畢業(yè)設計（論文）-基于PLC的速度控制回路設計.docx

太原工業(yè)學院畢業(yè)設計畢業(yè)設計基于PLC的速度控制回路設計學生姓名： 張敬賢 學號： 102012101 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械電子工程 指導教師： 王玉玲 二零一四年六月誠信聲明 本人鄭重聲明：本設計及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成設計時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。 本人簽名： 年 月 日基于PLC的速度控制回路設計摘要：隨著液壓技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展，傳統(tǒng)液壓實驗臺的缺陷愈來愈明顯，為了更好的適應教學的發(fā)展，增強學生解決實際問題的能力，以及滿足現(xiàn)代科研的需求，在傳統(tǒng)液壓試驗臺的基礎上，加入PLC先進控制技術，構建了由PLC作為下位機控制現(xiàn)場設備，由PC作為上位機在線監(jiān)控的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)機、電、液、計算機的完美結(jié)合。本設計完成了對調(diào)速運動回路、快速運動回路、速度換接回路這三種速度控制回路的設計，最后利用JDY-B 機電液氣綜合實驗臺驗證所設計的速度控制回路及PLC程序。關鍵詞：液壓試驗臺，速度控制回路，PLCBased on the speed of the PLC control circuit design Abstract：With the development of hydraulic technology and modern control technology, the deficiency of the traditional hydraulic experimental platform becomes more and more clear, in order to better adapt to the development of teaching, enhance the ability of students to solve practical problems, and meet the needs of modern scientific research, on the basis of the traditional hydraulic test bench, to join the advanced PLC control technology, built by PLC as lower machine control field device, is controlled by a PC as a PC online monitoring system, can realize the perfect combination of machine, electricity, liquid, and computer. This design completed for speed regulation circuit, fast motion loop, speed in the three speed control circuit design, finally using JDY - B liquid gas comprehensive test bench test of mechanical and electrical design of speed control circuit and the PLC program. Key words:hydraulic test bench, speed control circuit, PLC 目 錄1前言11.1 速度控制在現(xiàn)實中的應用11.2 課題的意義22 實驗臺介紹42.1 液壓元件介紹42.1.1 液壓系統(tǒng)42.1.2 齒輪泵52.1.3 液壓缸72.1.4 液壓控制閥82.2 實驗所用各模塊介紹112.3 輔助開關173 PLC介紹193.1 PLC的特點193.2 PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言203.3 PLC的功能與應用214 速度控制回路設計234.1概述234.1.1 交流轉(zhuǎn)直流234.1.2 液壓泵驅(qū)動模塊234.2 液壓速度控制回路設計254.2.1調(diào)速回路254.2.2快速運動回路284.2.3速度換接回路32結(jié) 論37參考文獻38致 謝3921前言隨著社會的發(fā)展，在機械工程領域，自動化控制的作用越來越大，給人們帶來了越來越多的便利。工程中，機電一體化的實現(xiàn)對速度的要求越來越高，如何使各個液壓回路的自動化越來越改成為了不可回避的問題。液壓傳動技術是機電一體化技術的重要組成部分，而且液壓傳動相對于機械傳動來說是一門新技術，隨著流體力學、自動控制、計算機等技術的不斷發(fā)展，液壓傳動技術已經(jīng)發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測技術、機電一體化的一門完整的自動化技術，并且在工業(yè)生產(chǎn)、設備控制等方面都得到了廣泛應用1。