毕业设计（论文）-PLC四柱液压机的自动控制.doc

湖 北 文 理 学 院毕业设计(论文)正文题 目四柱式液压机的自动控制专 业机械设计制造及其自动化班 级机械与汽车工程学院机制0812班姓 名学 号指导教师职 称四柱式液压机的自动控制摘要：本设计以四柱式液压机的机械及液压装置为基础，配以可编程控制器，根据液压机的工作过程，按照生产工艺要求进行自动控制。利用plc最具优势的开关量控制与自身具备的pto控制及pid控制功能紧密结合，对液压机的运行速度及液压油温进行控制。通过高精度比例溢流阀和plc 的模拟输入输出模块对顶出缸的油压进行控制, 并结合板材变压边力成形工艺, 在单动液压机上实现变压边力控制。在板材成形过程中通过可编程控制终端对成形力、压边力及凸模行程进行实时监视和控制。文中详述了plc的特性及发展趋势，具体介绍了所选plc的特点，及其控制单元和所选控制模块的使用和参数设定，给出了液压机的工作流程图、程序运行流程图并编制出了运行程序。关键词：四柱式液压机；自动控制；plc；pto控制；pid控制。automatic control of four poles liquid press abstract：the design was based on machinery and liquid presses device of four poles liquid press. the designer combined it with program-controller. according to the work presses of the liquid press and request of produce technology. the machines carry on an automatic control. to making use of the pto control function and the switch control function of plc. they have been most close combined to control the movement speed and oil temperature of the liquid press. the oil pressure was controlled by the high accuracy proportional spillover valve and the analog i/ o model of the plc. with the deep drawing process of sheet metal the variable blank-holder force control was realized on the single- action hydraulic machine. the designer detailed the characteristic and the development of plc. and concretely introduced the characteristics of the chosen plc and the usage of its control unit and parameter setting of the mold piece. the flow diagram and program were designed in the article. key words: four poles liquid press; automatic control; plc; pto control; pid control. 目 录摘要iabstractii1引言12四柱式液压机的结构和工作原理32.1四柱式液压机的机械结构32.2液压系统构成42.3液压系统工作原理52.4主要技术规格73 总体设计方案93.1液压机的基本工作过程93.2设备控制要求103.3电气系统设计104控制系统程序设计124.1可编程控制器应用于液压机的可行性分析124.1.1可编程控制器的特点124.1.2 plc的组成及作用124.2 液压机的plc控制系统构成144.2 i/o分析及plc选型154.3 i/0地址分配204.4外部接线图设计224.5程序流程图244.6程序设计255总结41参考文献43- iii -装订线湖北文理学院 毕业设计（论文）报告纸第 43 页1引言自动化一词的含义十分广泛，它是指采用能自动开停、调节、检测、加工和控制的机器人、设备进行各种作业，以代替人力来直接操作的措施。它是机械化的高级阶段。近年来由于电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展，自动化得到了长足的进步。自动化的原意就是设计一种控制设备来取代人力操作机械的动作，以达到各种机械自动、半自动运行的目的。