毕业设计（论文）-基于PLC的多缸工作控制回路设计.doc

毕业设计基于PLC的多缸工作控制回路设计学生姓名： 刘金强 学号： 102012144 系 部： 机械工程系 专 业： 机械电子工程 指导教师： 王玉玲 二一四年六月诚信声明本人郑重声明:所呈交的设计是在老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,撰写成毕业设计说明书。在完成时所利用的一切资料均已经在参考文献中列出。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 本人签名： 日期： 年 月 日基于PLC的多缸工作控制回路设计摘要: 在大型液压设备中，多个执行元件按照一定的顺序动作或者同时动作，以实现规定的运动和速度。实现这些动作的回路有顺序动作回路、同步回路和互不干扰回路。本设计结合某工程应用中需要控制执行器顺序动作的情况, 设计了顺序动作液压回路，结合立式车床横梁的升降运动设计了同步回路，结合组合机床多台动力头同时进给时，为防止油路间的相互干扰干扰，设计了互不干扰回路。本设计采用PLC控制方案，实现对该液压系统的控制，即编制PLC程序，并利用多功能实验台进行实验验证。关键词：多缸工作回路，可编程控制器，多功能实验台Application of PLC in Hydraulic Power System Experimental Table ControlAbstract: In large hydraulic equipment, a sequence of multiple actuators movement or action at the same time, in order to realize the rules of movement and speed. To implement these actions circuits with sequential circuits, synchronous circuit and each other circuits. This design combined with some engineering applications need to control the actuator order action, design sequence of the action of the hydraulic circuit, combined with the vertical lathe beam lifting movement synchronization circuit is designed, combined with modular machine tool more power head feed at the same time, to prevent the mutual interference of interference between oil, mutual interference circuit is designed. This design uses the PLC control scheme, implementation of the hydraulic system, the control of PLC program, and experiment using the multi-function test bench.Key words: Multi-cylinder working circuit, PLC, Multi-function experimental platform太原工业学院毕业设计目 录1 绪论11.1科学实验的重要性11.2可编程控制器（PLC）简介11.2.1 PLC的定义11.2.2 PLC的结构21.2.3 PLC的特点31.2.4 PLC的应用41.2.5 PLC的分类51.2.6 PLC控制的发展前景71.3液压传动系统简介71.3.1 液压传动的定义71.3.2 液压传动系统的组成81.3.3 液压基本回路91.3.4 液压传动的特点101.3.5 液压传动的应用与发展111.4 PLC用于液压传动系统的优点121.5课题研究的目的和意义121.6课题研究的主要内容132 液压系统设计142.1多缸顺序动作液压系统142.1.1多缸顺序动作液压系统图142.1.2液压系统图分析152.1.3电磁铁动作顺序及功能转换表162.2互不干扰回路162.2.1多缸顺序动作液压系统图162.2.2液压系统图分析172.2.3 电磁铁动作顺序及功能转换表182.3同步运动回路192.3.1同步运动回路液压系统图192.3.2液压系统图分析202.3.3电磁铁动作顺序及功能转换表203 PLC控制设计213.1顺序动作 PLC控制设计213.1.1 PLC I/O地址分配213.1.2 PLC程序设计233.1.3 