3953 綜合液壓實驗臺設計

3953 綜合液壓實驗臺設計,綜合,液壓,實驗,試驗,設計 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 30 頁1 引言1.1 液壓實驗臺簡介液壓實驗臺是液壓實驗室上世紀 80 年代初期生產(chǎn)的實驗設備，類似早期的液壓設備試驗系統(tǒng)大部分按照“傳感器+模擬二次儀表”的模式組成。在試驗過程中，一般由模擬記錄儀器在紙上記錄試驗曲線或由試驗人員讀取并記錄試驗數(shù)據(jù)，然后試驗人員根據(jù)試驗曲線和數(shù)據(jù)手工處理，得到設備的性能。教學實驗臺利用壓力表測量液壓系統(tǒng)中某一給定點的壓力，表盤指針所指示的刻度對應某一壓力值，由于小幅度波動的壓力振擺和隨時間而漂移的壓力偏移值很難通過壓力表指針反映出來，有限的刻度格數(shù)使讀數(shù)依賴于實驗操作者的目測習慣，從而使測量精度得不到保證：原實驗使用動態(tài)應變儀、光線示波器、感光紙記錄閥從一種穩(wěn)定工作狀態(tài)到另一穩(wěn)定工作狀態(tài)的過渡過程曲線，操作過程復雜繁瑣，對液壓系統(tǒng)加載一卸荷時的被控壓力隨時間變化所反映的動態(tài)特性參數(shù)如動態(tài)超調(diào)，只能做出定性分析；實驗臺利用橢圓齒輪流量計測量流量，由于指針指示的刻度值是通過流量計的流體體積總量，因此實驗時需利用秒表觀測流量計指針每分鐘走過的格數(shù)來計算此時的流量值，當流量較小時，如測量溢流閥的溢流量時，齒輪的轉(zhuǎn)速很低，泄漏量較大，致使誤差很大；為測量液壓缸活塞桿在不同負載條件下的運動速度，實驗時首先測出活塞桿的總行程，再利用秒表測量活塞桿走完這段行程所用時間，兩者相除得到活塞桿的運動速度，這種方法很難客觀準確地反映液壓缸活塞桿帶負載工作時的速度特性。對于像閥門快開、快關這樣的快速性試驗，往往是通過人的經(jīng)驗來判斷設備是否工作正常。顯然用這種試驗方法得到的結(jié)果帶有嚴重的人為誤差，效率低、精度差，而且試驗過程操作繁瑣、分析不方便。因此，對現(xiàn)有的教學實驗臺進行必須進行更新?lián)Q代才能滿足實際需求 [1]。1.2 液壓實驗臺的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著液壓技術、控制理論、微型計算機、測量測試技術、數(shù)字信息處理、可靠性技術的發(fā)展，新的液壓實驗臺已朝著高速、高效、智能化、多功能化、多樣化的液壓計算機輔助測試(CAT)方向發(fā)展，早期按照“傳感器+模擬二次儀表”的模式組成液壓設備試驗系統(tǒng)己停產(chǎn)或停止使用，基于虛擬儀器技術的液壓 CAT 系統(tǒng)廣泛應用于新的液壓實驗臺制造及應用。采用的計算方法有平均值濾波法、中值濾波算法、 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 30 頁自適應濾波算法、新型 PID 算法等。采用有 vB6 等應用軟件開發(fā)液壓 CAT 實驗軟件 [2]。由于原有設備的陳舊或故障面積太大，僅發(fā)現(xiàn)用 MCS-51 單片機技術對舊式液壓實驗臺重新開發(fā)與利用，因此，很少發(fā)現(xiàn)采用液壓計算機輔助測試(CAT)對舊式液壓實驗臺重新開發(fā)與利用，對舊式液壓實驗臺重新開發(fā)與利用有一定的推廣應用價值。1.3 液壓實驗臺的特點 [3]（1） 采用透明有機玻璃外殼，可以觀察到液壓傳動裝置的內(nèi)部構(gòu)造和工作流程。（2） 防漏快插結(jié)構(gòu)使得實驗回路的組裝簡便、快捷，清潔、干凈。紅色的液壓油和銀白色底版使得元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)鮮明直觀。（3） 通過透明的油管和紅色液壓油可以清晰的觀察到液壓油在液壓元件中的整個流動過程。（4） 獨立的元件模塊，方便的安裝方式，可以隨意的組合各實驗模塊，搭建各種不同的實驗回路。（5） 液壓元件的最大承受壓力為 1Mpa,，額定工作壓力為 0.8Mpa,是安全的低壓實驗系統(tǒng)。（6） 采用 PLC 編程控制模塊，實現(xiàn)可編程程序控制器（PLC）智能控制。使得機、電、液控制有機結(jié)合起來，優(yōu)化控制方案。（7） 配有虛擬仿真軟件。1.4 本課題主要研究的內(nèi)容 [4]（1） 在了解液壓實驗臺結(jié)構(gòu)的基礎上，根據(jù)液壓實驗臺的功能要求，給出液壓實驗臺的整體設計方案，及各部分功能劃分。（2） 根據(jù)用戶的主要功能需求，對各功能的實現(xiàn)方法作了詳細的研究。（3） 詳細分析系統(tǒng)的輸入輸出，完成液壓實驗臺的硬件的選取。此外，完成了液壓實驗臺的電氣控制圖及 PLC 控制電氣圖。（4） 對液壓實驗臺的液壓控制回路進行設計，可以使用戶更加方便的了解實驗臺的運行狀況，并且設計液壓傳動實驗臺控制面板及整體結(jié)構(gòu)。