可编程控制器(plc)由于它的功能完善、操作方便、可靠性高、价格也比较实惠，近年来普及很快，当前已成为工厂自动化的重要支柱。plc是一种应用于工业控制的智能型可编程序的顺序控制器，是每一接点可重复使用的智能型继电器阵列。过去，plc仅作为顺序控制器来使用，常规情况下，对于一些过程控制，都采用上位微机控制来完成即所谓的集散控制系统(dcs)。随着微电子技术的发展，plc的功能日趋完善，它已有单一的顺序控制功能发展成为集顺序控制和过程控制于一身的复合型工业控制器。与dcs系统相比，采用plc单一控制，其系统成本可降低一半，因此，使用plc实现复合控制是未来工业控制的主流。目前，我国plc的应用还处在初级阶段，一般仅用于中、小型企业的顺序控制中，但在一些从国外引进的大型制造业的装备中，plc实现复合控制使用的已相当广泛。plc作为开关量控制的顺序控制器在液压设备上的应用已很普遍。plc在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。内装式plc也称集成式plc，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将nc和plc结合起来考虑，nc和plc之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个cpu，也可以是单独的cpu，这种结构从软硬件整体上考虑，plc和nc之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且nc和plc之间易实现许多高级功能。plc中的信息也能通过cnc的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的plc。独立式plc也称外装式plc，它独立于nc装置，具有独立完成控制功能的plc。在采用这种应用方式时，可根据用户自己的的特点，选用不同专业plc厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。plc在数控机床和非数控机床中都有使用，在数控机床中，plc是数控机床的大脑，何时进刀，何时退刀，刀量多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由plc发出指令，机床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到plc。通过计算机与plc的组合，实现对刀架换刀的准确控制。机床行业中plc的应用以小型plc为主，日系plc在小型plc领域占有很大优势，因此在机床行业中日系plc占据大部分市场份额，而三菱、西门子由于其数控系统在机床行业中占有优势，因此在机床行业中占有一席之地。机床行业中plc品牌集中度比较高，主要集中于日系品牌（三菱、欧姆龙）和西门子，台湾品牌台达在其中也占有一定的市场份额，而其他的品牌主要有富士、倍福、ls、施耐德、光洋、abb和横河等。机床行业在保持了最近这些年的持续高速增长之后，于今年开始出现衰退现象，特别是在受金融危机冲击后，从7月份开始与去年同期相比都有不同程度的下降，11月份甚至下降幅度达到20.2%，如此高幅度的下降是历年很少见的，其中普通机床的影响尤为明显，库存开始增加，而数控机床的影响稍微少一些，从而给这个行业重新洗牌，未来机床的方向是数控化和逐步高端化，这些机床都需要使用大量plc和运动控制器/卡来逐步取代继电器或机械控制，使得机床的整体性能得到提升，因此从长远来看，plc和运动控制器/卡在机床行业的应用还是会很有潜力，在金融危机的冲击下，用户对plc的性价比会越来越高，在同等价位水平下，希望plc能够集成更多功能，如多轴插补功能等，甚至把原来不带有运动控制模块的plc转化成带有运动模块，这些都是plc厂商面对这场危机时所需要考虑的，在人人捂紧钱包的时候，只有更加高性价比的产品才能在这场危机中胜出，而对于运动控制器/卡，开放性将是其发展趋势，不需要借助相关平台即能实现运动控制功能。众所周知，工作液体是液压能的载体，其基本功能是进行能量的转换和传递。此外，它还对液压元件和系统进行润滑和冷却。因此，液压油的参数对液压设备能否正常运转起着举足轻重的作用，利用plc对液压油油温进行过程控制是本论文研究的其中一个方面。四柱式液压机主要适用小批或成批生产的金属压力加工工艺。本论文引入现代控制理论及方法对其控制实施逻辑判断，根据生产工艺要求如何在plc上将顺序控制与过程控制有机结合，实现这种复合控制。机床根据编制好的程序自动运行，这样就简化了工人的操作，降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。在编制程序过程中把设备所有可能出现的情况考虑进去，确保液压设备本身及操作使用人员的安全:同时可大大提高设备的整体性能及压力设备的高技术含量；为我国的装备制造业的发展方向提供经验。