1.1 速度控制在現(xiàn)實中的應用(1) 速度控制在生產(chǎn)機械中的應用調(diào)速指在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)分檔（有級）地或平滑（無級）地調(diào)節(jié)生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)速。調(diào)速系統(tǒng)由生產(chǎn)機械和調(diào)速器所組成。調(diào)速器通過適當改變流進和流出生產(chǎn)機械的能量來調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速。調(diào)速器不僅可使生產(chǎn)機械運行在某個指定的轉(zhuǎn)速，而且還能在負載變動時保持轉(zhuǎn)速恒定或基本不變。保持轉(zhuǎn)速恒定的調(diào)速器稱為無差調(diào)速器。只能使轉(zhuǎn)速基本不變的調(diào)速器稱為有差調(diào)速器。穩(wěn)速可使生產(chǎn)機械以一定的精度穩(wěn)定在所需轉(zhuǎn)速上運行的一種速度控制。在穩(wěn)速系統(tǒng)中，調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用能使生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)速（速度）完全或基本上不受負載變化、電源電壓變化、溫度變化等外部和內(nèi)部擾動的影響。加減速控制常用于頻繁起動和制動的生產(chǎn)機械。對加減速控制的基本要求是盡量縮短起動和制動時間以提高生產(chǎn)效率，并使生產(chǎn)機械的起動和制動過程盡量平穩(wěn)。在生產(chǎn)過程中，從工藝要求出發(fā)，不同的生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速（速度）的控制形式具有不同的要求。例如軋鋼機主、輔傳動要求盡可能地縮短起動、制動和反轉(zhuǎn)的時間，同時又能在較大范圍內(nèi)調(diào)速。而高速卷紙機則既要求有高的穩(wěn)速精度和一定調(diào)速范圍，又要求起動和制動平穩(wěn)。(2)速度控制在其它方面的應用運行的電梯，在開始運行和到達目的地之前，都會有一個加速和減速的過程，在二者又要要求運動的平穩(wěn)，給人一種安全平穩(wěn)的乘坐環(huán)境。自動化生產(chǎn)線上，機械手去放物件時，在接近起點和終點還有一段距離時，就會開始變速，慢慢靠近，這樣既可以避免過大的剛性沖擊給機器或者貨物造成破壞，又可以保證工作的精度。在日常生活中，速度無處不在，對速度的控制也隨處可見，速度的變化對我們的生產(chǎn)生活都會產(chǎn)生很大的影響。1.2 課題的意義 液壓傳動技術是機電一體化技術的重要組成部分，而且液壓傳動相對于機械傳動來說是一門新技術，隨著流體力學、自動控制、計算機等技術的不斷發(fā)展，液壓傳動技術已經(jīng)發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測技術、機電一體化的一門完整的自動化技術，并且在工業(yè)生產(chǎn)、設備控制等方面都得到了廣泛應用。液壓實驗臺是生產(chǎn)和開發(fā)液壓元件和液壓系統(tǒng)的重要實驗設備2。 液壓傳動以易獲得很大的推力或力矩、運動傳遞平穩(wěn)、均勻、準確可靠特點,極其廣泛地用于機床的控制中,特別是與PLC 技術相結(jié)合的機床電液控制系統(tǒng),大大提高了機床的靈活性和自動化程度,為大規(guī)模發(fā)展自動化生產(chǎn)線提供了廣泛的應用前景。 隨著液壓技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā)展，傳統(tǒng)液壓實驗臺的缺陷愈來愈明顯，已不能很好地適應生產(chǎn)和研究的需要。為了可以更好的適應教學的發(fā)展，增強學生解決實際問題的能力，以及滿足現(xiàn)代科研的需求，在傳統(tǒng)液壓試驗臺的基礎上，加入PLC先進控制技術，構建了由PLC作為下位機控制現(xiàn)場設備，由PC作為上位機在線監(jiān)控的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)機、電、液、計算機的完美結(jié)合，實現(xiàn)實驗處理的自動化，實時監(jiān)控等。采用了由PLC控制技術來控制液壓試驗臺的自動控制響應快、智能化，學生不僅可以根據(jù)需求搭建各種液壓回路或液壓系統(tǒng)，還可以獨立的進行液壓設計、安裝、調(diào)試、故障排除、編寫PLC程序、等，有利于提高學生在機電液計算機綜合控制等方面的綜合能力。通過畢業(yè)設計能夠更加熟悉的運用Step7編程軟件,掌握編程技術進一步加深對指令集的理解.從而為以后從事專業(yè)奠定基礎.鍛煉了對程序控制設備及系統(tǒng)的獨立維護及設計能力。還有學生的邏輯思維能力。對機床的運動過程中的速度變化從原理上有了一個較為深刻的認識。本設計有以下要點：通過模擬現(xiàn)代機床加工生產(chǎn)過程中的快進，工進，差動快進，速度調(diào)節(jié)，快速返回等，設計出了與其相似的液壓變速回路。