毕业设计（论文）-防冻液喷洒设备及控制系统设计.doc

内蒙古工业大学本科毕业论文 - 1 - 摘 要 选煤厂外运煤炭含有水分，冬季常发生黏底、挂壁和结块等冻车现象。黏底和 挂壁会使车厢内煤炭卸不干净，结块则导致煤炭难以卸车，严重影响铁路运煤车周 转和运输效率，造成巨大经济损失。解决冻车的方法就是向车厢内壁和煤中喷洒防 冻液，本文主要介绍设计防冻液喷洒设备的设计。 本次设计重点为喷洒设备的旋转以及升降，而旋转和升降均由液压系统提供动 力，液压系统中大部分使用具有连续流动性的液压油作为工作介质，通过液压泵将 驱动泵的原动机的机械能转换成液体的压力能，然后经过封闭管路及控制阀（压力 阀、流量阀、和方向阀），送至执行器（液压缸、液压马达）中，转换为机械能去 驱动负载和实现工作机构的直线运动或回转运动通过设计好的油路驱动执行元件， 使其完成一系列的动作。 可编程控制器具有体积小、能耗低、抗干扰力强、可靠性高、以及其系统的设 计、安装、调试方便、维修方便、性价比高等优点，本系统选用可编程控制器作为 控制器。控制系统采用西门子 S7-200 系列可编程序控制器，控制两个电磁换向阀， 卸荷阀以及液压泵的工作。 关键词：液压缸；回转；升降；控制系统。 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 2 - Abstract Preparation plant sinotrans coal contains water, winter often occurs end of the stick, wall and agglomeration frozen car phenomenon. Sticky floor and wall inside will not clean coal unloading, caking coal have resulted in difficult unloading, seriously affecting rail coal car turnaround and transport efficiency, resulting in huge economic losses. The method is to solve the frozen car to car interior and coal spraying antifreeze, this paper introduces the design of antifreeze spraying equipment design. The design focus of spray equipment and the movements of rotation, the rotation and lift powered by the hydraulic system, hydraulic system, the majority having a continuous flow of hydraulic oil as working medium, the hydraulic pump driven by a prime mover the mechanical energy into pressure energy of a liquid and then through closed piping and control valves (pressure valves, flow valve, and the directional valve), to the actuator (hydraulic cylinder, hydraulic motor), the conversion of mechanical energy to drive the load and implementation effort institutions through linear motion or rotary motion actuator drive circuit designed to complete a series of movements. Programmable controller with a small, low power consumption, anti-interference ability, high reliability, as well as its system design, installation, commissioning convenient, easy maintenance, cost advantages, the system selects the programmable controller as the controller. Control system using Siemens S7-200 series programmable controller to control two solenoid valves, unloading valves and hydraulic pumps work. 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 0 - 目目 录录 引引 言言.1 第一章第一章 确定液压系统的主要参数确定液压系统的主要参数.2 1.1 载荷的组成.2 1.2 初选系统工作压力.2 1.3 拟定液压系统和绘制液压原理图.3 1.3.1 拟定液压系统.3 1.3.2 绘制液压原理图.3 第二章第二章 液压缸的设计液压缸的设计.5 2.1 液压缸的结构和组成.5 2.2 液压缸的计算.5 2.2.1 工作压力 p 的确定.5 2.2.1 液压缸尺寸的计算.6 2.2.2 油缸流量的计算.8 2.3 液压缸的结构设计.9 2.3.1 缸体与缸盖的连接形式.9 2.3.2 活塞杆与活塞的连续结构.10 2.3.2 活塞杆导向部分的结构.10 2.3.