2四柱式液压机的结构和工作原理分析yb32-500四柱式液压机机械结构；简述液压机液压系统的结构组成及其工作原理；为下一步采用plc控制系统的方案设计做基础。2.1四柱式液压机的机械结构机身由电机、与立柱联接成一体的底座、立柱内装有油箱、行程开关和电磁换向阀组成，其特征是：底座上通过螺栓装有立柱，在立柱的外侧上安装油箱，立柱内装有缸套，立柱下端安装下缸盖，在缸套内装有由上和下活塞杆通过密封圈套装在一起的活塞，活塞的下活塞杆穿出下缸盖，活塞的上活塞杆穿出立柱上端安装的上缸盖，另外立柱上端还安装有罩住上缸盖的防尘透明罩，在其罩内的穿出上缸盖的活塞的上活塞杆端部装有限位碰块，上缸盖上通过螺栓固装有两个顶杆，在两个顶杆上分别安装带有调节螺柱的行程开关座，行程开关座上装有行程开关。外观图见图2.1。图2.1四柱式液压机外观图2.2液压系统构成1.主缸主缸缸体是用锻缸制成的。缸体依靠缸口台肩及大锁母紧固于上横梁内。活塞下端利用法兰用螺栓与活动横梁紧固联接。活塞的头部装有铸铁导向套，导向套的环行槽内装有方向相反的y型密封圈，将缸内形成上下两个油腔。缸口部分也装有铸铁导向套和y型密封圈。y型密封圈是用聚氨脂橡胶制成的。2.顶出缸顶出缸装于工作台中心孔内，用锁紧螺母固定之，其结构与主缸相同。3.动力结构动力结构是产生和分配工作油液的装置。其油箱为钢板焊接件，箱内装有过滤板，箱前装有油位标志。油箱用四个支柱支起，其下面装有油泵和电动机。油箱的上面装有低压控制系统以及各压力阀和方向阀等元件。(l)主油泵和主电动机的型号轴向柱塞泵选用16owcy14一ib型微机控制变量泵。此类泵是在dcy14-1b泵的基础上改进设计而成的一种新的变量形式，它以步进电机代替dcy14-1b泵上的可逆电动机，利用步进电机带动变量头改变泵的斜盘角度来实现其控制功能，以滚珠丝杆代替普通丝杆，可实现高精度的流量控制。主油泵电动机选用y200l-4 45kw，转速1475r/m。(2)控制系统控制系统包括齿轮泵、溢流阀及电机等。齿轮泵型号为:hy01-25x25 q=25l/min p=2.5mpa溢流阀型号为:dbw11-35x25 q=35l/min p=2.5mpa电机型号为:joz-22-4 p=1.5kw r=1410r/m本机液压系统中的控制油压力应调整为1.5-2.0mpa(3)标准阀类元件本机使用的标准阀类元件均为天津市高压泵阀厂生产。包括有6mf1a和7kf1a电液动滑阀、b1i1电动滑阀、2y和6y溢流阀、6d单向阀、以及电接点压力表等。其中6mfla电液动滑阀于装配时在主阀和导阀中间增设一阀板，以便于接通控制管路。4.冷却装置油液的工作温度最好在15、55范围内。夏季气温高，油温超过55，应当冷却。本设备在油箱内及工作油路上设有冷却管路，需要冷却时通循环冷却水，不需要冷却时，停止通冷却水。5.加热装置由于北方冬季气温低，最低温度达到零下20几度，为了液压机的正常运转，本设备在油箱内设置加热装置。当液压油温度低于15时，启动加热装置。2.3液压系统工作原理yb32-500型四柱式液压机的液压系统原理图见图2.2。注：1恒功率变量泵2定量泵 3、4溢流阀 5远程调压阀 6、21电液换向阀 7压力表 8电磁阀 9液控单向阀 10顺序阀 11卸荷阀（带阻尼孔） 12压力继电器 13单向阀 14充液阀（带卸荷阀芯） 15充液箱 16主缸 17顶出缸 18溢流阀 19节流器 20背压阀 22滑块 23挡铁 2.2 四柱式液压机的液压系统原理图四柱式液压机的工作原理1.快速下行 按下启动按钮。电磁铁 1dt、5dt 通电吸合。低压控制油使电液阀 6 切换至右位，同时经阀 8 使液控单向阀 9打开。泵 1 供油经阀 6右工位、单向阀 13 至主缸16 上腔，而主缸下腔液压油经液控单向阀 9、阀 6 右工位、阀21 中位回油箱。实际上，此时主阀滑块 22 在自重作用下快速下降， 泵 1 的全部流量还不足以补充主腔上腔空处的容积， 因而在上腔形成局部真空，置于液压缸顶部的充液箱 15 内的油液在大气压及油位作用下，经液控单向阀14（充液阀）进入主缸上腔。2.慢速接近工件加压当主缸滑块22上的挡铁23压下行程开关xw2 时，电磁铁 5dt 断电，阀 8 处于常态位，阀 9 关闭。主缸回油经背压（平衡）阀 10、阀 6 右位、阀 21 中位至油箱。由于回油路上有背压力，滑块单靠自重就不能下降，油泵 1供给的压力油使之下行，下行速度减慢。这时主缸上腔压力升高，充液阀 14 关闭。主泵 1的压力油推动活塞使滑块慢速接近工件， 当主缸活塞的滑块 22 抵住工件后， 阻力急剧增加，上腔油压进一步提高， 变量泵 1 的排油量自动减小，主缸活塞的速度变得更慢，以极慢的速度对工件加压。3.保压 当主缸上腔的油压达到预定值时， 压力继电器 12 发出信号，使电磁铁 1dt 断电，阀 6回复中位，将主缸上、下油腔封闭。同时泵 1经阀 6、阀 21 的中位卸荷。单向阀 13保证了主缸上腔良好的密封性，主缸上腔保持高压。