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 30 頁2 液壓實驗臺系統(tǒng)原理與 CAT 系統(tǒng)總體設計方案2.1 液壓實驗臺系統(tǒng)原理改進前的液壓實驗臺系統(tǒng)(局部)原理如圖 2-1 所示。圖 2-1 教學實驗臺(局部)液壓系統(tǒng)原理圖實驗時需要根據(jù)實驗步驟分別測量不同壓力接點處的壓力，通過流量計的流量以及負載變化時液壓缸活塞桿的運動速度。如測定定量葉片泵工作特性時，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥(3)的開口度，控制系統(tǒng)壓力達到某一設定值，然后分別測量某一開口穩(wěn)定后的流量，作為泵的不同負載時對應的輸出流量；又如在測試先導式溢流閥(5)的啟閉特性時，需按給定的壓力值調(diào)節(jié)溢流閥(2)的調(diào)壓手輪使系統(tǒng)逐漸升壓，然后分別測出不同壓力下被試溢流閥的溢流量。由于實驗過程中幾個壓力接點處的壓力、流量需要分別通過觀察壓力表和流量計所指格數(shù)讀出，液壓缸活塞桿的速度通過人工測量位移和時間后間接測取，獲取實驗數(shù)據(jù)的方法不夠便捷直接，實驗數(shù)據(jù)的隨機 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 30 頁誤差較大，測量精度受限，特別是動態(tài)數(shù)據(jù)，如壓力振擺和壓力偏移、過渡過程中的動態(tài)超調(diào)、上升時間的測量存在一定困難 [5]。2.2 液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)總體設計方案在實現(xiàn)液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)時，采用一臺個人計算機作為主體構(gòu)成整個數(shù)據(jù)采集測量系統(tǒng)：分別用壓力傳感器、流量傳感器取代原來的壓力表和流量計：同時為實現(xiàn)液壓缸活塞桿速度的測取，在活塞桿上加裝位移傳感器；選擇合適的數(shù)據(jù)采集接口卡，用在數(shù)據(jù)采集接口卡上集裝的模擬多路開關、程控放大器、采樣/保持器、A/D 轉(zhuǎn)換器等器件采集數(shù)據(jù)；用數(shù)據(jù)采集接口卡與計算機接口來共同完成壓力、流量、速度的數(shù)據(jù)處理和顯示。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 2-2、2-3 所示。圖 2-2 液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)示意圖（a） 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 30 頁圖 2-3 液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)示意圖（b）2.3 液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)總體設計的性能指標要求 [6] [7]液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)的總體精度確定為 6‰，壓力、流量、位移(速度)的單項測量精度為精度為 5‰，由單人操作在 15 內(nèi)完成單項數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示，能夠在 2 分鐘內(nèi)完成單項實驗，在 6 分鐘內(nèi)完成原有實驗臺的實驗項目要求。（1） 傳感器傳感器把動態(tài)運行的液壓系統(tǒng)中的各種待轉(zhuǎn)換的物理量，如壓力、流量、位移等非電量信號轉(zhuǎn)換成電量信號。原液壓實驗臺系統(tǒng)最大工作壓力 63㎏f/cm 2(6.3MPa)，原來 3 個模擬式壓力表的精度為 50‰，系統(tǒng)設計中，選擇 3 個壓力傳感器替代 3 個模擬式壓力表，因此，確定選擇的壓力傳感器量程為 1OMPa，精度為 5‰。原液壓實驗臺系統(tǒng)采用最大流量 9L/min(l.5 x 10-4m3/s)，通徑為 6㎜的橢圓齒輪流量計，精度為 30‰，系統(tǒng)設計中，選擇 1 個流量傳感器替代原來的橢圓齒輪流量計，因此，確定選擇的流量傳感器為 9L/min(l.5 x 10-4m3/s)，精度為 1‰。原液壓實驗臺系統(tǒng)測量活塞桿速度的秒表等工具的精度均為 50‰，因此，確定選擇加裝在活塞桿的位移傳感器替代原來的工具，精度為 l‰。（2） 模擬多路開關由于液壓實驗中分時測量壓力、流量、速度，為簡化電路、降低成本，采用了一個公共的 A/D 轉(zhuǎn)換器，分時對各路模擬量進行刀 D 轉(zhuǎn)換，模擬多路開關可以輪流切換各路模擬量與 A/D 轉(zhuǎn)換器間的通道，使得在一個特定的時間內(nèi)，只允許一路模擬信號輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)分時轉(zhuǎn)換。