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用.10 2.3.5 液压缸的缓冲装置.11 2.3.6 液压缸主要零件的材料.12 第三章第三章 液压泵站的设计液压泵站的设计.13 3.1 液压站结构设计.13 3.1.1 液压站的结构型式.13 3.1.2 液压泵的安装方式.13 3.1.3 电动机与液压泵的联接方式.13 3.1.4 液压阀的配置形式.14 3.1.5 液压泵结构设计的注意事项.14 3.2 液压站元件选择与设计.15 3.2.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格.15 3.2.2 阀类元件及辅助元件的选择.15 3.2.3 管道尺寸的确定.16 3.2.4 液压油箱的设计.18 3.2.5 集成块设计.19 第四章第四章 液压系统的验算液压系统的验算.21 4.1 活塞杆强度计算.21 4.2 液压系统温升的验算.21 结结 论论.23 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 1 - 参考文献参考文献.24 谢谢 辞辞.25 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 0 - 引引 言言 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传 动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今， 流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。 60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机 械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技 术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方 向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控 制等工作，也取得了显著成果。 目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插 装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消 化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加 强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构， 对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见， 随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用 将更加广泛。 液压传动在机械行业中的应用也是相当的广泛，包括机床工业（磨床、铣床、 刨床等） ，工程机械（挖掘机、装载机等） ，汽车工业（自卸式汽车、平板车） ，农业 机械（联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等） ，矿山机械（开采机、提升机 等） ，建筑机械，铸造机械等等。 立式钢轨输送机的应用于运输铁轨。铁路运输对于社会发展和国民经济具有相 当重要意义和实用价值，超长钢轨广泛应用与铁路，可大大提高铁路的运输能力和 平稳性、安全性,输送机是钢轨调直线的重要设备之一。 、 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 1 - 第一章第一章 总体设计方案的确定总体设计方案的确定 1.1 系统传动方案的选择 通常传动机构有机械传动和液压传动两种。本设计的防冻液喷洒设备需要有回 转和升降的功能，采用的传动机构选用液压传动。与机械传动相比，液压传动具有 功率质量比大、便于无极调速和过载保护、布局灵活方便等多种技术优势；同时， 在现代工业生产中，自动化程度越来越高，而液压系统也因为其易于实现自动化， 工作平稳等优点而被广泛应用。 防冻液喷洒设备的驱动装置一般选用液压缸和液压马达，这是因为液压元件工 作可靠、费用较低。在本设计中，由液压泵带动液压马达，马达驱动回转机构，从 而使设备实现旋转功能，用液压缸来实现设备的升降。 1.2 控制方式的选择 根据喷洒设备的工艺要求，在工作过程中要完成以下动作：液压缸上升，液压 马达带动回转机构，使设备旋转 90，防冻液喷洒结束后，马达带动设备转回原位， 液压缸下降。 在液压缸和液压马达的控制回路中，需要控制两个电磁换向阀，一个卸荷阀以 及电机。可编程程序控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用 而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺 序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出 控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。为了实现系统的自动化， 执行元件之间的协调性，采用可编程序控制器来做控制系统，初步选择西门子 PLC。 