保压时间可由压力继电器 12 控制的时间继电器调整。 4.泄压、快速回程 保压过程结束， 时间继电器 12 发出信号，使电磁铁 2dt 通电（当定程压制成型时，可由行程开关 xw3 发出信号） ， 主缸处于回程状态。为了防止液压冲击， 保压后必须先泄压然后再回程。 但由于液压机油压高， 而主缸的直径大，行程长， 缸内液体在加压过程中受到压缩而储存相当大的能量。 如果此时上腔立即与回油相通，则系统内液体积蓄的弹性能突然释放出来，产生液压冲击，造成机器和管路的剧烈振动，发出很大的噪声，为此，保压后必须先泄压后再回程。当电液换向阀 6 切换至左位后，主缸上腔还未泄压，压力很高，卸荷阀 11（带阻尼孔）呈开启状态，主泵 1 的油经阀 6 的左工位,阀 11的回油。 这时主泵 1 在较低压力下运转，此压力不足以使主缸活塞回程，但能够打开液控单向阀 14 的卸荷阀芯，主缸上腔的高压油经此卸荷阀芯的开口而泄回充液箱15，这是泄压过程。这一过程持续到主缸上腔压力降低到较低时，卸荷阀 11 关闭为止。主泵1的供油压力升高,推开充液阀14的主阀芯。此时泵 1 的压力油经阀 6 的左位,液控单向阀9进入主缸下腔,而主缸上腔油液经阀14回油到充液箱 15 实现主缸开始快速回程。2.4主要技术规格yb32-500型四柱式液压机的主要技术规格见表2.1表2.1四柱式液压机的主要技术规格序号项目单位规格1公称压力t5002液体最大工作压力mpa253回程压力t1004顶出压力t1005顶出回程压力t306拉伸时压边压力t1257拉伸时顶出缸液体最大工作压力mpa328控制油路工作压力mpa1.5-39活动横梁最大行程mm90010顶出活塞最大行程mm35011活动横梁距工作台面最大距离mm150012顶出活塞距工作台最大距离mm43013活动横梁形成速度空载下行最大mm/s100工作时最大mm/s10回程时最大mm/s8014总工率kw46.53 总体设计方案3.1液压机的基本工作过程其工作流程框图如图3.1：图3.1四柱式液压机工作流程框图液压机的工作流程由滑块快速下行、慢下加压、压制、保压延时、卸压回程、顶出缸顶出、顶出缸退回7个过程组成.在现使用的液压机中，这7个过程是在半自动及手动控制下实现的。而在自动控制的液压机中，这7个过程可做到全自动依次运行，只有人工按停止按纽或急停按纽干预方能停车。3.2设备控制要求液压机的自动控制系统要求能实现自动及手动欧诺个控制方式。液压机在正常工作时选择自动控制方式。1.设定手动控制方式的主要原因有三个:(1)液压机在压制不同形状的工件时，能准确调整其工作范围。(2)液压机利用手动控制顶出缸作薄板反拉伸。(3)液压机出现故障时，便于快速查找故障原因。2.液压机自动工作状态:将转换开关打到自动工作状态，按下自动启动按钮(1)液压机滑块靠自重快速下行(2)液压机滑块漫下加压(3)接触工件进行压制(4)达到设定压力开始保压(5)保压延时到卸压回程(6)回程到位后，延时一定的时间顶出缸顶出(7)顶出到位后，延时一定的时间顶出缸退回(8)延时一定的时间进行下一个工作循环3.液压机手动工作状态:将转换开关打到手动工作状态(1)按“压制、回程”按钮，液压机滑块动作，抬手停止。(2)按“顶出、退回”按钮，顶出缸动作，抬手停止。4. 工作过程的控制:(1)对液压机滑块的速度，根据产品工艺的要求进行设定。其速度由变量泵的流量来控制，利用步进电机带动变量头改变泵的斜盘角度来实现其控制功能。速度等级分高、中、低三挡。(2)对油温进行控制，使其保持在15、55的最佳工作状态。(3)为了设备及人身安全设置急停按钮及光栏保护开关。3.3电气系统设计电气原理图如图3.2所示：图3.2电气原理图根据液压机的控制要求，所需的器件有：西门子s7-200系列plc、起动按钮sb1、停止按钮sb2、红绿色信号灯等，输入输出端口接线如外部接线图所示。由图可见：起动按钮sb1接于输入继电器i0.0端，停止按钮sb2接于输入继电器i0.1端，将输出端的com1及com2用导线相连，输出端的电源为交流220v。如果电磁阀的功率较大，一个输出继电器不能带动，可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动电磁阀。4控制系统程序设计4.1可编程控制器应用于液压机的可行性分析4.1.1可编程控制器的特点现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制器由于具有以下特点而深受欢迎:1.可靠性高，抗干扰能力强。这往往是用户选择控制装置的首要条件。plc生产厂家在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠的工作。目前各生产厂家生产的plc，其平均无故障时间都大大超过了eic规定的10万小时。而且为了适应特殊场合的需要，有的plc生产商还采用了冗余设计和差异设计(如德国pi12公司的plc)，进一步提高了其可靠性。