在液壓缸柱塞運路徑上安裝接近開關，實現(xiàn)液壓缸的自動化運動。用PLC代替了手動觸電和接觸器實現(xiàn)了回路的自動控制。簡化了電路的復雜程度。2 實驗臺介紹2.1 液壓元件介紹2.1.1 液壓系統(tǒng)液壓傳動又稱為容積式液壓傳動,是用液體作為介質(zhì),利用液體的壓力能和動能來傳遞能量和進行控制的傳動裝置.通常把剩用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液體介質(zhì)稱為液壓油. 液壓傳動元件體積小,重量輕,結(jié)構緊湊,容易進行無級調(diào)速和容易實現(xiàn)標準化,系統(tǒng)化,通用化.所以廣泛應用于冶金機械,工程機械,礦山機械,農(nóng)業(yè)機械,汽車,船舶,飛機等.液壓系統(tǒng)雖然多種多樣,但從能量轉(zhuǎn)換的角度來看,它們的工作原理和組成基本相同，液壓系統(tǒng)的組成主要有：動力元件液壓油泵；執(zhí)行元件液壓油缸、液壓馬達；控制元件液壓閥，控制液壓油的壓力、流量與方向；輔助元件管件、壓力表、儲能器、濾油器等等；工作介質(zhì)傳遞壓力的工作介質(zhì)，通常為液壓油，同時還可起潤滑、冷卻和防銹的作用。（1）液壓傳動與機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動相比較有以下優(yōu)點功率相同的情況下，體積小、重量輕、結(jié)構緊湊、慣性小，可快速啟動和頻繁換向，能傳遞較大的力和轉(zhuǎn)矩。能方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速范圍大，可達100：1至2000：1。而最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低至每分鐘幾轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)低速強力或低速大扭矩傳動，不需減速器。傳遞運動均勻平衡、方便可靠；負載變化時速度較穩(wěn)定?？刂普{(diào)節(jié)方便、省力，易于實現(xiàn)自動化；與電氣控制或氣動控制配合使用，能實現(xiàn)各種復雜的自動工作循環(huán)，還可遠程控制。易于實現(xiàn)過載保護；液壓元件可自行潤滑，使用壽命較長。液壓元件易實現(xiàn)標準化、通用化、系列化，便于設計制造和推廣使用；元件之間用管路連接時，在系統(tǒng)中的排列布置有較大的機動性。實現(xiàn)直線運動一般比機械傳動簡單。（2）液壓傳動裝置存在的不足由于采用液體傳遞壓力，系統(tǒng)不可避免地存在泄漏，因而傳動效率較低，不宜于遠距離傳動。對油溫變化較敏感，運動件的速度不易保持穩(wěn)定，同時對油液的清潔程度要求高。為減少泄漏，液壓元件制造精度要求高，加工工藝復雜，因而成本較高。系統(tǒng)發(fā)生故障時，不易查找原因和維修。系統(tǒng)或元件的噪聲較大。2.1.2 齒輪泵 齒輪泵是一種常用的液壓泵，在結(jié)構上可分為外嚙合輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。 圖 2.1 齒輪泵圖 2.1 所示為普通常用的外嚙合齒輪泵的工作原理。當齒輪按圖示的箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，輪齒從右側(cè)退出嚙合，使該腔容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下，經(jīng)泵的吸油管進入右腔吸油腔，填充齒間。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動，每個齒輪的齒間把油液從右腔帶到左腔，輪齒在左側(cè)進入嚙合，齒間被對方輪齒填塞，容積減小，齒間的油液被擠出，使左腔油壓升高，油液從壓油口輸出，所以左腔便是泵的排油腔。外嚙合齒輪泵的排量 V，相當于一對齒輪的齒間容積之總和。近似計算時，可假設齒間的容積等于輪齒的體積，且不計齒輪嚙合時的徑向間隙3。（1）齒輪泵存在的主要問題：泄漏外嚙合齒輪泵高壓腔的壓力油可通過齒輪兩側(cè)面和兩端蓋間軸向間隙、泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙及齒輪嚙合線處的間隙泄漏到低壓腔中去。其中對泄漏影響最大的是端面間隙，可占總泄漏量的 75%80%。它是影響齒輪泵壓力提高的首要問題。 徑向不平衡力，齒輪泵工作時，排油腔的油壓高于吸油腔的油壓，從排油腔起沿齒輪外緣至吸油腔的每一個齒間內(nèi)的油壓是不同的，壓力的分布是依次遞減的?？梢?，泵內(nèi)齒輪所受的徑向力是不平衡的。這個不平衡力把齒輪壓向一側(cè)，并作用到軸承上,影響軸承的壽命。為了減小徑向不平衡力的影響，低壓齒輪泵中常采取縮小排油口的辦法。圖2.2 齒輪泵的徑向壓力分布圖2.3 齒輪泵的困油現(xiàn)象困油，為了使齒輪泵能連續(xù)平衡地供油，形成高低壓腔隔開，必須使齒輪嚙合的重疊系數(shù)1。這時會出現(xiàn)兩對輪齒同時嚙合的情況，即前一對輪齒尚未脫離嚙合，后一對輪齒己進入嚙合。這樣兩對嚙合的輪齒之間產(chǎn)生一個閉死容積，稱為“困油區(qū)”。齒輪在轉(zhuǎn)動過程中，困油區(qū)的容積大小發(fā)生變化，如圖2.3所示。