模擬多路開關至少可提供 10 個單端或 5 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 30 頁個雙端單、雙極性模擬信號輸入通道，必須滿足液壓 CAT 系統(tǒng)設計的數(shù)據(jù)采集提供最大為 2MHz/4=500KHz 的采樣頻率的要求。（3） 程控放大器程控放大器的作用是將微弱的輸入信號進行放大，以便充分利用 A 乃轉(zhuǎn)換器的滿量程分辨率。在液壓實驗臺多路模擬通道數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)中，各通道的模擬電壓信號有較大差異，因此要求對各通道采用不同的放大倍數(shù)進行放大，即放大器的放大倍數(shù)可以實時控制改變。程控放大器的放大倍數(shù)隨時可以由一組數(shù)碼控制，這樣，在多路開關改變其通道序號時，程控放大器也由相應的一組數(shù)碼控制改變放大倍數(shù)，即為每個模擬通道提供最合適的放大倍數(shù)。在構(gòu)成液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)時，由于各檢測點所采用的傳感器類型不同，輸出的信號電平也有較大的差異。如壓力傳感器輸出的信號為毫伏級，位移傳感器輸出的信號為伏級，電壓變化范圍很寬。由于刀 D 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓規(guī)定為 O～1OV。因此，必須根據(jù)輸入信號電平的大小，改變測量放大器的增益，使各輸入通道均用最佳增益進行放大。要求輸入量程可擴充為雙極性時的士 1OV，士 5V，士 1V，士0.5V，士 0.05V，士 0.0lV，士 0.005V 及單極性時的0～10V，0～1V，0～0.1V，0～0.01V，分別具有 l，10，100，1000 的放大倍數(shù)。（4） 采樣/保持器A/D 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時間，采樣/保持器可以使在這段時間內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器輸入端的模擬信號電壓保持不變，以保證有較高的轉(zhuǎn)換精度。設計中的程控放大器轉(zhuǎn)換時間為 8μs，因此要保證采樣/保持器的孔徑時間小于 1.6μs 以保證轉(zhuǎn)換精度。（5） A/D 轉(zhuǎn)換器計算機只能處理數(shù)字信號，A/D 轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D 轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度的主要因素之一。因整個系統(tǒng)的總體精度為 5‰，設計中的 A/D 轉(zhuǎn)換器分辨率選定不少于為 12 位，量程為-10～+1OV，轉(zhuǎn)換時間為 8μs，最高采樣頻率可達 1OOHKz，轉(zhuǎn)換精度定為 4‰就可以滿足要求。（6） 微機及外部設備微機是液壓實驗臺 CAT 系統(tǒng)的核心。微機輔助測試與其它常規(guī)測試儀表的一個重要區(qū)別是它對軟件的依賴。微機在液壓 CAT 系統(tǒng)軟件指令下負責對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 30 頁的工作進行管理和控制，完成壓力、流量、速度信號從測取、處理到分析、顯示的一系列工作。根據(jù)系統(tǒng)設計總體，采用的微機的主板要具有 AT 總線接口，CPU 為 750M 以上，硬盤為 60G，內(nèi)存為 128M，采用普通彩色顯示器，彩色打印機就可以滿足設計要求。3 液壓實驗臺控制系統(tǒng)硬件選擇與設計3.1 液壓實驗臺的基本組成液壓實驗臺是由實驗臺架、液壓泵站、常用液壓元件、電氣控制單元等幾部分組成 [8]。（1） 實驗臺架 實驗臺架由實驗安裝面板（鋁合金型材） 、實驗操作臺等構(gòu)成。安裝面板為帶“T”溝槽形式的鋁合金型材結(jié)構(gòu)，可以方便、隨意地安裝液壓元件，搭接實驗回路。（2） 液壓泵站 系統(tǒng)額定工作壓力：0.8Mpa。（a） 電機—泵裝置（臺）電機：交流電機，功率 0.75KW，轉(zhuǎn)速 0～1420r/min； 泵：P106 額定壓力 2.5MPa 額定流量：10L/min（b） 油箱：公稱容積 30L；附有液位、油溫指示計，吸油、回油濾油器、安全閥等。（3） 常用液壓元件（見相關硬件選取的表格）每個液壓元件均配有安裝底板，可方便、隨意地將液壓元件安放在實驗面板 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 30 頁（鋁合金型材）上。油路搭接采用開閉式快換接頭，拆接方便，不漏油。（4） 電氣控制單元可編程序控制器(PLC)采用日本三菱 FXIN-24MR，I/O 口 24 點，繼電器輸出形式，電源電漏電脫扣器，接觸器，直流 24V 電源，電磁閥輸出控制口，連接線纜，插座，按鈕，指示燈等。