2.适应性强，应用灵活。由于plc产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。3.编程方便，易于使用。plc的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更简单方便。4.控制系统设计、安装、调试方便。plc中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元件”。又用程序(软接线)代替硬接线，安装接线工作量少。设计人员只要有plc就可进行控制系统设计并可在实验室进行模拟调试。5.维修方便、维修工作量小。lpc有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。lpc对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和i/o点的状态均有显示。工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处理。6.功能完善。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、pdi运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。由于具有上述特点，使得lpc的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有plc的应用。4.1.2 plc的组成及作用plc实质是一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故plc与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器(cpu)、存储器、输入/输出(i/o)接口、电源等，如图4.1图4.1 plc基本组成框图1.中央处理器(cpu)与一般计算机一样，cpu是plc的核心，它按plc中系统程序赋予的功能指挥plc有条不紊的进行工作，其主要任务有:控制从编程器键入的用户程序和数据的接收与存储;用扫描的方式通过i/o部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中；诊断plc内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；plc进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。2.存储器lpc的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由plc生产厂家编写的系统程序，并固化在rom内，用户不能直接更改。它使plc具有基本的智能，能够完成plc设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了plc的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，它主管控制plc的运行，使整个plc按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序。通过用户指令解释程序，将plc的编程语言变为机器语言指令:再由cpu执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。plc的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了plc性能的强弱。3.脉冲量处理脉冲量，是除了逻辑量、模拟量外，另一个常见的物理量。如机床部件的位移，常以脉冲数量表示。数字控制技术实质就是用脉冲实现控制的技术。4.数据采集与存储plc有种种接口与人机界面，可用其去获得有关信息。plc的数据存储区，随着技术的发展，也越来越大。已出现兆级的，这样庞大的数据存储器区，则可存储大量数据。plc访问数据区，有多种方法，可直接访问，也可间接访问。同时，plc又有众多的定时期、计数器以及实时时钟。所以，plc有强大的数据采集与存储功能。5.诊断功能plc有自诊断功能。plc有很多指示灯，可显示lpc自身的状态与控制对象的状态。plc总是周期地自检，如出现故障，其代码将实时存于相应的内存区中，不同的代码代表不同的故障。近期的plc，出现故障还可自动记录，可记故障出现的具体时间。时间精度可到秒级，甚至更精。可记下近期的20次，甚至更多故障记录。近期的lpc，还有更多的自检手段，不仅可定位故障出现的时间，还可定位故障出现的位置。6.连网、通信功能plc有多种通信接口，有很强的连网、通信能力。并不断有新的连网的结构推出。plc与plc可通信。可一对一plc通信。