容積縮小(由圖a過渡到圖b)時，困油區(qū)的油液受到擠壓，產(chǎn)生很高壓力而從縫隙中擠出，油液發(fā)熱，并使軸承等零件受到額外的負載。容積增大(由圖b過渡到圖c)時，困油區(qū)形成局部真空，使溶于油液中的氣體析出，形成氣泡，產(chǎn)生氣穴，使泵產(chǎn)生強烈的噪聲。這種不良現(xiàn)象叫做“困油”現(xiàn)象。為了消除困油現(xiàn)象，通常在兩側(cè)端蓋上開消除困油的卸荷槽，見圖2-3（d）中的虛線所示。（2）提高壓力的措施普通結(jié)構的齒輪泵由于齒輪端面與端蓋的間隙和齒輪齒頂與泵體的徑向間隙都是比較大的，油液通過端面間隙的泄漏量占泵總泄漏量的2/3以上因此提高齒輪泵的工作壓力，主要是靠改善齒輪端面處的密封情況，使齒輪端面在磨損后其軸向間隙能自動補償。在中高壓和高壓齒輪泵中，為了提高其容積效率，一般都采用軸向間隙自動補償。軸向間隙的自動補償一般是采用“彈性側(cè)板”或“浮動軸套”。在液壓力作用下使“彈性側(cè)板”或“浮動軸套”壓緊齒輪端面，使軸向間隙減小，以減少泄漏，使泵的工作壓力提高。（3）外嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點及使用外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結(jié)構簡單，制造容易，體積小，重量輕，成本低，自吸性能好，工作可靠，對油液污染不敏感，維護方便。其缺點是容積效率較低，流量脈動和壓力脈動較大，噪聲也大。低壓外嚙合齒輪泵廣泛應用于機床(磨床、珩磨機)的液壓傳動系統(tǒng)和各種補油、潤滑及冷卻裝置以及液壓系統(tǒng)中的控制油源等。中高壓齒輪泵主要用于工程機械、農(nóng)業(yè)機械、軋鋼設備和航空技術中。2.1.3 液壓缸執(zhí)行元件，依靠壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，用于驅(qū)動工作機構作往復直線運動。其結(jié)構簡單，工作可靠，能與各類泵相配合，能實現(xiàn)多種機械運動，應用廣泛。液壓缸按結(jié)構特點分為：活塞式、柱塞式和組合式（圖2.4）。按作用方式分為：單作用和雙作用式。密封裝置：主要防止液壓油的泄露，密封裝置的優(yōu)略直接影響液壓缸的工作性能。常用的密封方法：間隙密封：依靠運動零件配合面間的微小間隙來防止泄露。活塞環(huán)密封：依靠裝在活塞環(huán)形槽內(nèi)的彈性金屬環(huán)緊貼剛桶內(nèi)壁實現(xiàn)密封。圖2.4 液壓缸結(jié)構圖2.1.4 液壓控制閥液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來控制液流方向、壓力和流量的元件。借助于這些閥，便能對液壓執(zhí)行元件的啟動和停止、運動方向和運動速度、動作順序和克服負載的能力等進行調(diào)節(jié)與控制，使各類液壓機械都能按要求協(xié)調(diào)地工作。（1）普通單向閥普通單向閥是只允許液流單方向流動而反向截止的元件。液壓系統(tǒng)中對普通單向閥的要求主要是液流正向通過閥時壓力損失?。环聪蚪刂箷r密封性能好；動作靈敏，工作時沖擊和噪聲小等。如圖2.5a和圖2.5b，分別是管式連接的直通式單向閥和板式連接的直角式單向閥。圖2.5c為普通單向閥實物圖這里為了使看圖方便，沒有畫出管式連接的螺紋和板式連接的密封圈安放槽等（以下同）。當液流從口流入時，作用在閥芯上的壓力油液克服彈簧力頂開閥芯2，流向，實現(xiàn)正向?qū)ǎ划斠毫鲝目诹魅霑r，由于閥芯上開有徑向孔，液流流進閥芯內(nèi)部，閥芯在液壓力和彈簧力的作用下關閉閥口，實現(xiàn)反向截止。圖2.5c為單向閥的圖形符號。圖2.5 單向閥從工作原理可知，單向閥的彈簧在保證克服閥芯和閥體的摩擦力及閥芯的慣性力而復位的情況下，彈簧的剛度應該盡可能地小，以免在液流流動時產(chǎn)生較大的能量損失。一般情況下，單向閥的開啟壓力為0.0350.05MPa，通過額定流量時壓力損失不應該超過0.10.3MPa。在液壓系統(tǒng)中有時也將普通單向閥作為背壓閥使用，這時一般要換上剛度較大的彈簧，此時單向閥的開啟壓力一般為 0.20.6MPa。（2）電磁動換向閥電磁動換向閥簡稱電磁換向閥，是靠通電線圈對銜鐵的吸引轉(zhuǎn)化而來的推力操縱閥芯換位的換向閥。電磁閥的工作原理：電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。如圖2.6二臺肩結(jié)構的三位四通O型中位機能的電磁換向閥，閥體的兩側(cè)各有一個電磁鐵和一個對中彈簧。圖示為電磁鐵斷電狀態(tài)，在彈簧力的作用下，閥芯處在常態(tài)位（中位）。當左側(cè)的電磁鐵通電吸合時，銜鐵通過推桿將閥芯推至右端，則P、A和B、T分別導通，換向閥在圖形符號的左位工作；反之，右端電磁鐵通電時，換向閥就在右位工作。圖2.6 三位四通換向閥電磁鐵不僅有交流和直流之分，而且有干式和濕式之別。交流電磁鐵結(jié)構簡單、使用方便，啟動力大，動作快，但換向沖擊大，噪聲大，換向頻率不能太高（約 30次min），當閥芯被卡住或由于電壓低等原因吸合不上時，線圈易燒壞。直流電磁鐵需直流電源或整流裝置，但換向沖擊小，換向頻率允許較高（最高可達240次min），而且有恒電流特性，電磁鐵吸合不上時線圈也不會燒壞，故工作可靠性高。