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片式电感全自动化生产装备控制系统及精密电阻点焊电源的研究

作　者: 梁嘉豪
导　师: 郭钟宁
学　校: 广东工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 绕线型片式电感器软开关技术 DSP μC/OS-Ⅱ PLC 系统建模
分类号: TG43
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

人们对通讯、IT、消费类电子产品的需求推动了片式电感制造业的迅猛发展,片式电感的需求量在每年数百亿只以上。然而片式电感外形多变、制程复杂的特点使得它很难像其它片式元器件那样形成大规模的自动化生产,至今仍然停留在劳动密集型的手工生产或者半自动生产阶段,其生产效率低下,质量难以保证。因此,研制出一套具有完全知识产权、自动化程度高、工作可靠的绕线型片式电感器自动化生产装备显得尤其重要。本课研究题作为“绕线型片式电感器自动化生产装备”课题的一部分,主要论述装备的两个子系统:精密软开关电阻点焊电源系统以及基于PLC的控制系统。为了实时精确地采集点焊电源的焊接参数,本文通过对软开关电阻点焊电源的拓扑结构和工作原理的分析,设计出以数字信号处理器TMS320LF2407A为核心,通过真有效值转换电路采集焊接电流和电压等参数;并通过结合简单而有效的RS-485通信硬件电路,实现电源系统与PLC控制系统的通讯。在上述硬件基础上,实现了μC/OS-Ⅱ在数字信号处理器TMS320LF2407A上的移植,并在此实时操作系统中设计了移相PWM控制和串口通信处理等应用程序,提高了系统的实时性以及智能化。采用可编程控制器PLC作为主控单元,两个运动控制模块FX2N-20GM作为辅助单元实现整个装备的运动控制;并以PLC作为整个装备系统的主站,通过RS-485总线控制点焊电源控制系统和焊点质量检测系统作出相应的工序要求。运用Petri网方法,给出了PLC控制系统的建模准则,在此基础上对PLC控制系统进行建模与分析,并通过PLC程序实现了上述模型,验证了该模型的可行性与正确性。本文设计的精密软开关电阻点焊电源系统以及基于PLC的控制系统已经调试完成。结果表明,本绕线型片式电感器自动化生产装备能够有效、智能地完成片式电感的加工。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
Contents  10-13
第一章绪论  13-23
  1.1 引言  13
  1.2 国内外发展现状  13-17
    1.2.1 国内外电阻点焊电源的发展现状  13-15
    1.2.2 国内外片式电感设备的发展现状  15-17
  1.3 PLC控制系统与其它工业控制系统的比较  17-20
  1.4 嵌入式实时操作系统在数字化焊机设备中的应用  20-21
  1.5 本课题研究概况  21-23
    1.5.1 研究目的和意义  21-22
    1.5.2 课题来源  22
    1.5.3 课题的研究内容及研究目标  22-23
第二章片式电感全自动化生产装备的总体设计  23-31
  2.1 片式电感器DO1608简介  23
  2.2 装备系统的基本组成与要求  23-25
  2.3 精密软开关逆变电阻点焊电源方案设计  25-27
    2.3.1 软开关逆变电阻点焊电源方案论证  25-26
    2.3.2 电源的基本技术要求  26-27
    2.3.3 电力电子器件的选择  27
  2.4 装备的机构组成与工艺过程  27-30
    2.4.1 装备的机构组成  27-28
    2.4.2 装备的工艺流程  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章精密软开关电阻点焊电源的电路设计  31-41
  3.1 软开关逆变电阻点焊电源的拓扑结构  31-32
  3.2 软开关逆变电阻点焊电源的工作原理  32-34
  3.3 基于DSP的软开关点焊电源控制器的硬件设计  34-40
    3.3.1 控制系统的设计要求及工作原理  34-36
    3.3.2 信号采集与转换电路的硬件设计  36-38
    3.3.3 IGBT保护电路的硬件设计  38-39
    3.3.4 RS-485通信模块的硬件设计  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章基于μC/OS-Ⅱ电源控制系统的软件设计  41-55
  4.1 μC/OS-Ⅱ在TMS320LF2407A上的移植  41-42
  4.2 系统软件体系结构的设计  42-43
  4.3 移相PWM控制系统的设计  43-48
    4.3.1 双闭环控制系统的设计  43-44
    4.3.2 移相PWM的形成原理及基于μC/OS-Ⅱ实现  44-48
  4.4 通信处理应用程序的设计  48-54
    4.4.1 串口通信网络原理概述  48-51
    4.4.2 基于μC/OS-Ⅱ的电源控制系统通信软件的设计  51-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章片式电感全自动化生产装备控制系统的设计  55-74
  5.1 控制系统的构成  55-56
  5.2 基于PLC与运动控制模块的控制系统设计  56-62
    5.2.1 PLC的软件设计  56-58
    5.2.2 运动控制模块的程序设计  58-59
    5.2.3 运动控制模块与PLC的协调控制  59-62
  5.3 PLC与其它系统之间的通信实现  62-63
  5.4 系统建模及PLC的程序优化  63-72
    5.4.1 Petri网简介  64-65
    5.4.2 PLC控制系统的Petri网描述  65-67
    5.4.3 PLC控制系统的Petri网模型的建立  67-71
    5.4.4 基于Petri网模型的PLC程序优化  71-72
  5.5 本章小结  72-74
第六章自动化生产装备整机调试及点焊电源试验  74-81
  6.1 软开关电阻点焊电源的调试  74-76
    6.1.1 基于DSP的移相PWM波形控制调试  74-75
    6.1.2 DSP系统与PLC的通信调试  75-76
  6.2 片式电感自动化生产装备整机调试  76-79
  6.3 本章小结  79-81
结论与展望  81-83
参考文献  83-87
附录1  87-88
附录2  88-89
附录3  89-91
附录4  91-93
攻读学位期间发表论文  93-95
致谢  95

片式电感全自动化生产装备控制系统及精密电阻点焊电源的研究

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