繼電器的吸合轉(zhuǎn)換功能，保持功能以及釋放功能。設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)測(cè)試已裝配完成的繼電器X，并不能滿足其對(duì)次品剔除的要求。繼電器X吸合與釋放電壓常用“直流法”測(cè)量。其方法是被測(cè)繼電器接入電流表和直流穩(wěn)壓電源，再把電壓表并入線圈兩端。調(diào)高電源輸出電壓，觀測(cè)觸點(diǎn)狀態(tài)變化。在聽(tīng)到吸合聲后記下吸合電壓和吸合電流；再其吸合后，緩慢調(diào)低輸出電壓。在聽(tīng)到釋放聲后，記下釋放電壓和釋放電流。將多組繼電器進(jìn)行吸合與釋放測(cè)，提取電壓電流平均值，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性。圖3為繼電器X測(cè)試原理圖。A、B端口為線圈通電端口，C、D為常開(kāi)觸點(diǎn)端口，將四個(gè)端口利用金屬引腳延伸外部與測(cè)試電路相連，進(jìn)行常開(kāi)觸點(diǎn)測(cè)試。

3.4繼電器X裝配機(jī)構(gòu)和測(cè)試控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

繼電器X測(cè)試的控制系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，該系統(tǒng)包括入料工站、分料工站及測(cè)試工站由圖4所示。其中入料工站是改變繼電器X在輸送物料軌道上的放置狀態(tài)，該放置狀態(tài)方便繼電器在測(cè)試工站被操作；分料工站則將輸送物料軌道上的繼電器以兩個(gè)一組的方式推入測(cè)試工站里固定繼電器的卡盤的凹槽里，該工站起到了分隔和推送繼電器的作用。而測(cè)試工站又包括了測(cè)試、搬運(yùn)和剔除次品這三部分。搬運(yùn)部分首先使卡盤逐步移動(dòng)讓分料工站推入每組的繼電器填滿卡盤，卡盤每次可以被待檢測(cè)的繼電器填滿。然后卡盤將繼電器移動(dòng)到測(cè)試機(jī)構(gòu)下進(jìn)行測(cè)試。利用測(cè)試探針對(duì)卡盤里的繼電器進(jìn)行吸合電壓和釋放電壓測(cè)試。最后將測(cè)試不合格的繼電器，由次品剔除部分推入次品回收盒。

3.5控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

繼電器X測(cè)試的系統(tǒng)硬件主要有六部分構(gòu)成，包括PLC控制核心、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、功能機(jī)構(gòu)、供電系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)。其中動(dòng)力系統(tǒng)主要有氣動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)系統(tǒng)兩部分。

3.6控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是PLC控制系統(tǒng)的核心，程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量關(guān)系著系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定定和可靠性。它是由主程序和子程序構(gòu)成，每一個(gè)子程序?qū)?yīng)著不懂功能的模塊，主程序通過(guò)控制子程序來(lái)協(xié)調(diào)各功能模塊的工作。圖6為控制系統(tǒng)主程序流程圖。其中模塊的功能主要包括：初始化模塊，自動(dòng)運(yùn)行模塊，手動(dòng)調(diào)試模塊，參數(shù)設(shè)置模塊和狀態(tài)顯示模塊，子程序?qū)?yīng)各模塊功能如表1所示。

4結(jié)論

本文依據(jù)企業(yè)提供的繼電器生產(chǎn)線總線的規(guī)劃方案，通過(guò)對(duì)繼電器裝配工藝進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化程度很高的繼電器X裝配機(jī)構(gòu)。針對(duì)繼電器X生產(chǎn)制造的最后一道工藝測(cè)試環(huán)節(jié)與測(cè)試原理，學(xué)習(xí)了PLC控制系統(tǒng)方法并設(shè)計(jì)了繼電器X測(cè)試的控制系統(tǒng)。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，因整個(gè)機(jī)構(gòu)布局大致呈直線型，導(dǎo)致空間利用沒(méi)有達(dá)到最大化，造成了生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，還變相提高了生產(chǎn)成本。將控制系統(tǒng)引入現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)繼電器X在測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)工站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便后臺(tái)實(shí)施參考，提高企業(yè)的生產(chǎn)制造管理水平。

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作者：栗旭東 單位：國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司河南回龍分公司安全監(jiān)察質(zhì)量部