二位三通電磁閥由閥體和電磁線圈兩部分組成，是自帶橋式整流電路，并帶過電壓、過電流安全保護的直動式結(jié)構。系統(tǒng)中工作狀態(tài)一：電磁閥線圈不通電。此時，電磁閥鐵芯在回復彈簧的作用下靠在雙管端，關閉雙管端出口，單管端出口處于開啟狀態(tài)，制冷劑從電磁閥單管端出口管流向冷藏室蒸發(fā)器、冷凍室蒸發(fā)器流回壓縮機，實現(xiàn)制冷循環(huán)。系統(tǒng)中工作狀態(tài)二：電磁閥線圈通電。此時，電磁閥鐵芯在電磁力的作用下克服回復彈簧作用力移到單管端，關閉單管端出口，雙管端出口處于開啟狀態(tài)，制冷劑從電磁閥雙管端出口管流向冷凍室蒸發(fā)器流回壓縮機，實現(xiàn)制冷循環(huán)。電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。（3）直動式溢流閥圖2.7 普通直動式溢流閥圖2.7為錐閥式和滑閥式普通直動型溢流閥的結(jié)構原理。對于錐閥式溢流閥，圖2.7a，當進油口P的油液壓力不高時，錐閥芯2被彈簧3壓緊在閥座上，閥口關閉。當進口油壓P升高到能克服彈簧阻力時，便推開錐閥芯使閥口打開，油液就從回油口T流回油箱（溢流），進油壓力P也就不會繼續(xù)升高。對于滑閥式直動溢流閥圖2.7b，其工作原理與錐閥式類似，進口的壓力油通過閥體內(nèi)的通道a引入閥芯下端，直接與上端的彈簧相互作用，彈簧腔的泄漏油與出油口相連。當進口油壓升高到能克服彈簧阻力時，便推動閥芯運動，油液就由進油口P流入，從回油口T流回油箱。當通過溢流閥的流量變化時，閥口開度變化，彈簧壓縮量也隨之改變。在彈簧壓縮量變化甚小的情況下，可以認為閥芯在液壓力和彈簧力作用下保持平衡，溢流閥進口處的壓力P基本保持在彈簧調(diào)定值。擰動調(diào)壓手輪4改變彈簧的預壓縮量便可調(diào)整溢流閥的溢流壓力。這種溢流閥因為其作用在閥芯上的液壓力直接和調(diào)壓彈簧力抗衡，所以稱為直動式溢流閥。由于液壓力直接作用于彈簧的結(jié)構原因，需要的彈簧剛度很大，當溢流量較大時，閥口開度增大，彈簧的壓縮量增大，控制的油液壓力波動大，手輪調(diào)節(jié)所需力量也大。所以普通直動型溢流閥適用于低壓小流量系統(tǒng)。（4）單向調(diào)速閥單向調(diào)速閥如圖2.8所示，它帶壓力補償裝置，能維持穩(wěn)定的流量，不受出入口壓力差變化影響，能夠精確地控制執(zhí)行元件的速度。單向調(diào)速閥使一個方向的流量可以調(diào)節(jié)，而反向可自由流動，根據(jù)標牌刻度可方便調(diào)節(jié)或重新設定流量。適合控制機械動作快速、慢速及快速返回之用，非常適于工具機使用。圖2.8 單向調(diào)速閥2.2 實驗所用各模塊介紹（1）交流電源模塊 DB-1功能簡介：該模塊為交流電源模塊，背面連接為其它模塊提供所需要的AC380V和AC220V電壓?；窘Y(jié)構說明：剩余電流動作保護器：設備總電源開關,起到對地漏電保護作用，對地漏電不大于0.03mA；如果漏電跳閘，請專業(yè)人員進行檢修，查出問題并解決后將漏電指示按鈕按下，開關才能推上去使斷路器吸合（注：未解決跳閘問題之前嚴禁合起斷路器，以免造成人身傷害）； 圖2.9 DB-1 實物圖和內(nèi)部電路圖（2）直流電源模塊DB-2 圖2.10 DB-2實物圖和內(nèi)部電路圖功能簡介：該模塊為直流電源模塊，為其它模塊和元器件提供所需要的DC 5V、DC 12V和DC 24V電壓。基本結(jié)構說明：保險管：對電路起過載保護作用(通常用2A的保險管)；指示燈：提示AC 220V的通斷情況，燈亮表示模塊供電已導通，反之則斷開；AC 220V電壓輸入：護套插座，連接配套的護套插線接受DB-1模塊供的AC 220V電壓；電源開關：控制該模塊總電路的通斷；DC 12V電壓表：顯示DC 12V電壓輸出的實際電壓；DC 5V電壓輸出：大孔為護套插座，小孔為針式插線孔，相同顏色的三個孔是導通的；連接設備專用的插線給其他模塊提供DC 5V電壓；DC 12V電壓輸出：大孔為護套插座，小孔為針式插線孔，相同顏色的三個孔是導通的；連接設備專用的插線給其他模塊提供DC 12V電壓；DC 24V電壓輸出：大孔為護套插座，小孔為針式插線孔，相同顏色的三個孔是導通的；連接設備專用的插線給其他模塊提供DC 24V電壓；DC 5V電壓表：顯示DC 5V電壓輸出的實際電壓；DC 24V電壓表：顯示DC 24V電壓輸出的實際電壓。使用注意事項：使用本模塊，必須先用帶護套插導線從交流電源模塊DB-1的AC220V OUT與本模塊AC220V IN相連接，提供必要的供電電源；該電源模塊提供DC24V、DC12V、DC5V直流電源，最大負載電流4.5A，請注意外部負載必須在負載能力范圍以內(nèi)。（3）液壓泵控制模塊DB-5功能簡介：該模塊為液壓泵控制模塊，有手動控制和自動控制兩種方式控制液壓泵站的啟停；基本結(jié)構說明：DC 24V電壓輸入：護套插座，連接設備專用的護套插線接受DB-2模塊供的DC 24V電壓；PC控制口：繼電器線圈，手動控制時紅色端口接 DC 24V +、黑色端口接GND；自動控制時紅色端口接PLC輸出端，黑色端口接GND；控制切換旋鈕：手動控制和自動控制切換；泵站啟停旋鈕：控制泵站啟動和停止；急停開關：緊急切斷泵站電源，按下去就會直接切斷泵站電源，按下去后向右旋開關再彈起；圖2.11 DB-5D實物圖和內(nèi)部電路圖轉(zhuǎn)速表：通過傳感器測量泵站電機轉(zhuǎn)速； 微型斷路器：泵站總電源開關。