3.2 液壓控制系統(tǒng)的硬件選擇與基本回路的實現(xiàn)液壓控制系統(tǒng)的硬件參見附錄 A該系統(tǒng)可以對十幾種基本回路進行綜合性能的實驗。 利用所提供的系統(tǒng)配置可以分別組合成：調(diào)壓﹑卸荷﹑蓄能分壓﹑自控背壓﹑節(jié)流﹑調(diào)速﹑差動﹑同步﹑順序﹑加載等典型回路的拆分與組合。元件間采用國際通行的高壓樹脂軟管與卡套式快換接頭連接，連接快速，密封效果好，拆分方便，組合靈活，非常適用實際動手能力的訓練和培養(yǎng) [9] [10]。幾種實驗回路的演示實驗如下：（1） 壓力控制回路中單作用增壓缸的增壓回路圖 3-1 單作用增壓缸的增壓回路圖示位置工作時，系統(tǒng)供油壓力 P1 進入增壓缸大活塞左腔，此時在小活塞右腔即可得到所需要的較高的壓力 P2。當兩位四通電磁換向閥右位接入系統(tǒng)時，增壓缸返回，輔助油箱中的油液經(jīng)單向閥補入小活塞右腔。因此該回路只能間斷增壓。（2） 速度控制回路中進油節(jié)流調(diào)速回路 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 30 頁圖 3-2 進油節(jié)流調(diào)速回路如圖所示，節(jié)流閥串聯(lián)在液壓泵和液壓缸之間。液壓泵輸出的油液一部分經(jīng)過節(jié)流閥進入液壓缸工作腔，推動活塞運動，多余的油液經(jīng)溢流閥流回油箱。有溢流是這種調(diào)速回路能夠正常工作的必要條件。由于溢流閥有溢流，泵的出口壓力 PP就是溢流閥的調(diào)整壓力并基本保持恒定。調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積，即可調(diào)節(jié)節(jié)流閥的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度。（3） 方向控制回路中溢流緩沖回路圖 3-3 溢流緩沖回路 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 30 頁圖所示的為溢流緩沖回路中的液壓缸雙向緩沖回路，緩沖用溢流閥 1 調(diào)節(jié)壓力應該比主溢流閥 2 的調(diào)節(jié)壓力高 5%—10%，當出現(xiàn)液壓沖擊時產(chǎn)生的沖擊壓力使溢流閥 1 打開，實現(xiàn)緩沖，缸的另一腔（低壓腔）通過單向閥從油箱補油，以防止產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。4 液壓實驗臺電氣控制與 PLC 控制原理4.1 電器原理圖的繪制原則為了便于閱讀和分析控制線路，根據(jù)簡單清晰的原則，采用電器元件展開的形式繪制而成。它包括所有電器元件的導電部件和接線端點，但并不按照電器元件的實際布置位置來繪制，也不反應電器元件的大小。由于原理圖結(jié)構(gòu)簡單，層次分明，適合研究、分析電路的工作原理等優(yōu)點 [11]。所以為了滿足控制系統(tǒng)的要求，所以必須符合以下要求：（1） 原理圖分主電路和輔助電路兩部分。（2） 原理圖中，各電器元件不畫實際的外形圖，而采用國家統(tǒng)一規(guī)定的各器元件的標準圖形符號，標注也要用國家統(tǒng)一規(guī)定的文字符號。（3） 在原理圖中，各個電器元件和部件控制線路中的位置，可根據(jù)便于讀圖的原則安排，不必按實際位置畫，同一電器元件的各個部件可以不畫在一處。（4） 原理圖中，所有電器觸點，都按沒有通電和沒有外力作用時的狀態(tài)畫出。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 30 頁（5） 原理圖中，各電器元件一般按動作順序從上到下，從左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。（6） 原理圖中，有直接電聯(lián)系的交叉導線連接點，要用黑色圓點表示。4.1.1 電氣設計中應該注意的問題（1） 盡量減少控制電源種類及控制電源的用量。（2） 盡量減少元件的品種、規(guī)格與數(shù)量，同一用途的器件盡可能選用相同品牌、型號的產(chǎn)品。（3） 在控制線路正常工作時，除必須通電的電器外，盡量減少通電電器的數(shù)量，以利于節(jié)能，延長電器元件壽命和減少故障。（4） 合理使用電器觸點。