可多到几十、几百、几千、几万，甚至不受限制。plc与智能仪表、智能执行装置(如变频器)也可联网通信，交换数据，相互操作。plc可联接成远程控制系统，系统范围面可大到几十、几百千米或更大。plc可与计算机通信，可用计算机编程，或用计算机控制或管理plc，使plc用起来更方便。与计算机通信，可一台计算机控制管理多台plc，也可一台plc与两台或更多的计算机通信。4.2 液压机的plc控制系统构成根据设备控制及工作过程要求，其plc控制系统构成图如图4.2图4.2 plc控制系统构成图4.2 i/o分析及plc选型四柱式液压机自动控制系统采用西门子公司的s7-200系列整体式plc。根据控制系统图选用cpu型号为cpu226dc/dc/dc24输入/16晶体管输出的plc。利用plc的cpu具有的高速脉冲输出(pto)功能对变量泵的步进电机进行开环控制。由于又要求对油温进行控制，其控制方式采用模拟量入/开关量出的形式，因此需增加一个扩展温度测量模块，其型号为em231rtd。1.cpu单元(1)cpu226的技术规格说明如表4.1表4.1 cpu226的技术规格特性cpu226外形尺寸（mm）1908062程序存储区4096字数据存储区2560字断电保持时间190小时本机输入/输出24入/16出扩展模块数量7高速计数器单向6路30khz双向4路20khz脉冲输出2路20khz模拟电位器2实时时钟内置通讯口2rs-485浮点数运算有输入/输出映像区256（128入/128出）(2)电源预算所有的s7-200cpu都有内部电源，可为cpu自身、扩展模块和其它用电设备提供5v、24v直流电源。扩展模块通过与cpu连接的总线连接电缆取得5v直流电源。cpu还向外提供一个24v直流电源，从电源输出点(l+，m)引出。此电源可为cpu和扩展模块上的i/o点供电，也为一些特殊或智能模块提供电源。电源容量完全满足要求，无须增加外接电源。2. 脉冲输出单元（pto）s7-200plc提供两个高速脉冲输出点(qo.0qo.)l，可以分别工作在pto(脉冲串输出)和pwm(脉宽调制)状态下。pto可以输出一串脉冲，用户可以控制脉冲(频率)和个数。高速脉冲输出点和普通数字量输出点共用输出映像qo.0 q0.1。当在qo.0或q0.1上激活pto功能时，pto发生器对输出拥有控制权，输出波形不受其它影响。(1) pto操作状态pto按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波，脉冲个数和周期范围分别如下:脉冲个数:1-4294967295周期范围:50-65 535us或2-65 535mspto功能允许脉冲串支持在未发完脉冲串时“排队”，以保证脉冲输出的连续进行。tpo功能也立刻中止脉冲输出。(2) pto的控制寄存器s7-200使用两套特殊寄存器控制两个tpo独立工作。(3) 参数的脉冲化控制油泵斜盘的拉杆直径为120mm，斜盘角度的调整范围为:o-20，根据计算所对应的直线距离为:0-41mm。步进电机选用三相双拍式，由计算公式: 4-1式中：每输入一个脉冲步进电机转过的角度 ：步进电机相数 ：步进电机工作方式系数，单拍取1，双拍取2 ：步进电机齿数由此计算知电机转一圈需要240个脉冲，按照拉杆移动1mm需40个脉冲计算，斜盘从零位调到20时需要1642个脉冲，电机需转动6.8圈。a.选择高速时脉冲数:快速下行时:斜盘从零位调到20电机正转，需要1642个脉冲。快转慢时:电机反转4，需要334个脉冲。卸压回程时:电机正转，需要334个脉冲。b.选择中速时脉冲数:快速下行时:斜盘从零位调到16电机正转，需要1323个脉冲。快转慢时:电机反转4，需要334个脉冲。卸压回程时:电机正转4，需要334个脉冲。c.选择低速时脉冲数:快速下行时:斜盘从零位调到12电机正转，需要998个脉冲。快转慢时:电机反转4，需要334个脉冲。卸压回程时:电机正转4，需要334个脉冲。3. pid控制算法及参数设置按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为pid调节器，是连续系统中(特别适合温度控制)技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。pid调节器结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别在工业过程中，由于控制对象的精确数学模型难以建立，系统的参数又经常发生变化，运用现代控制理论分析综合要耗费很大代价进行模型辨识，但往往不能得到预期的效果，所以人们常采用pid调节器，并根据经验进行在线整定。由于软件系统的灵活性，pdi算法可以得到修正而更加完善。pid控制分模拟和数字两种类型，数字pid调节器是由模拟pid调节器发展而来的，其控制算法是按给定值与实际值之间偏差的比例、积分和微分进行控制的。