PLC外部电路图设计253.2互不干扰回路PLC 控制设计263.2.1 PLC I/O地址分配263.2.2 PLC程序设计283.2.3 PLC外部电路图设计313.3 同步运动回路PLC 控制设计323.3.1 PLC I/O地址分配323.3.3 PLC程序设计333.1.2 PLC外部电路图设计344 利用液压实验台进行实验验证364.1多缸顺序工作控制回路364.1.1液压实验所需元件选择364.1.2利用液压实验台验证364.1.3实验结果分析374.2多缸互不干扰工作控制回路374.2.1液压实验所需元件选择374.2.2利用液压实验台验证384.2.3实验结果分析39结 论40参考文献41致 谢42II1 绪论1.1科学实验的重要性众所周知,实践是检验真理的唯一标准。科学实验在人类认识和探索自然规律的过程中起着举足轻重的作用。可以说没有实验就没有现代科学。当然,在科学实验中人是应一直居于主导地位的。在实验的过程中,人们可以获得最初的感性认识。从获得的感性认识中,通过大脑理性的思维和总结,提出假设和规律性的东西。然而人们为了证明假设和规律的正确与否,还必须积极主动的投入到科学实验中去,用理论来指导实践,并从实验结果中分析、验证、发展以前的结论,增加原有结论的广度和深度。科学实验和理论就这样在不断的循环过程中,相辅相成,相互提高。因此对于一个从事于科学研究的人,还有工程技术人员来讲,都应当对所从事的相关行业中的实验技术予以充分的重视。随着现代科学技术的发展,实验技术涉及的深度和广度在人类历史上都是空前的。实验技术涉及的知识面也相当的广泛,如:航空航天学、应用光学、电工学、计算机技术、机械学、液压流体力学、数理统计及现代控制理论等诸多方面,且实验技术本身随着科学技术的发展,也在与时俱进的更新和发展。近年来,液压技术的发展也异常迅速,广泛的应用于国民经济的各个领域。其应用范围愈来愈广,因而对它的元件和系统的性能要求也就愈来愈高。因此,对于液压系统的设计者、使用者、管理者以及初学者来说,对液压系统和其组成元件的性能参数、品质指标等所进行的实验和测试工作,也就需要满足更高的要求。液压教学要与液压技术发展同步,需要引进先进的技术设备,让学生了解最新的液压技术状况,并通过教学和实验掌握实用的液压技术,以培养真正能够适应社会发展的现代液压技术人才。1.2可编程控制器（PLC）简介1.2.1 PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用而设计的。它采用可以编程序的存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器（PLC）及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。总之，可编程控制器（PLC）是一种以微处理器为核心，带有指令存储器和输入/输出接口，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。1.2.2 PLC的结构经过几十年的发展，目前，PLC主要由以下几大部分组成，如图1.1所示。图1.1 PLC基本组成（1）CPU（中央处理单元）CPU是中央处理器（Central Processing Unit）的缩写，它是PLC的核心和控制指挥中心，主要由控制电路、运算器和寄存器组成，并集成在一块芯片上。（2）存储器存储器主要存放系统程序、用户程序和数据。根据存储器在系统中的作用，可分为系统程序存储器和用户程序存储器。（3）输入、输出接口电路输入、输出（I/O）接口电路是PLC与现场I/O设备相连的部件。PLC将输入信号转换为CPU能够接受和处理的信号，通过用户程序的运算，把结果通过输出模块输出给执行机构。（4）电源PLC一般采用220伏交流电源，经整流、滤波、稳压后变换成供PLC内部电路工作时所需的直流电压。（5）外设接口外设接口是在主机外壳上与外部设备配接的插座，通过电缆线可配接编程器、计算机等。（6）I/O扩展接口I/O扩展接口用来扩展输入、输出点数。当用户输入、输出点数超过主机的范围时，可通过I/O扩展接口与I/O扩展单元相连接，以扩充I/O点数。1.2.3 PLC的特点（1）可靠性PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。它的连线打打减少。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率大大降低。（2）易操作性对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。PLC有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。（3）灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单、应用而拓展。