4.1.2 電器元件的選擇與電氣控制圖的設計4.1.2.1 電器元件的選擇表 4.1 電氣元件的選擇序號元件名稱元件型號 數(shù)量 序號元件名稱元件型號 數(shù)量1交流接觸器CJ20-10 10A 220V2 21 多股銅芯線BVR-1.0MM2 200m2 塑料外殼式斷路器DZ108-20 10A 1 22 多股銅芯線BVR-1.5MM2 100m3 塑料外殼式斷路器DZ108-20 3A 1 23 冷壓端頭HSV 1-4S 500粒4 單極斷路器DZ47-63 C5 1 24 可編程按制器FX1N-40MR-001 15 單極斷路器DZ47-63 C3 2 25 電壓表 85C1-V 0-50V 16 單極斷路器DZ47-63 C1 7 26 三檔旋鈕LAY50-11X3 17 二極管 IN4007 200V 6 27 兩檔旋鈕LAY50-11X2 18 行程開關ME8108 6 28 溫控儀 XMTD-2001 19 快速插頭插座XS12K2P 二芯 26套10 快速插頭插座XS12K2P 四芯 14套29 四芯屏蔽線2464 0.76mm 30mil50m 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 30 頁11 信號燈 φ10 24V 21 30 導軌 1000mm*35mm 112 自鎖帶燈按鈕LAY50-11DT/24 綠 10 紅 111 31 開關電源HS-150-24V 113 擋板 4 塊 32 纏繞管 φ8 20m14 普通按鈕LAY50-11 紅 6綠 612 33 纏繞管 φ16 40m15 自鎖帶燈按鈕LAY50-11TD/24 3 綠3 34 黑色記號筆116 中間繼電器HH54P DC24V 7 35 卡軌 1m/根 117 電流表 85C1-A 10ADC 1 36 接線端子板JF5 25A 818 緊急停止按鈕LAY50-11Z 1 37 接線端子板JF5 10A 1019 多股銅芯線BVR-0.5mm2 100m 38 行線槽 30mm*30mm 220 絕緣膠木板765mm*520*8mm 1 39 銅箔連接板100mm*50mm 14.1.2.2 電氣控制圖的設計由于液壓實驗臺采用三相異步電動機，因此液壓實驗臺需要一個變壓器把電壓從 220V 變到 24V，其次由于要實現(xiàn)對液壓實驗臺電力拖動系統(tǒng)的啟動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動等運行性能的控制，同樣也要實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護作用，因此電氣控制圖如下： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 30 頁圖 4.2 電氣控制回路圖 4.3 電氣控制回路4.2 PLC 控制原理4.2.1 可編程控制器控制系統(tǒng)的設計步驟 [12](1) 根據(jù)被控對象的控制要求， 確定整個系統(tǒng)的輸入/輸出設備的數(shù)量， 從而確定 PLC 的 I/O 點數(shù)， 包括開關量 I/O、 模擬量 I/O 以及特殊功能模塊等； (2) 充分估計被控制對象和以后發(fā)展的需要， 所選 PLC 的 I/O 點數(shù)應留有一定的余量；(3) 確定選用的 PLC 機型； (4) 建立 I/O 地址分配表， 繪制 PLC 控制系統(tǒng)的輸入/輸出硬件接線圖； (5) 根據(jù)控制要求繪制用戶程序流程圖； (6) 編制用戶程序， 并將用戶程序裝入 PLC 的用戶程序存儲器； (7) 離線調(diào)試用戶程序； (8) 進行現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試用戶程序；  本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 30 頁(9) 編制技術文件。4.2.2 可編程控制器的確定可編程控制器的分類:（1）按 I/O 點數(shù)和存儲器容量分類 [13]（a）小型 PLC：I/O 點數(shù)在 256 點以下，用戶程序存儲器容量在 2K 步以下的可編程控制器稱為小型 PLC。（b）中型 PLC： I/O 點數(shù)在 256 到 2048 之間，用戶程序存儲器容量在 2K 到 8K步之間的可編程控制器稱為中型 PLC。（c）大型 PLC： I/O 點數(shù)在 2048 點以上，用戶程序存儲器容量在 8K 步以上的可編程控制器稱為大型 PLC。（2） 按結(jié)構(gòu)型式分類（a）整體式 PLC，是目前使用最普遍的一種型式。它是將電源、CPU、I/O 模塊及存儲器等各個部分都集中在一個機殼內(nèi)，通常稱之為基本單元。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。（b）模塊式 PLC，它是將 PLC 各組成部分按功能的不同作成獨立的模塊，如電源模塊、CPU 模塊、I/O 模塊等，然后安裝在同一塊基板或框架上。這種結(jié)構(gòu)配置靈活，裝配方便，便于擴展和維修。一般大、中型 PLC 常采用這種結(jié)構(gòu)。（c）疊裝式 PLC，這種結(jié)構(gòu)將整體式結(jié)構(gòu)緊湊和模塊式結(jié)構(gòu)配置靈活的特點結(jié)合起來，其中 CPU、電源等單位也為各自獨立模塊，但安裝不用基板，而用電纜進行連接，且各模塊可以一層一層地疊加。（3）按功能分類 [14]（a）低檔機，具有邏輯運算、計時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，主要用于順序控制、邏輯控制或少量模擬量的單位的單機控制系統(tǒng)。