(1)数字pid控制算法在模拟调节系统中，pid控制算法的表达式: 4-2由于数字pid控制是一种采样控制，它根据采样时刻的偏差值来计算控制量，因此，在plc控制系统中，必须对上式进行离散化，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，此时积分项和微分项可用求和及求增量式表示: 4-3式中t:采样周期必须足够小，才能保证系统有一定的精度。 :第k次采样时的偏差。:第k-1次采样时的偏差。k:采样序号k二0、1、2:第k次采样的调节输出。(2) pid参数设置由于可编程控制器运行速度的提高，运算能力的增强，因此plc都可用于数字pid控制。本设计对液压油温进行过程控制，使其保持在15、55的最佳工作状态。s7-200型plc的cpu226自身具有数字pid控制指令，只需填写一张pid控制参数表(table)后，执行指令pid table，l00p即可。当被调量为温度时，根据pid参数的经验选择范围:的选择范围:1.6-5的选择范围:.3-1om的选择范围:0.5-3m增大比例系数k，一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间.有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢，温度有较大滞后，需选的大一些。增大微分时间，亦有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。由此选择参数如下:k=2 =6m =1.5m4. 温度测量模块em231rtd的参数设置为了保持液压油温保持在15、55的最佳工作状态，增加一em231rtd型温度测量模块。其控制方式采用模拟量入/开关量出的形式，利用em231rtd的2输入通道，当油温超过55时，打开油温冷却电磁阀通循环冷却水降低油温，当油温低于35关闭电磁阀停止通冷却水;当油温低于15时，启动油箱内的加热元件(加热元件选用sry型管状件，电压:ac22ov功率2kw)，当油温高于35停止加热。热电阻选用pt100。，dip开关设置sw1-sw8全为off状态即:00000000。cpu模块采用西门子的cpu226dc/dcd/c24输入/16晶体管输出模块，对油温控制采用西门子的em231rtd型温度测量模块，cpu模块控制整个系统按照所给定的程序有条不紊地运行。由于模块采用直流24v供电，选容量满足要求的直流24v输出的开关电源为其供电。由于cpu模块有24点数字量输入，有16点数字量输出，己能满足需要，所以不再需要增加输入/输出模块。i/o分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是10.0-12.7，输出端子对应的输出地址是q0.0-ql.7。4.3 i/0地址分配1.数字量输入部分这个控制系统的输入有自动/手动选择开关、加热/冷却选择开关、自动启动按钮、停止按钮、手动启动主油泵电机、手动停止主油泵电机、手动压制、手动回程、手动顶出、手动退回、压力设定电接点、光栏保护、手动启动低压油泵电机、主缸控制接近开关、顶出缸控制接近开关、速度选择开关(高、中、低)等共23个输入点。具体的输入分配如表4.2:表4.2输入地址分配表输入地址对应外部设备i0.0自动启动按钮i0.1回程到位及上死点接近开关i0.2快转慢接近开关i0.3光栅保护输入i0.4下死点接近开关i0.5顶出缸顶出接近开关i0.6顶出缸退回接近开关i0.7压力设定电接点i1.0手动启动低压油泵电机i1.1停止按钮i1.2手动压制按钮i1.3手动回程按钮i1.4手动顶出按钮i1.5手动退回按钮i1.6自动/手动选择开关i1.7高速控制开关i2.0中速控制开关i2.1低速控制开关i2.2加热/冷却选择开关i2.3手动启动主油泵电机i2.4手动停止主油泵电机i2.5时间继电器延时触点i2.6手动停止低压油泵电机2.数字输出部分这个控制系统需要控制的外部设备有脉冲输出(步进电机功率驱动器)、下行电液阀、回程电液阀、顶出电液阀、退回电液阀、快行电液阀、低压油泵电机、时间继电器、油温冷却进水阀、加热元件、主油泵电机星-三角启动共11个设备，而主油泵电机星-三角启动需3个输出量，所以输出点应为14个。具体的输出分配如表4.3:表4.3输出地址分配表输出地址对应的外部设备q0.0脉冲输出q0.1回程电液阀q0.2快行电液阀q0.3顶出电液阀q0.4退回电液阀q0.5下行电液阀q0.6低压油泵电机q0.7时间继电器q1.0主油泵电机星-三角启动1q1.1主油泵电机星-三角启动2q1.2主油泵电机星-三角启动3q1.3步进电机旋转方向q1.4油温冷却进水阀q1.5加热元件3.定时器部分这个控制系统在进行主油泵电机星三角启动控制及回程到位后，延时一定的时间顶出缸顶出，顶出到位后，延时一定的时间顶出缸退回，延时一定的时间进行下一个工作循环。