操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。以上特点使用PLC控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强，运行稳定等诸多优点今后PLC控制系统还会得到更广泛的使用。1.2.4 PLC的应用PLC在不断的发展，其性能在不断的完善、功能在不断的增强。目前其主要功能有以下几方面：（1）开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是工业控制中应用最多的控制。PLC的输入和输出信号都是通/断的开关信号。对控制的输入、输出点数可以不受限制，从几十个到成千上万个点，均可以通过扩展实现。在开关量的逻辑中，PLC是继电器接触器控制系统的替代产品。用PLC进行开关量控制遍及许多行业，如机床电气控制、电机控制、电梯运行控制、冶金系统的高炉上料、汽车装配线、啤酒灌装生产线等。（2）模拟量控制PLC能实现对模拟量的控制。如果配上闭环控制PID模块后，可对温度、压力、液面高度等连续变化的模拟量进行闭环过程控制。如锅炉、冷冻、反应堆、水处理、酿酒等。（3）机械运动控制PLC可采用专用的运动控制模块，对伺服电机和步进电机的速度与位置进行控制，以实现对各种机械的运动控制。如金属切削机床、数控机床、工业机器人等。（4）通信、联网及集散控制PLC通过网络通信模块及远程I/O控制模块，实现PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间的通信；实现PLC分散控制、计算机集中管理的集散控制，增加系统的控制规范，甚至可以使整个工厂实现生产自动化。（5）数据处理PLC具有很强的数学运算（包括逻辑运算、算术运算、矩阵运算及函数运算）、数据传送、转换、排序、检索等功能；还可以完成数据采集、分析和处理功能。这些数据可以与存储器中的数据进行比较，也可以传送给其他智能装置或打印机打印。较复杂的数据处理一般应用在大、中型控制系统中。（6）PLC实际应用举例PLC的实际应用比如：电动机的正反转、点动与长动控制；传送带控制；电梯控制与运行；交通灯的自动循环；机械手的操作；液体混合装置和机床的自动控制等等。1.2.5 PLC的分类目前，PLC的分类方法有以下三种。（1）按结构形式分PLC按结构形式分为整体式PLC和模块式PLC两种。 体式PLC 如图1.2所示，整体式PLC是将I/O接口电路、CPU、存储器、稳压电源封装在一个机壳内，机壳两侧分别装有输入输出接线端子和电源进线端，并在相应端子接有发光二极管以显示输入、输出状态。整体式结构紧凑、体积小、重量轻、价格低，便于装入设备内部。 图 1.2整体式PLC 块式PLC 如图1.3所示，模块式PLC为总线结构，在总线板上有若干个总线插槽，每个插槽上可安装一个PLC模块。 图1.3模块式PLC （2）按I/O点数分PLC按I/O点数分为微型机、小型机、中型机和大型机四种微型机I/O点数在64点以内，程序存储容量小于1KB。具有定时、技术等功能。因其具有超小型尺寸，故可镶嵌在小型机器或控制器上，因此有着十分广泛的应用前景。小型机I/O点数在范围在64256点之间，程序存储容量小于3.6KB。除了具有逻辑运算功能、定时、计数等基本功能，而且有少量的模拟量I/O、通信功能。它是PLC中应用最多的产品。中型机I/O点数在2562048点之间，程序存储容量小于13KB。可完成较为复杂的系统控制，其多为模块式结构。大型机I/O点数在2048点以上，程序存储容量大于13KB。强大的通信连网功能可以和计算机构成集散型控制系统，以及更大规模的过程控制，形成整个工厂的自动化网络。其结构多为模块式。（3）按功能大小分PLC按功能分为低档机、中档机和高档机三种。低档机主要以逻辑运算为主的PLC，可实现顺序控制、条件控制、定时和计数控制。一般用于单机或小规模生产过程。中档机中档机扩大了低档机的定时和计数范围，加强了对开关量、模拟量的控制，提高了数学运算能力，加强了通信联网能力。可用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环调节控制。高档机在中档机的基础上扩大了函数运算、数据管理、中断管理、智能控制和远程控制能力，进一步加强了通信连网功能。适用于大规模的过程控制。1.2.6 PLC控制的发展前景随着计算机技术的发展，可编程控制器也得到了迅速发展。今后，PLC主要面向两个方向进行发展。（1）方便灵活和小型化工业上大部分的单机自动控制只需要检测控制参数，而且执行的动作有限，因此小型机需求量十分巨大。小型化发展是指体积小、价格低、速度快、功能强、标准化和系列化发展。即整体结构向小型模块化结构发展，增加配置的灵活性，降低成本。尤其体积小巧，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。现在国际上一些著名的PLC生产大公司，几乎每年都推出一些小型化、甚至微型化的PLC新产品。