使用注意事項：使用本模塊，必須先用帶護套插導線從直流電源模塊DB-2的DC24V O與本模塊DC24V IN相連接，提供必要的供電電源；非正常斷電后，一定要將泵站啟動旋鈕撥到停止位置，并將溢流閥開口調(diào)節(jié)至最大，以免再次啟動時對元器件造成沖擊損壞；（4）繼電器模塊DB-6基本結(jié)構說明： 1常開觸點 2線圈 3接觸器 4常閉觸點功能簡介：主要完成液壓接觸器控制應用實驗、氣動回路繼電器控制實驗、機電類電氣控制實驗等主要輔助實驗模塊； 電源插孔全部采用帶護套保護的插座，保證了實驗的安全性能。使用說明：禁止帶電連接導線、帶電取放保險管、用手指摳護套內(nèi)芯、觸摸繼電器觸頭等，以免觸電；使用該模塊前，必須仔細檢查電氣控制線路是否準配無誤，確認后再進行電氣線路連接； 圖 2.12交流接觸器各個端口均與接觸器觸頭一一對應，端口全部開放，線路控制電壓DC24V，請勿將控制電壓連接錯誤燒壞接觸器；在使用過程中，若發(fā)現(xiàn)外部控制有誤動作、誤操作等危險情況發(fā)生時，請及時切斷電源停止控制或操作。（5）可編程控制模塊 DB-8功能簡介:該模塊為西門子S7-200 CPU224 CN可編程控制器模塊，輸入相對應的程序就可以實現(xiàn)自動控制?；窘Y(jié)構說明I/O輸入端公共端：與M端口相連接；AC 220V電壓輸入：護套插座，連接配套的護套插線接受DB-1模塊供的AC 220V電壓；保險管：對電路起過載保護作用(通常用2A的保險管)；電源開關：控制該模塊總電路的通斷；PLC模塊：S7-200 CPU224 CN繼電器輸出, I/O輸入點14個、輸出點10個；串行口：用配套的電纜線和電腦相連接用來下載程序程序；I/O輸出公共端:與DC24V+相連接，每個公共端的額定電流最大為10A；圖2.13 DB-8實物圖I/O輸出端：接負載，每點額定電流最大為2A；I/O輸入端：接開關量與L+相連M端口: PLC內(nèi)部供電負極；L+端口：PLC內(nèi)部供電正極。 PLC控制器連接電路圖（圖2.14）圖2.14 S7-200 224CN PLC輸I/O點外部接線方法示意圖使用注意事項：下載程序時要將PLC上的開關撥到stop位置，下載完程序運行時再將其撥到run位置；（6）按鈕控制模塊DB-9結(jié)構特點介紹：1三位旋鈕 2按鈕3常開觸點 4常閉觸點5急停按鈕使用說明：禁止帶電連接導線，該模塊控制電壓為DC24V，請勿采用AC220V作為控制電壓；使用該模塊前，必須仔細檢查電氣控制線路是否準確無誤，確認后再進行電氣線路連接；圖2.15 按鈕控制模塊各個端口全部開放，電氣可根據(jù)自己實際需求在外部進行連接；在使用過程中，若發(fā)現(xiàn)外部控制有誤動作、誤操作等危險情況發(fā)生時，請及時切斷電源停止控制或操作。2.3 輔助開關接近開關又稱無觸點行程開關。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測有無物體靠近。當物體與其接近到設定距離時，就可以發(fā)出“動作”信號接近開關的核心部分是“感辨頭”，它對接近的物體有很高的感辨能力，是一種非接觸測量。 接近開關與被測物不接觸、不會產(chǎn)生機械磨損和疲勞損傷、工作壽命長、響應快、無觸點、無火花、無噪聲、防潮、防塵、防爆性能較好、輸出信號負載能力強、體積小、安裝、調(diào)整方便；但是 觸點容量較小、輸出短路時易燒毀 (如圖2.16)。圖2.16 接近開關3 PLC介紹可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。3.1 PLC的特點PLC可編程控制器具有以下特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。（2）硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。（3）易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。（4）系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。3.2 PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言（1）PLC軟件系統(tǒng)PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用PLC的程序語言編制的應用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。（2）PLC提供的編程語言標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點：它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術語和一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當做條件使用。語句表語言，類似于匯編語言。邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。本次設計是在MicroWinV3.2軟件（如圖3.1）中使用梯形圖編程來實現(xiàn)控制速度回路的目的。