（b）中檔機，除有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量處理、數(shù)值運算、數(shù)值的比較與傳送、遠程 I/O 及聯(lián)網(wǎng)通信等功能。（c）高檔機，除有中檔機的功能外，增設有帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算及其他特殊功能運算。通過上面的可編程控制器的分類，我們可以確定液壓實驗臺的選擇如下：表 4.4 可編程控制器的確定型號 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 30 頁AC 電源 DC 電源繼電器輸出 晶體管輸出 繼電器輸出 晶體管輸出輸入點數(shù) 輸出點數(shù)FXON-48MR FXON-48MT FXON-48MR FXON-48MT 24 244.3 PLC 程序設計的原則在控制系統(tǒng)中軟件的設計非常重要，為了滿足控制系統(tǒng)的要求編制的軟件必須符合以下要求 [15]。（1） 易維護：由于自動化程度的不斷提高，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復雜，設計人員很難在一段時間內(nèi)就對整個系統(tǒng)理解無誤，軟件的設計和調(diào)試不可能一次就完成，很多的問題是在運行過程中出現(xiàn)的，這就要求編制的軟件易于理解和修改。（2） 實時性：由于工業(yè)過程控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，所以對應用軟件的執(zhí)行速度都有一定的要求，即能夠在被控對象允許的時間間隔內(nèi)對系統(tǒng)進行控制計算和處理。實時性是控制系統(tǒng)的普遍要求，要求系統(tǒng)能夠及時響應外部事件的發(fā)生并及時給出處理結(jié)果。近年來隨著硬件的集成度與速度的提高配合相應的軟件實時性很容易滿足要求。（3） 可靠性：在控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的可靠性是至關重要的，它是系統(tǒng)正常運行的基本保障?？煽啃砸环矫嫒Q于硬件組成，另一方面又取決于軟件結(jié)構(gòu)，它包括兩方面的含義；第一是運行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化時軟件能夠可靠的運行并給出正確結(jié)果；第二是軟件能夠在工業(yè)環(huán)境極其惡劣環(huán)境下運行。4.4 PLC 的控制電氣圖在整個液壓臺設計中，需要檢測的輸入量有 24 個，輸出量有 16 個。系統(tǒng)中可編程控制器的輸入/輸出端子分配如圖所示： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 30 頁圖 4.5 PLC 控制回路設計5 液壓實驗臺的安裝與調(diào)試 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 30 頁5.1 液壓實驗臺的安裝液壓實驗臺的安裝是根據(jù)系統(tǒng)液壓控制原理圖和電氣原理圖，安裝液壓元件和PLC 的各模塊并且將PLC的各個I/O 模塊和各種傳感器等執(zhí)行元件相連。其安裝步驟如下：（1） 實驗臺架和控制面板的安裝；（2） 電源的安裝；（3） 液壓泵站；（4） I/O 模板的安裝；（5） 電源及機架的接地；（6） I/O 擴展電纜連接；（7） I/O 模塊接線；（8） 現(xiàn)場布線。5.2 液壓實驗臺的調(diào)試液壓實驗臺調(diào)試分為線路檢查和軟件調(diào)試兩部分。5.2.1 線路檢查線路檢查包括兩個方面：一是連接的正確性，另一個是線路連接的可靠性，即接線是否有效。檢查線路是為了保證液壓實驗臺的正確安全工作。只要耐心認真地按照設計圖紙一一對應就行，重點檢查的是接線的質(zhì)量，因為任何一個線頭都可能松動導致運行出錯。特別是當幾個線頭接到一個端子上而這些線既有散線又有實心線并且線的粗細不相同時對接線質(zhì)量的檢查就更為重要。檢查出來沒有接好的就地重接 [16]。5.2.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試包括現(xiàn)場調(diào)試和PLC程序輸入調(diào)試。（1） 現(xiàn)場調(diào)試在接線工作完成之后，可以進行液壓實驗臺的上電調(diào)試。首先對每個端口進行測試，避免因為單個端口的問題導致調(diào)試失敗?，F(xiàn)場設備情況如圖： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 30 頁圖 5. 1 主工作臺（2） PLC 程序輸入調(diào)試PLC 程序調(diào)試，主要按照面板的設計進行逐個調(diào)試，如果出現(xiàn)故障，就按照信息傳輸?shù)倪^程進行檢查，先檢查硬件接線，再檢查軟件。