（2）强大功能和大型化对钢铁工业、化工工业等大型企业实施生产过程的自动控制一般比较复杂，尤其是实现对整个工厂的自动控制。因此，PLC需要向大型化发展，即向大容量、高可靠性、高速度、高功能及网络化方向发展。即I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。（3）其他发展方向PLC在闭环过程控制中应用日益广泛，不断加强通讯功能，新器件和模块不断推出，高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块，编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化，有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统，发展容错技术，采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式，追求软硬件的标准化。1.3液压传动系统简介1.3.1 液压传动的定义液压传动是一种依靠液体流动来传递运动和能量的机械装置。其工作过程是先将机械能转为液压能进行传输，然后将液压能转为机械能用来驱动负载。1.3.2 液压传动系统的组成（1）动力元件，是为液压系统提供动力，将机械能转化为液压能的元件，包括叶片泵、柱塞泵、齿轮泵等，如图1.4所示。 图1.4液压泵 （2）执行元件，是液压系统最后执行做功，将液压能重新转化为机械能的元件，包括活塞式液压缸、柱塞式液压缸、伸缩式液压缸和摆动式液压缸，如图1.5所示。 图1.5液压缸 （3）控制元件用来控制液压系统中液体的流量、压力和方向，实现对执行元件的控制作用。例如，溢流阀、调速阀和方向阀，如图1.6所示。 图1.6电磁换向阀 （4）辅助元件起到辅助作用的元件，如油管、油表、油箱等，如图1.7所示。 图1.7油管 （5）工作介质是液压传动中用于传递能量的乳化液或液压油。1.3.3 液压基本回路液压基本回路包括有方向控制回路、速度控制回路、压力控制回路和多缸工作控制回路。（1）方向控制回路方向控制回路包括换向回路和锁紧回路两种。换向回路由于控制液压系统中的液流方向，改变执行原件的运动方向；锁紧回路是指能使液压缸在任意位置上停留，且停留不会在外力作用下移动位置的回路。（2）速度控制回路速度控制回路包括调速回路、增速回路和速度换接回路三种。调速回路是指通过调节流量的大小来实现执行元件的速度调整；增速回路又称快速运动回路，其功能是使执行元件获得必要的高速以提高系统的工作效率或充分利用功率；速度换接回路可以在车床中使用，其功能是使车床中存在的不同速度的进给得以平稳的转化。（3）压力控制回路压力控制回路包括调压回路、卸荷回路、保压回路、增压回路、减压回路、平衡回路、背压回路等七种。调压回路是系统的压力保持稳定或为了安全限定系统的最高压力的回路；卸荷回路是在液压设备短时间停止的工作期间，不关闭电动机，让油液不去推动执行元件直接回油箱的一种回路，以减少能量损耗提高系统的使用寿命；平衡回路是为了防止立式液压缸工作及其工作部件在悬空停止期间自行下滑，或在下行运动中由于自重造成失控等不稳定因素而设置的一种保护回路。（4）多缸工作控制回路多缸工作控制回路包括有顺序动作回路、同步回路和互不干扰回路等。顺序动作回路用于多个液压缸按着预定的顺序动作，进行工件定位、夹紧、加工等；同步回路是使两个或多个液压缸在运动中保持相对位置不变且速度相同的回路；互不干扰回路是指多个液压执行元件在液压系统中互不受影响的一种回路。1.3.4 液压传动的特点（1）优点传动平稳，在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常情况下可以认为不可压缩，由于油液有吸振能力，并且在油路中还可以设置液压缓冲装置，故液压传动不会像机械机构那样引起振动扣冲击，使得传动十分平稳，便于实现频繁的换向。质量轻、体积小，液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏。承载能力大，液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。容易实现无级调速，在液压传动中，通过流量阀调节系统的流量就可实现无级凋速，并且凋速范围很大，容易获得极低的速度。易于实现过载保护，液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。液压元件能够自动润滑，由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。容易实现复杂的动作，采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。机构简化，采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。