制钉设备自动送料系统振斗控制电路设计和实现

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1、制钉设备自动送料系统振斗控制电路设计和实现夏云生湖北襄樊输油处摘要电磁振斗主要用于不规则形状产品的包装，在制钉和医药等行业得以广泛应用。本论文通过分析纸排钉机送料控制原理，了解到主要控制对象就是振斗的电磁线圈，它是一个电阻很小，感抗很强的感性负载，经方案比较和试验后，用PWM控制IGBT的方法，完成了纸排钉机电磁振斗驱动电路的设计，实现了单片机对电磁振斗的振动频率和振动幅度的控制。关键词振斗，电磁线圈，感性负载，PWM1前言1.1现状随着社会的发展和人民生活水平的进一步提高,建筑装饰、装修市场的需求大幅度增加,因此对装饰、装修所必需的各种规格的排钉的产量和质量有较

2、高的要求。排钉的生产一般是由冲压类的制钉机生产制造,因此制钉机性能和规格的优劣直接影响排钉的产量、质量与成本。使用高新技术研制自动化程度较高的自动制钉机可以极大地提高排钉的产量与质量,提高产品的竞争力。传统制钉机电磁振斗驱动电路形式主要有二极管整流驱动电路和晶闸管驱动电路两类，两类电路共同特点是用市电作为电磁线圈的电源，虽简单方便，但频率只能在50Hz和100Hz两点变化，这对很多上料工件是不能满足快速高效传递要求的。近年来大量采用PWM技术控制的开关电路作为驱动电路。虽整个控制电路复杂，但由于可连续调节幅度和频率，适应范围广，国外一些厂家已将此类电路设计和制造成

3、独立的系列化的产品以供选用。我国在排钉机的制造方面技术还不够成熟，国内企业很少有自己生产的排钉机，北京达瑞兴钉业有限公司充分利用金属制品全球产业转移的机遇，从日本、韩国等国家广泛引进生产设备，出口总值名列大兴区出口企业第一，成为世界级制钉企业。但是该企业在设备维修方面技术紧缺，尤其在排钉机电磁振斗维修方面，遇到问题自己解决不了，因此研制具有自主知识产权的排钉制造和包装设备对提高生产排钉的生产效率都是十分必要的。1.2PWM控制IGBT逆变技术逆变就是把直流电压变换成固定或可调交流电压。在逆变器的控制中，脉冲宽度调制（PWM）技术是利用功率开关器件(如IGBT)的导

4、通和关断，把直流电压变换成脉宽按一定规律变化的电压脉冲阵列，并通过控制电压脉冲的宽度和电压脉冲阵列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。1本设计中使用的开关器件IGBT是新一代复合型电力电子器件，它的控制级为绝缘栅控场效应晶体管，输出级为双极功率晶体管，它兼有两者的优点而克服了两者的缺点，具有高输入阻抗、高开关频率、很小的驱动功率、通态压降小和电流密度大等特点。IGBT的控制信号PWM波产生方法有3种，即分立元件电路、专用集成电路和单片机直接输出。采用分立元件电路较复杂，有温漂、影响精度、限制了系统的稳定性。PWM专用集成电路产生PWM波就是使用PWM波产生专用

5、芯片如TL494,7500等;还有一种方法是直接由单片机实现PWM波，本次设计中使用单片机型号为STC12C5410AD，通过对单片机编程可以很容易的产生PWM波。2系统设计及实现2.1概述本论文主要从感性负载特性入手，通过对感性负载RL一阶电路响应的分析，提出了一种带有高频载波的PWM驱动方案，即低频率的方波驱动信号（即电磁振斗振动频率，一般在50Hz左右）可由一簇频率较高的方波信号作为载波，这样既能增加感抗减小电流又能保证电磁振斗低频率振动。实现方法是由单片机产生两路PWM驱动信号经隔离电路和驱动电路控制两个IGBT与电磁线圈（功率小于400W）串联的回路，实

6、现了对电磁振斗的振动频率和振动幅度的控制。2.2系统介绍从上面的设计要求和感性负载分析可以得出这样的结论，对电磁线圈的控制考虑到需要一个可控的逆变过程，但是这种逆变区别于传统的逆变，这里的逆变利用电磁线圈的蓄能作用将直流电转化成近似交流的正半周期电压，这样使电磁铁产生吸合振动的效果。根据设计要求确定系统设计方框图，如图2所示。图2总体设计框图图2中AC-DC模块的作用是将220V的市电经整流输出一个脉动直流。滤波模块是去除脉动的直流电压中的杂波。DC-AC模块是单相逆变器，它的作用是将稳定的直流电压变换成稳定的半波交流电压。负载为电磁线圈。传感器主要用于测量电磁振

7、斗的振动幅度。控制器是整个系统的指挥中心，起着指挥、控制和协调的作用。2.3低频振动的实现原理2图3感性负载的RL一阶电路响应（a）测试电路（b）激励源（c）电感电流特性（b）图3为感性负载的RL一阶电路响应特性，以电感电流作为变量，对于图3（a）电路列出电路方程：LdiL+i=I(t≥0)（2-5）LSRdt这是常系数非齐次一阶微分方程，得到RL一阶电路的零状态响应为：-Rtt−i(t)=I(1-eL)=I(1-eτ)(t≥0)LSS-Rtdit−u(t)=LL=RIeL=RIeτ(t＞0)LSSdt若电感中通有幅值为单位1的开关电压，如图3（b），就会在电感中

8、产生如图3