為了驗證液壓實驗臺軟件是否能工作，于是通過下面兩個實驗來進行驗證。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 30 頁實驗一：液壓缸左右移動實驗（1） 實驗回路右 行左 行 停 10圖 5.2 液壓缸左右移動工作示意圖（2） 硬件接線圖圖 5.3 液壓缸左右移動硬件接線圖 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 30 頁（3） 梯形圖圖 5.4 液壓缸左右移動梯形圖指令表如下：LD M8002 SET S0 STL S0 LD S0SET S20STL S20OUT Y1LD X2SET S21STL S21OUT T1K100 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 30 頁SET S22STL S22OUT Y2LD X1SET SOEND實驗二：液壓試驗臺行程開關自動控制實驗此回路由行程開關控制順序回路。 當電磁閥 1 通電缸 I 右行，碰到行程開關①，PLC 輸出信號給電磁閥 2，電磁閥 2 通電，缸 II 右行，碰到行程開關②，PLC 輸出信號，使電磁閥 1 斷電，缸 I 左行，碰到行程開關③，給出信號，電磁閥 2 斷電，缸 II 左行至終點。（1） 實驗油路圖 5.5 液壓試驗臺行程開關自動控制示意圖 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 30 頁（2） 硬件示意圖圖 5.6 液壓試驗臺行程開關自動控制硬件示意圖（3） 梯形圖圖 5.7 液壓試驗臺行程開關自動控制梯形圖 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 30 頁指令表如下：LD X0OR X1ANI X1OUT Y1LD X2OR X10OR Y2ANI X1ANI X11OUT Y2LD X3OR X7OR Y3ANI X6ANI X1OUT Y3END經(jīng)過實驗一可知 SB1 與 SB2 決定兩種不同的工作方式，所以避免同時按下 SB1與 SB2 導致 X0、X1 一個周期內(nèi)同時為 ON 從按鈕上進行互鎖。而實驗二中，首先統(tǒng)計輸入、輸出信號，分配端口，可以選擇 FX1N——32MP 得到了如圖所示的硬件接線圖。由于實驗一與實驗二都可以正常的進行工作，因此這個液壓實驗臺能滿足實驗的需求。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 30 頁結(jié) 束 語本文根據(jù)對液壓實驗臺工作原理的分析，從液壓控制系統(tǒng)方案設計，硬件元件的選擇，電氣控制設計，PLC 控制電氣設計與實現(xiàn)，液壓實驗臺的安裝與調(diào)試等方面闡述了液壓實驗臺的開發(fā)的過程。該液壓實驗臺工作過程穩(wěn)定可靠，可以滿足學生做實驗的要求。通過這幾個月的設計，使我對自己所學的知識有了更深入了解；在指導老師幫助下，通過收集各種有關資料所解決的畢業(yè)設計問題，為我即將走上工作崗位，獨自去面對各種挑戰(zhàn)，出色地完成工作任務打下了一定的基礎。由于本人水平有限，經(jīng)驗少。文中定有許多不妥甚至錯誤之處，請各位老師給予指正和教導，本人表示深深的謝意。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 30 頁致 謝在畢業(yè)設計即將完成之際，在這里由衷的向關心過和幫助過我的人表示真誠的感謝！首先，特別感謝陸寶春教授和王榮林老師，在做畢業(yè)設計過程中，陸寶春教授和王榮林老師活躍的學術思維、淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、謙遜正直的為人給我留下了深刻的印象，將使我終生受益。在此對陸寶春教授和王榮林老師致以崇高的敬禮并表示深深的感謝。此外，還要衷心感謝機械工程系的其他曾經(jīng)給予我指導、問題解答的老師，以及與我朝夕相處、共同研討解決設計中碰到疑難的同窗學友。最后，感謝畢業(yè)設計論文的評閱老師，希望他們能在評閱我的論文之后，指出不足，給出建議。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 30 頁參 考 文 獻[1] 黃人豪，徐國俊．液壓閥．北京：中國鐵道出版社，1982. [2] 譚尹耕．液壓試驗設備與測試技術．北京：北京理工大學出版社，1997.[3] 陳立定,吳玉香．電氣控制與可編程控制器．廣州：華南理工大學出版社，2003.[4] 章宏甲，黃誼．液壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2002.[5] 薛祖德．液壓傳動．北京：中央廣播電視大學出版社，1986.[6] 何存興．液壓元件．北京：機械工業(yè)出版社，1982.[7] 姚海彬. 電工技術. 北京：高等教育出版社，1991.[8] 鄧星鐘. 機電傳動控制. 武漢：華中科技大學出版社，2001.[9] 徐寶發(fā). 