便于实现自动化，液压系统中，液体的压力、流量和方向通过液压元件是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，可以实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用非常普遍。便于实现“三化”，液压元件易于实现系列化、标准化和通用化也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。（2）缺点液压元件制造精度要求高，由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格；实现定比传动困难，液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统；油液易受温度的影响，由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作；不适宜远距离输送动力，由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力；油液中混入空气易影响工作性能，油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响； 油液容易污染；油液污染后，会影响系统工作的可靠性。发生故障不易检查和排除。1.3.5 液压传动的应用与发展（1）液压系统已经在各个工业部门及农林牧渔等许多部门得到愈来愈广泛的应用，而且愈先进的设备，其应用液压系统的部分就愈多。（2）在造纸、纺织、塑料、橡胶、等轻工行业，其造纸机、纺织机、注塑机、橡胶压块机等机械设备上都大量使用着液压系统。（3）在矿山、石油、冶金、压力加工等重工业中，由于液压系统能传递很大的能量，而其的重量相对于其他传动方式来说又较小，所以更有广泛的应用。例如矿井支架、石油钻井平台、高炉炉顶设备、钢坯连铸机、板带扎机压下系统、压力机、快锻机、等设备上液压系统被广泛地使用着。（4）其他在电力、建筑、水利、交通、船舶、航空、汽车等行业，液压系统也是重要的组成部分。至于航天、军工等广泛采用先进技术的部门，液压系统更.机传动技术中的交流变频技术的发展是电动机驱动夺回不少液压驱动的应用范围，但在大功率驱动或往复运动的场合，液压系统还是被广泛应用着。1.4 PLC用于液压传动系统的优点（1）可靠性高、稳定性好一般PLC允许输入信号峰值比微机大得多。它与外部电路的联系均经过光隔离器，具有很强的抗干扰能力，并有多种保护功能，一旦出现故障，能使液压系统迅速作出反应，必要时可迅速停止。（2）编程简单、使用方便目前PLC普遍采用继电器控制形式的“梯形图”编程方式，易于被车床操作人员所掌握。（3）维护便捷、检修省时PLC具有完善的监控、诊断功能，如有醒目的内工作状态、通信功能、输入/输出状态和异常状态等显示。车床加工过程中各个控制环节的故障都可以用代码来表示，大大提高了维修效率。1.5课题研究的目的和意义液压和气压传动是工科院校机械类以及机电一体化专业的一门重要的基础课程。该课程的主要任务是使学生掌握液压和气压传动的基础知识,掌握基本的液压、气压原件的结构、工作原理和适用场合,熟悉常用的液压、气压基本回路的作用!构成以及适用场合。了解先进的液压、气动技术在机械设备中的应用。由于液压甲板机械具有相对体积小、重量轻;执行原件和动力原件可以分开布置;可以带负荷启动;抗冲击,能吸振;可以实现大范围的无级调速等优点,被广泛的应用到现代船舶上,如:锚机、绞缆机、舵机、起货机等。然而该课程的理论性和实践性都很强教学实践表明,该课程只有通过理论课的讲解和实验相结合才能取得良好的教学效果。液压与气压传动技术是机械设计、机械制造和机电一体化等机械类人才所应具备的传动、控制与伺服驱动技术的重要组成部分。液压与气压传动课程的任务是使学生掌握液压与气压传动的基础知识,掌握各种液压、气动元件的工作原理、结构特点、应用和选用方法,熟悉常用液压与气压基本回路的功用、组成和应用场合,了解国内外先进技术成果在机械设备中的应用。因为该课程的理论性和实践性都很强,所以,为了提高教学效果,在学习理论知识的同时,必须利用实验教学来加强实践的培养,给学生具体回路和元件的接触来了解液压的具体应用,以培养适合社会需求的人才。课题研究的目的在于针对传统液压实验台采用继电器等元件作为控制系统的控制元件，存在可靠性低、实验程序不易实现且灵活性差等缺点，在介绍该液压实验系统构成、工作原理及功能的基础上，给出了该实验系统的PLC 控制方案，重点阐述了PLC 控制系统的设计和实现过程。课题研究的意义在于PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。因此可以将PLC运用于对多缸控制回路的控制，来实现其自动化压力控制。在液压系统中，经常会遇到要求多个缸按一定的动作顺序动作的多缸顺序动作回路，如定位缸-夹紧缸-切削缸组成的三缸顺序动作回路，这种回路的控制可以采用顺序阀控制，电气控制，PLC控制等。