完成这些工作需要用到4个定时器，根据实际需要选用通电延时，时基为10oms、定时器号t37-t40的lpc内部定时器。具体的输出分配如表4.4:表4.4定时器分配定时器功能t37油泵电机星-三角启动t38延时顶出t39延时退回t40延时到下一个工作循环4.内部继电器部分这个控制系统在整个工作过程中需要用到多个内部继电器，其具体的输出分配如表4.5:表4.5内部继电器分配内部继电器功能m0.0自动状态启动m0.1自动状态进入快转慢m0.2自动状态满足初始条件m0.3自动状态快速下行速度标示m0.4自动状态快转慢速度标示m0.5自动状态回程速度标示m0.6油泵斜盘复位标示m0.7油泵斜盘角度复位m1.0手动状态启动m1.1手动状态进入快转慢m1.2手动状态回程到位4.4外部接线图设计plc外部接线图见图4.3图4.3plc外部接线图根据液压机的控制要求，所需的器件有：西门子s7-200系列plc、起动按钮sb1、停止按钮sb2、红绿色信号灯等，输入输出端口接线如外部接线图所示。由图可见：起动按钮sb1接于输入继电器i0.0端，停止按钮sb2接于输入继电器i1.1端，将输出端的com1及com2用导线相连，输出端的电源为交流220v。如果电磁阀的功率较大，一个输出继电器不能带动，可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动电磁阀。4.5程序流程图图4.3程序运行流程图按下启动按钮总开关得电并进行开车前的准备。选择自动运行，系统进入自动运行状态，控制油泵开。检测是否满足自动运行条件，若满足条件则进行自动运行，主泵工作，脉冲单元输出，步进电机运行，控制变量泵排油，液压运行速度控制液压机的运行。若条件不满足则停车选择手动运行，系统进入手动运行状态，控制油泵开，检测是否满足运行条件，若满足条件，则启动主油泵，手动点动控制液压机运行。若条件不满足则停车。4.6程序设计编程软件采用西门子公司为其生产的plc机而设计的编程软件step7-micro/win32。(1) 程序组成:有1个主程序、12个子程序组成。(2) 程序说明a.主程序是有o#初始化子程序及1#自动、2#手动子程序组成。b.0#初始化子程序是对程序编制过程中所用到的内部继电器及顺序控制继电器进行初始化。c.1#自动、2#手动子程序是用来控制液压机的整个工作过程。d.3#子程序是自动控制程序的子程序，主要用来复位自动控制运行的条件。其中包括11#、12#对温控模量控制的子程序。e.4#、5#、6#子程序是1#自动、2#手动控制程序中控制液压机运行高、中、低速度选择的子程序。f.7#、8#、9#、10#、子程序分别是4#、5#、6#子程序中的嵌套子程序。6.最终程序清单最终程序见附录主程序网络1调用初始化子程序ld sm0.1call sbr_0网络2调用手动子程序ld i1.6call sbr_2网络3调用自动子程序ldn i1.6call sbr_1 子程序0网络l对内部继电器进行初始化ld sm0.0movb 0，mb0movb 0，mb1网络2对顺控继电器进行初始化ld sm0.0movb 0，sb1自动运行的子程序1网络1ld sm0.0call sbr_3网络2ld i0.0o m0.0a m0.2an i1.1= m0.0网络3ld m0.2a m0.0eus s1.0，1网络4lscr s1.0网络5ldn i0.1scrt s1.1r m0.2，1网络6scre网络7lscr s1.1网络8ld m0.0ld i0.1o q1.0ald= q1.0an q1.2lpston t37，+100an t37= q1.1lppan q1.1ld t37o q1.2ald= q1.2网络9ld q1.2= m0.2网络10ld m0.2scrt s1.2网络11scre网络12lscr s1.2网络13ld m0.2lpsa i1.7call sbr_4lrda i2.1call sbr_6lppscrt s1.3网络14scre网络15lscr s1.3网络16ld m0.3o q0.5lpsan i0.7an i0.4an q0.1= q0.5lppan m0.1an i0.4an q0.1= q0.2网络17ld q0.2scrt s1.4网络18scre网络19lscr s1.4网络20ld i0.2= m0.1scrt s1.5网络21scre网络22lscr s105网络23ld q0.5scrt s1.6网络24scre网络25lscr s1.6网络26ld i0.7o q0.7an q0.1= q0.7网络27ld q0.7scrt s1.7网络28scre网络29lscr s1.7网络30ld i2.5o q0.1an q0.5an q0.2an m0.7= q0.1scrt s2.0网络31scre网络32lscr s2.0网络33ld i0.1= m0.7scrt s2.1网络34scre网络35lscr s2.1手动运行的子程