電工學. 上海：華東理工大學出版社，1995.[10] 李壽剛．液壓傳動．北京：北京理工大學出版社，[11] 范永勝，王岷.電器控制與 PLC 應用[M].第三版，北京：中國電力出版社，2004.[12] 陸寶春，張衛(wèi)，路建萍.電氣與 PC 控制技術[M].南京：南京理工大學出版，2000.[13] 姜繼海，等.液壓與氣壓傳動[M].北京：高級教育出版社，2000.[14] FXIS，F(xiàn)X1N，F(xiàn)X2N，F(xiàn)X2NC 系列編程手冊.[15] FX 系列特殊功能模塊用戶手冊.光行天[16] 王積偉，章宏甲，等.電氣與 PC 控制技術.南京：南京理工大學出版，2000. 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 30 頁附錄 A液壓實驗臺的配置部件名稱 部件型號 數(shù)量電機 MIP4H523 1 臺齒輪泵 P106 1 臺先導溢流閥 Y-10B 1 個二位二通電磁閥 22EH-B6H-T 1 個雙作用單出桿油缸 YG1-YJ32R16X200 2 個雙作用單出桿差動油缸 YG1-YJ32R16X200 1 個雙作用雙出桿油缸 YG1-YJ32R16X200 1 個雙作用單出桿油缸 YG1-YJ32R16X200 1 個液壓站配置增壓油缸 ZYG-YJ32R16 X160 1 個三位四通電磁換向閥 34WE6MA 1 個三位四通電磁換向閥 34WE60A 1 個三位五通電磁換向閥 35WE6A 1 個二位四通電磁換向閥 24WEH6A 2 個二位三通電磁換向閥 23WE6A 1 個二位二通電磁換向閥 22WE6A 2 個三位四通手動換向閥 34WMM6-F 1 個實驗臺基本配置液控單向閥 CPG-06 2 個 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 30 頁分流集流閥 FJL-B06 3 個單向調(diào)速閥 2FRM60 1先導型溢流閥 DB06 2先導型感壓閥 DR06 1先導型順序閥 DZ06 2直動式溢流閥 DB06DP 2直動式感壓閥 DR06DP 1單向節(jié)流閥 MK06 1節(jié)流閥 MG06 1單向閥 CRG06 4壓力繼電器 ST307 2三通接頭 ST3 6四通接頭 ST4 1量筒 1行程開關 ME8108 4 個透明油管 22 根PLC FX1N-24MR 1 個溫控儀 XMTD 1 個中間繼電器 2 個航空插座 2 芯 2 個航空插座 4 芯 2 個綠色自鎖帶燈 24V 按鈕 2 個 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁 共 30 頁信號燈 24V 4 個O 型圈 ф16*2.4 50 個O 型圈 ф12*2.4 10 個O 型圈 ф9*2.4 50 個附件O 型圈 ф14*2.4 20 個電氣元件表序號 元件名稱 元件型號 數(shù)量 序號 元件名稱 元件型號 數(shù)量1 交流接觸 器 CJ20-10 10A 220V 2 21 多股銅芯線 BVR-1.0MM2 200m2 塑料外殼式斷路器 DZ108-20 10A 1 22 多股銅芯線 BVR-1.5MM2 100m3 塑料外殼式斷路器 DZ108-20 3A 1 23 冷壓端頭 HSV 1-4S 500粒4 單極斷路 器 DZ47-63 C5 1 24 可編程按制 器 FX1N-40MR-001 15 單極斷路 器 DZ47-63 C3 2 25 電壓表 85C1-V 0-50V 16 單極斷路 器 DZ47-63 C1 7 26 三檔旋鈕 LAY50-11X3 17 二極管 IN4007 200V 6 27 兩檔旋鈕 LAY50-11X2 18 行程開關 ME8108 6 28 溫控儀 XMTD-2001 19 快速插頭 插座 XS12K2P 二芯 26 套 29 熱電偶 MT-PE00 110 快速插頭 插座 XS12K2P 四芯 14 套 30 四芯屏蔽線 2464 0.76mm 30mil 50m11 信號燈 φ10 24V 21 31 導軌 1000mm*35mm 112 自鎖帶燈 按鈕 LAY50-11DT/24 綠 10 紅 1 11 32 開關電源 HS-150-24V 113 擋板 4 塊 33 纏繞管 φ8 20m14 普通按鈕 LAY50-11 紅 6 綠6 12 34 纏繞管 φ16 40m 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁 共 30 頁15 自鎖帶燈 按鈕 LAY50-11TD/24 3 綠 3 35 黑色記號筆 116 中間繼電 器 HH54P DC24V 7 36 卡軌 1m/根 117 電流表 85C1-A 10ADC 1 37 接線端子板 JF5 25A 818 緊急停止 按鈕 LAY50-11Z 1 38 接線端子板 JF5 10A 1019 多股銅芯 線 BVR-0.5mm2 100m 39 行線槽 30mm*30mm 220 絕緣膠木 板 765mm*520*8mm 1 40 銅箔連接板 100mm*50mm 1