在诸多控制方法中，顺序阀控制难以实现自动循环，电气控制硬件接线复杂，而PLC控制则显得简单，方便，特别是对于缸比较多，动作顺序比较复杂的多缸循环顺序动作回路。PLC是一种专门为工业控制而设计的工业控制计算机，它可靠性高，抗干扰能力强，而且编程方便，易于使用，变更动作顺序只需在程序上稍做修改便可实现。1.6课题研究的主要内容本文采用了可编程控制器为主控单元设计出三种多缸工作控制回路，利用多功能液压试验台和西门子PLC，通过合理的设备选型、参数设置和程序设计，完成对各种多缸工作控制回路的自动控制，实现多缸工作控制回路的功能。具体来说有以下几点:(1)通过应用液压基本理论对所设计液压基本回路及原件进行理论分析；(2)利用基本的液压回路,对其工作原理进行阐述，并绘制出实验台电磁铁动作总图；(3)进行PLC系统硬件设计并绘制PLC系统实际接线图；(4)完成可编程控制器的程序设计；(5)利用多功能液压实验台完成测试及处理和测试结果分析。2 液压系统设计如果由一个油源给多个执行元件供油,各执行元件会因回路中的压力、流量的相互影响而在动作上受到牵制。我们可以通过压力、流量、行程控制来实现多执行元件预定动作的要求。多执行元件控制回路又分为顺序动作回路、互不干扰回路、回同步路和多路换向阀控制回路四种。这里主要介绍前两种。顺序回路中又有用压力控制式、行程控制式和时间控制式三种回路,压力控制式中又可以采用顺序阀或压力继电器来实现压力顺序控制。同步回路又有液压缸机械联结、串联液压缸、采用调速阀的并联液压缸、采用同步液压马达等多种同步形式。2.1多缸顺序动作液压系统随着液压用户对设备要求的提高，设备动作可靠性越来越引起用户的极大关注。为保证两个或多个执行器按规定的次序正常动作，可以通过机械装置、逻辑电路或液压回路控制液压缸以及电磁换向阀等液压元件实现系统需求，但这无疑会使随着液压用户对设备要求的提高，设备动作可靠性越来越引起用户的极大关注。为保证两个或多个执行器按规定的次序正常动作，可以通过机械装置、逻辑电路或液压回路控制液压缸以及电磁换向阀等液压元件实现系统需求，但这无疑会使系统变得更为复杂，可靠性降低，成本增加。为此，我们结合某工程设计了顺序动作液压缸，用以控制液压系统中相关执行器液压回路的通断，达到各执行器按规定顺序动作的目的。2.1.1多缸顺序动作液压系统图如图2.1 所示图2.1 多缸顺序动作液压系统2.1.2液压系统图分析如图2.1.1 所示为由行程开关控制的多缸顺序动作液压系统回路。当阀 C 电磁铁 1 YA 带电换向时,缸A 右行,完成动作A;触动行程开关S1 使阀 D 电磁铁 2 YA 带电换向,控制缸B 右行完成动作 B ;当缸B 右行至触动行程开关S2 时,阀 C 电磁铁 3 YA 得电换向,缸A 返回,实现动作 C 后,触动 S3 使 D 电磁铁 4 YA 得电换向,缸 B 返回,完成动作 D ;最后触动S4 时，阀D电磁铁5YA得电使泵卸荷并延时20S,完成一个工作循环，使 1 YA 带电,重复上述循环。2.1.3电磁铁动作顺序及功能转换表 表2.1电磁阀功能转换表工步控制指令1YA2YA3YA4YA5YA动作一（缸A右行）SB1、T37+_动作二（缸B右行）S1_+_动作三（缸A左行）S2_+_动作四（缸B左行）S3_+_泵卸荷（延时20S）S4_+2.2互不干扰回路在一泵多缸的液压系统中，当其中一个液压缸转为快速运动的瞬时，往往会造成系统的压力下降，影响其它液压缸工作的稳定性。快慢速互不干扰回路可以使几个执行元件在完成各自的循环动作时彼此互不影响，可用于工作进给要求比较稳定、有多个执行元件的机床液压系统中。2.2.1多缸顺序动作液压系统图如图 2.2 所示图2.2 多缸顺序动作液压系统2.2.2液压系统图分析通过节流阀来实现多缸快慢速互不干扰的因路。左液压缸A和右液压缸B各自完成“快进-工进-快退”的自动工作循环。当阀E电磁铁1YA得电和阀F电磁铁4YA得电，两缸均作差动连接实现快进。如果左缸A先完成快进动作，碰到行程开关S2使阀C电磁铁2YA得电，由左调速阀使缸A获得慢速工进，不受右缸快进的影响。当两缸均转为工进后，若左缸A先完成了工进，碰到行程开关S3使阀C电磁铁2YA和阀E电磁铁3YA都得电，左缸A改由有杆腔供油，使活塞快速返回，这时右缸B继续完成工进，不受左缸A的影响。当所有电磁铁都失电时，两缸都停止运动。上回路采用快、慢速运动由节流阀、调速阀及相应的电磁阀进行控制的方案来保证两缸怜快慢速运动互不干扰。2.2.3 电磁铁动作顺序及功能转换表表2.2 左缸A电磁阀功能转换表工步控制指令1YA2YA3YA快进SB1、T37+_工进S2+_快退S3_+原点延时S1_表2.3 右缸B电磁阀功能转换表工步控制指令4YA5YA6YA快进SB1、T38+_工进S5+_快退S6_+原点延时S4_2.3同步运动回路在液压系统设计中，要求执行机构动作同步的情况较多，设计人员通常采用节流调速、串联液压缸、分流阀及同步马达等一系列方案来实现。