圖 3.1 PLC編程軟件界面3.3 PLC的功能與應用可編程控制器在國內(nèi)外廣泛應用于鋼鐵、石化、機械制造、汽車裝配、電力、輕紡、電子信息產(chǎn)業(yè)等各行各業(yè)。目前典型的PLC功能有下面幾點：（1）順序控制：這是可編程控制器最廣泛應用的領域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如注塑機、印刷機械、訂書機械，切紙機、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯控制等。（2）程控：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液體、速度、電流和電壓等，稱為模擬量?？删幊炭刂破饔蠥/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，這樣，可編程控制器可以作模擬控制用于程控。（3）數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設有四則運算指令，可以很方便地對生產(chǎn)過程中的資料進行處理。用PLC可以構成監(jiān)控系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)采集和處理、控制生產(chǎn)過程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進電動機，實現(xiàn)對各種機械的位置控制。（4）通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺PLC連接起來使用或者由一臺計算機與多臺PLC組成分布式控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求。（5）顯示打?。嚎删幊炭刂破鬟€可以連接顯示終端和打印等外圍設備，從而實現(xiàn)顯示和打印的功能。4 速度控制回路設計4.1概述設計的整體思路如下：第一步，基于昆山巨林科教實業(yè)有限公司的機電液氣綜合試驗臺設計出簡單的接觸器控制回路，進一步了解相應原件和模塊的使用方法； 第二步，搭接所用的變速回路，在實現(xiàn)接觸器控制的基礎上，通過PLC進行控制，并加入接近開關，來實現(xiàn)回路的自動化控制； 第三步，比較三種回路在控制液壓回路上的異同點456。現(xiàn)將液壓換接回路及其控制系統(tǒng)所要用到的元件使用方法簡要介紹如下：4.1.1 交流轉(zhuǎn)直流 圖4.1 DB-2實物圖按圖4.1連好線路就可以分別輸出DC +5V, DC +12V, DC +24V的電壓。4.1.2 液壓泵驅(qū)動模塊（1）液壓缸硬件連接方法按圖4.2 連將黑色旋鈕旋轉(zhuǎn)好線路供上電，將紅色旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動端，將黑色旋鈕旋轉(zhuǎn)到啟動端即可啟動液壓泵。至停止端即可停止液壓泵。當然也可以將紅色旋鈕旋轉(zhuǎn)至PC端實現(xiàn)PC控制。圖4.2 液壓泵電源連接方法（2） PLC硬件接線方法圖4.3 PLC電源連接方法按圖4.3連好電路，即可用電腦通過相關軟件對PLC進行編程，并通過串口將PLC程序下載到可編程控制器模塊。4.2 液壓速度控制回路設計4.2.1調(diào)速回路調(diào)速是為了滿足液壓執(zhí)行元件對工作速度的要求，在不考慮液壓油的壓縮性和泄露的情況下，液壓缸的運動速度為： （式4.1）液壓馬達的轉(zhuǎn)速為： （式4.2）式中，q為輸入液壓執(zhí)行元件的流量；A為液壓缸的有效面積；為液壓馬達的排量。由以上兩式可知，改變輸入液壓執(zhí)行元件的流量q或者改變液壓缸的有效面積A（或液壓馬達的排量）均可以達到改變速度的目的。但改變液壓缸工作面積的方法在實際中是不現(xiàn)實的，因此，只能改變進入液壓執(zhí)行元件的流量或用改變變量液壓馬達排量的方法來調(diào)速，。為了改變進入液壓執(zhí)行元件的流量，可采用變量液壓泵來供油，也可采用定量泵和流量控制閥，以改變通過流量閥的方法。節(jié)流調(diào)速回路可分為三種：進油節(jié)流調(diào)速回路，回油節(jié)流調(diào)速回路，旁油路節(jié)流調(diào)速回路，本次調(diào)速回路采用第一種進油節(jié)流調(diào)速回路7（如圖4.4）。 圖4.4 調(diào)速回路的液壓原理圖在此圖中節(jié)流閥前增加一個減壓閥，并使減壓閥的泄油口接到節(jié)流閥與液壓缸之間，這樣處理可獲得如下效果:減壓閥能控制其閥后壓力為穩(wěn)定值。由于減壓閥的泄油口接到節(jié)流閥與液壓缸之間的管路上，當液壓缸外載荷增大時，液壓缸的載荷壓力也就增大，于是減壓閥的泄油口壓力也增大，減壓閥的閥后調(diào)整壓力也增大，所以節(jié)流閥前后壓差基本不變;當液壓缸載荷減小時，其載荷壓力也減小，減壓閥泄油口壓力也減小，減壓閥閥后調(diào)整壓力也減小，節(jié)流閥前后壓差仍基本不變。所以在外載荷變化時，節(jié)流閥仍可獲得穩(wěn)定的流量，從而使執(zhí)行機構速度穩(wěn)定。