由于在设备制造和运行中存在一系列内在和外在因素，如泄露、制造误差、摩擦和阻力等问题，使同步回路在应用时获得的同步效果有差异，这就要求在方案设计时针对不同工况选择不同的同步回路。下面介绍一种带补偿装置的同步回路设计方法。2.3.1同步运动回路液压系统图如图2.3所示图2.3 同步运动回路液压系统2.3.2液压系统图分析由泵、溢流阀、换向阀及两串联缸组成的回路，要求实现两串联缸同步。实现此串联液压缸同步回路的前提条件是：必须使用双侧带活塞杆的液压缸，或者串联的两油腔的有效作用面积相等，这样根据油缸速度为流量与作用面积的比值，油缸的速度才能相同。但是，这种结构往往由于制造上的误差、内部泄露及混入空气等原因而影响其同步性。对于负载一定时，需要的油路压力要增加，其增加的倍数为其所串联的油缸数。为了补偿因为泄露造成的油缸不同步问题，在设计同步回路时可以采用带补油装置的同步回路，见图 2.3.1。图 2.3.1中回路增加了液压锁和控制液压锁打开的换向阀，这条油路的增加可使两串联缸更好地实现同步。同样，缸的有杆腔 A 和缸的无杆腔 B 的受力面积相同。在工作状态，活塞杆伸出的情况下，如果缸先伸出到底部，限位开关的作用使电磁换向阀得电，压力油进入 B 腔补入一部分油液，使油缸完成全部行程；如果缸先伸出到底部，限位开关的作用使电磁阀得电，液控单向阀打开，使 A 腔放出部分油液，使油缸完成全部行程。2.3.3电磁铁动作顺序及功能转换表表2.4 同步运动回路电磁阀功能转换表工步控制指令1YA2YA3YA4YA同步下行SB1+_缸补偿S2+_缸补偿S1+_+_复位SB3_+3 PLC控制设计PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的,用以完成预期的控制目的与相应的控制要求。因此,PLC控制系统设计的主要内容应包括:（1）根据生产设备或生产过程的工艺要求,以及所提出的各项控制指标与经济预算,首先进行系统的总体设计。（2）根据控制要求基本确定数字1/0点和模拟量通道数,进行1/0点初步分配,绘制FO使用资源图。（3）进行PLC系统配置设计,主要为PLC的选择,PLC是PLC控制系统的核心部件,正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PLC,应包括机型的选择、容量的选择、1/0模块的选择、电源模块的选择等。(4)选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器)、输出设备(继电器、接触器信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。(5)设计控制程序。在深入了解与掌握控制要求与主要控制的基本方式以及应完成的动作对较复杂的控制系统,可用状态流程图的形式全面的表达出来。必要时还可以将控制任务分为几个独立部分,这样可化繁为简,有利于编程与调试。程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、编制语句表清单。由于控制程序是控制整个系统工作的条件,是保证系统工作正常、安全、可靠的关键,因此控制系统的设计必须经过反复调试、修改,直到满足要求为止。3.1顺序动作 PLC控制设计3.1.1 PLC I/O地址分配根据现场需要,按钮和行程开关可以直接与 PLC 的输入端子相连,继电器线圈与输出端子相连, 可知PLC 所需的输入、 输出点数共计12点,考虑到今后扩大功能留有余地, 我们选用SIEMENS57一 200 224CPU可以很好的满足要求,而且价格比较便宜。它由220V交流电来驱动0一 220V的交直流电器设备,比较灵活可靠。它有14点开关量输入和10点开关量输出,并且可以配接7个扩展模块。而且它有专用的编程软件V3.1STEPMicroWin,内部提供了有输入/输出继电器(I/Q)、内部标志位(M)、特殊标志位(SM)、状态元件(S)、定时器(T)、计数器(C)、变量存取器(V)、累加器(AC)、模拟量输入/输出(AIW/AQw)丰富的软元件,能很好满足实验台系统控制系统的需要。同时其用户程序编制有指令表、梯形图和顺序流程图三种形式,可供不同用户选择。在实验台控制系统中,我们选用梯形图语言进行程序的编制,因为比较接近电气逻辑,简单而且方便掌握。输入、 输出点分配如下所表3.1 PLC的I/O口分配表类别元件地址功能输入（I）启动按钮SB1I0.0使4阀1YA得电，液压缸1进行动作一（A）停止按钮SB2I0.1停止复位按钮SB3I1.0使3阀4YA和4阀3YA得电，缸1和缸2复位行程开关S1I0.3S1触发后使3阀2YA得电，4阀1YA失电，2缸进行动作二（B）行程开关S2I0.4S2触发后使4阀3YA得电，3阀2YA失电，1缸进行动作三（C）行程开关S3I0.5S3触发后使3阀4YA得电，4阀3YA失电，2缸进行动作四（D）行程开关S4I0.6S4触发后使3阀4YA失电，6阀5YA得电，缸1、缸2军处于原点，泵处于卸荷状态，延时10S后，4阀1YA重新得电，进入下一个工作循环输出（O）1YAQ0.0换向2YAQ0.1换向3YAQ0.2换向4YAQ0.3换向5YAQ0.4换向图2.1 多缸顺序动作液压系统3.1.2 PLC程序设计 常用的PLC 程序设计有经验设计法和功能表图法等。这些方法的选择需根据具体情况分析来决定。但不管用何种方法设计出的程序控制效果是一样的。经验设计法设计PLC 程序:是沿用传统继电器电气系统的设计概念,即在一些典型程序的基础上,根据被控对象的实际要求,不断修改、完善程序。有时需多次反复修改后才能得到一个满意的结果,常用于简单的液压回路。功能表图法设计PLC 程序:该方法首先是绘制功能表图,然后再将其转化为PLC 程序。将液压系统的工作顺序划分为步(即一个工作状态) ,并确定各相邻步之间的转换条件(行程开关、压力开关) ,当满足进入下一步的转换条件的输入信号出现时即标志这一步结束和下一步的开始。在步内,输出状态保持不变,当本步的转换条件成立时,上一个运行状态结束,下一个运行状态开始一般用于较复杂的液压系统。本系统的功能完成主要靠PLC 内的程序来实现，有些控制可以由上位机来干预。由于PLC 有着极好的稳定性，所以设备的大部分控制功能都由PLC 来实现, 程序的整体结构如下3.1.3 PLC外部电路图设计根据I/O地址分配，做出PLC的实际接线图，如图3.1所示图3.1 PLC实际接线图3.2互不干扰回路PLC 控制设计3.2.1 PLC I/O地址分配根据现场需要,按钮和行程开关可以直接与 PLC 的输入端子相连,继电器线圈与输出端子相连, 可知PLC 所需的输入、 输出点数共计16点, 参考前面章节的选择原则,我们选用SIEMENS57一200224CPU可以很好的满足要求。输入、 输出点分配如下所示表3.2 PLC的I/O口分配表类别元件地址功能输入（I）启动按钮SB1I0.0使E阀3YA和F阀6YA得电，缸A、缸B同时快进停止按钮SB2I0.1停止复位按钮SB3I0.2使C阀2YA、E阀1YA、D阀5YA和F阀4YA得电，缸A、缸B复位行程开关S1I0.3S1触发后使C阀2YA和E阀1YA失电，缸A在原点处于静止状态。延时25S后，E阀3YA重新得电进入下一个工作循环行程开关S2I0.4S2触发后使C阀2YA得电，缸A由快进切换到工进行程开关S3I0.5S3触发后使C阀2YA和E阀3YA得电，缸A由工进切换到快退行程开关S4I0.6S4触发后使D阀5YA和F阀4YA失电，缸B在原点处于静止状态。延时60S后，E阀3YA重新得电进入下一个工作循环行程开关S5I1.0S5触发后使D阀5YA得电，缸B由快进切换到工进行程开关S6I1.1S6触发后使D阀5YA和F阀4YA得电，缸B由工进切换到快退输出（O）换向电磁铁1YAQ0.0换向换向电磁铁2YAQ0.1换向换向电磁铁3YAQ0.2换向换向电磁铁4YAQ0.3换向换向电磁铁5YAQ0.4换向换向电磁铁6YAQ0.5换向图2.2 多缸顺序动作液压系统3.2.2 PLC程序设计 本系统的功能完成主要靠PLC 内的程序来实现，有些控制可以由上位机来干预。由于PLC 有着极好的稳定性，所以设备的大部分控制功能都由PLC 来实现, 程序的整体结构如下3.2.3 PLC外部电路图设计图3.2 PLC实际接线图3.3 同步运动回路PLC 控制设计3.3.1 PLC I/O地址分配根据现场需要,按钮和行程开关可以直接与 PLC 的输入端子相连,继电器线圈与输出端子相连, 可知PLC 所需的输入、 输出点数共计 9 点,考虑到今后扩大功能留有余地,选定西门子公司型号为S 7-200CPU224型 PLC。输入、 输出点分配如下所示表3.3 PLC的I/O口分配表类别元件端子号作用输入（I）启动按钮SB1I0.0使6阀4YA得电，缸1、缸2同步运动停止按钮SB2I0.1停止复位按钮SB3I0.2使6阀1YA得电，缸1、缸2复位行程开关S1I0.3触发后使5阀3YA得电，缸2继续伸出行程开关S2I0.4触发后使4阀2YA得电，缸1继续伸出输出（O）1YAQ0.0换向2YAQ0.1换向3YAQ0.2换向4YAQ0.3换向图2.3 同步运动回路液压系统3.3.3 PLC程序设计 本系统的功能完成主要靠PLC 内的程序来实现，有些控制可以由上位机来干预。由于PLC 有着极好的稳定性，所以设备的大部分控制功能都由PLC 来实现, 程序的整体结构如下3.1.2 PLC外部电路图设计根据I/O地址分配，做出PLC的实际接线图，如图所示图3.3 PLC实际接线图4 利用液压实验台进行实验验证4.1多缸顺序工作控制回路4.1.1液压实验所需元件选择表4.1 液压实验所需元件名称型号数量交流电源模块DB-11直流电源模块DB-21液压泵控制模块DB-51按钮控制模块DB-A91可编程控制器模块DB-81油箱1定量泵GBG21001油管及电线若干液压缸80/45-702三位