（1）調(diào)速回路I/O表表4.1 調(diào)速回路I/O輸入對應開關 功能描述輸出功能描述I0.0SB1液壓缸停止Q0.0YA1得電，液壓桿伸出I0.1SB2液壓缸啟動Q0.1YA2 得電，液壓桿返回I0.2SB3液壓桿回到初始位置I0.3SQ1液壓桿換向前進I0.4SQ2液壓桿換向后退（2）調(diào)速回路PLC程序圖 4.5 調(diào)速回路PLC程序圖(3) 調(diào)速回路PLC硬件連接圖：圖4.6 調(diào)速回路PLC硬件連接（4）調(diào)速回路實物圖圖4.7調(diào)速回路的實物圖（5）調(diào)速回路的具體運動過程如下打開電源，啟動液壓泵的開關，使液壓泵工作。按一下SB2接觸器KM1得電，KM1得電后電磁閥YA1得電使三位四通閥左位工作，此時液壓缸伸出。當液壓桿伸出到觸發(fā)了開關SQ2之后，接觸器KM2得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM1失電，KM2得電時電磁閥YA2得電使三位四通閥右位工作，此時液壓缸返回。當液壓缸返回到出發(fā)了開關SQ1之后，接觸器KM1得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM2失電，KM1得電時電磁閥YA1得電使三位四通閥右位工作，此時液壓缸伸出。如此循環(huán)當需要停止時，按一下SB3液壓缸返回，即使經(jīng)過SQ1液壓缸也不會伸出。或者直接按下SB1會立刻停止在當前位置。當返回到最小位置時，按下SB1停止即可8。（6）調(diào)速回路的原理隨著負載的變化需要液壓缸提供不同的力，當負載大時提供大的力，當負載小時提供小的力，而液壓缸提供的力的大小是通過液壓桿運動的速度來實現(xiàn)的，速度越小提供的力越大，而流量的大小是通過調(diào)速閥來調(diào)節(jié)的，因此次調(diào)速回路的速度調(diào)節(jié)是通過調(diào)速閥來實現(xiàn)的。4.2.2快速運動回路快速運動回路又稱增速回路，其功用在于是液壓執(zhí)行元件獲得所需的高速，以提高系統(tǒng)的工作效率或充分利用效率，實現(xiàn)快速運動視方法不同有多種結(jié)構方案，本次設計采用液壓缸差動連接回路來實現(xiàn)回路的快速運動（如圖4.8）。此回路是利用三位四通換向閥來實現(xiàn)的液壓缸差動連接回路，在這種回路中，當閥1和閥3在左位工作時，液壓缸差動連接作快速運動，當閥3通電，差動連接即被切除，液壓缸回路經(jīng)過調(diào)速閥，實現(xiàn)工進，閥1切換至右位后，缸快退。這種連接方式，可在不增加液壓泵流量的情況下提高液壓執(zhí)行元件的運動速度，但是，泵的流量和有腔桿排出的流量合在一起流過的閥和管路應按合成流量來選擇，否則會使壓力損失過大，泵的供油壓力過大，致使泵的部分壓力油從溢流閥回油箱而達不到差動快的目的9。圖4.8 液壓缸快速運動回路（1）快速運動回路I/O表表4.2 快速運動回路 I/O表輸入對應開關功能描述輸出功能描述I0.0 SB1液壓缸停止運動Q0.0YA1得電，液壓桿快速伸出I0.1 SB2液壓缸啟動快速伸出Q0.1YA2得電，液壓缸返回I0.2 SB3液壓缸換速伸出Q0.2YA3得電，液壓缸工進或返回I0.3 SB4液壓桿回到初始位置I0.4 SQ1液壓缸換向快速伸出I0.5 SQ2液壓缸換速伸出I0.6 SQ3液壓缸換向返回（2）快速運動回路PLC程序圖4.9 快速運動回路PLC程序圖（3）快速運動回路PLC硬件連接圖圖4.10 快速運動回路PLC硬件連接（4）快速運動回路實物圖圖 4.11 快速運動回路實物圖（5）快速運動回路的具體運動過程如下打開電源，啟動液壓泵的開關，使液壓泵工作。按一下SB2接觸器KM1得電，KM1得電后電磁閥YA1得電使三位四通閥左位工作，此時形成了差動連接液壓缸快速伸出。當液壓桿伸出到觸發(fā)了開關SQ2之后，接觸器KM3得電，電磁閥YA3得電，差動連接切除。液壓缸速度變化，工進伸出。當液壓缸伸出到出發(fā)了開關SQ3之后，接觸器KM2得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM1失電，KM2得電時電磁閥YA1得電使三位四通閥右位工作，此時YA3繼續(xù)得電，液壓缸返回。當液壓缸返回觸發(fā)了SQ1之后，接觸器KM得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM2失電，KM1得電時電磁閥YA1得電使三位四通閥左位工作，此時YA3失電，液壓缸伸出，如此循環(huán)。當需要停止時，按一下SB3液壓缸返回，即使經(jīng)過SQ1液壓缸也不會伸出?；蛘咧苯影聪耂B1會立刻停止在當前位置。當返回到最小位置時，按下SB1停止即可10。（6）快速運動回路的原理加工零件時在離工件較遠時需要快速運動很快的接近工件，當靠近工件之后就需要降低運動速度慢速工進，這樣可以提高效率?？焖龠\動是通過差動連接來實現(xiàn)的（開始工作時差動缸左右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔的有效面積大于右腔的有效面積，故活塞向右運動，同時使右腔排出來的油液也進入左腔，加大流入左腔的流量，從而也加快了活塞移動的速度）當需要工進時，只需要切除差動即可實現(xiàn)工進11。4.2.3速度換接回路速度環(huán)節(jié)回路的功能是使液壓執(zhí)行機構在一個工作循環(huán)中從一種運動速度變換到另一種運動速度，因而這個轉(zhuǎn)換不僅包括液壓執(zhí)行元件快速到慢速的換接，而且也包括兩個慢速之間的換接。實現(xiàn)這些功能的回路應該