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 2 - 第二章第二章 各执行元件的选型各执行元件的选型 2.1 液压缸的计算与选型 液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现 直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了 广泛的应用。 液压缸的输入是具有一定流量和压力的液压液，输出是具有一定速度和推力或 拉力的直线运动，液压缸与肘杆、杠杆、齿轮、齿条等机构联合使用时，可以实现 多种特殊运动。目前，液压设备中使用的液压缸分为活塞式、柱塞式、组合式三类。 活塞式液压缸特点是具有两个工作腔，利用两个工作腔交替供油可以实现往复运动 的控制，柱塞式液压缸只有一个工作腔，靠油液作用只能实现单方向运动。组合式 液压缸利用柱塞缸和活塞缸连接实现运动。 液压缸工作时，需要推举上方固定管道的方形钢、管道、连接法兰以及导向缸 筒，方形钢和管道质量 M1 大约 95kg，连接法兰以及导向缸筒质量 M2 大约 100kg， 总质量约 200kg。液压缸工作压力初定 15MPa。 1单活塞杆液压缸内径 无杆腔为工作腔 P1A1-P2A2=F /om （2-1） 式中 F 系统最大外负载力 P1 液压系统的压力 MPa P2液压缸回油腔压力 A 1液压缸无杆腔的有效面积 A 2液压缸有杆腔的有效面积 D 液压缸内径或活塞直径 d 活塞杆直径 F/om液压缸的最大工作力 F 液压缸的最大外负载 om液压缸的机械效率 om=0.90.97 当用以上公式确定液压缸尺寸时，需首先选取回油腔压力（被动）P2和杆径比 d/D 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 3 - 根据回路特点选取背压的经验数据如下表： 表 2.1 背压经验数据 回路特点背压/MPa 回油路上设有节流阀 0.20.5 回油路上有背压阀或调速阀 0.51.5 采用补油泵的闭式回路 11.5 根据该表格选择系统的背压为 0.5MPa。 当活塞杆受拉时，一般取 d/D=0.30.5；当活塞杆受压时，为保证杆的稳定性， 一般取 d/D=0.50.7。根据以上推荐值，选 d/D=0.7。 D=116mm （2-2） 9 . 0 180 7 . 0 44 5 . 0 4 15 222 DDD 参照文献1，表 20-6-30，选取选取 HSG 型液压缸。缸径 D=110mm，活塞杆直 径 d=80mm，最大行程 1100mm。 2.2 液压缸的结构设计 2.2.1 缸体与缸盖的连接形式 缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。主要连 接形式有法兰连接、螺纹连接、半环连接。（如图 2.3） 1.法兰连接 优点：(1)结构简单、成本低(2)容易加工、便于装拆(3)强度较大、能 承受高压 缺点：(1)径向尺寸较大(2)重量比螺纹连接的大(3)用钢管焊上法兰、 工艺过程复杂些 2.螺纹连接 优点：(1)外形尺寸小(2)重量较轻 缺点：(1)端部结构复杂、工艺要求较高(2)装拆时需用专用工具(3)拧 端盖时易损坏密封圈 3.半环连接 优点：(1)结构较简单(2)加工装配方便 缺点：(1)外形尺寸大(2)缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒厚度 比较各连接形式，本设计中选取半环连接的形式。 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 4 - 图 2.3 缸筒与端盖（或缸底）的连接形式 2.2.2 活塞杆与活塞的连续结构 活塞杆与活塞的连接结构有几种常用的形式，分整体式结构和组合式结构。组 合式结构又分螺纹连接、半环连接和锥销连接。 1. 整体式结构：结构简单，适用于缸径较小的液压缸。 2. 螺纹连接：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较 多，如组合机床与工程机械上的液压缸。 3. 半环连接：结构简单，装拆方便，不易松动，但会出现轴向间隙。多应用在压力 高、负荷大、有振动的场合。 4. 锥销连接：结构可靠，用锥销连接销孔必须配铰，销钉连接后必须锁紧，多用于 负荷较小的场合。 由于本设计是选用螺母连接的活塞杆与活塞的连接结构。 2.2.3 活塞杆导向部分的结构 活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘 和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 5 - 开的导向套结构。 1.端盖直接导向：(1)端盖与活塞杆直接接触导向，结构简单，但磨损后只能 更换整个缸盖(2)盖与杆的密封常用 O 型，Y 型等密封圈(3)防尘圈用无骨架的防尘 圈。 2.导向套导向： (1)导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向 套也可用耐磨材料(2)盖与杆的密封常用 Y 型等密封装置。密封可靠适用于中高压液 压缸(3)防尘方式常用 J 型或三角形防尘装置。 由于密封圈的是选用 O 形圈的密封类型，常于 O 形圈配合导向套结构为端盖直 接导向，因此本设计选用端盖直接导向的导向部分结构。 2.2.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 活塞及活塞杆处的密封圈的选用，根据密封的部位、使用的压力、温度、运动 速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。常用的密封圈类型有 O 形圈、Y 形圈、V 型和活塞环。 O 形圈的结构简单，密封性好，安装空间小，摩擦力小，易于制造，所以应用 较广，但运动速度不能太大。 Y 形圈适用于压力在 20MPa 以下、往返速度较高的液压缸，密封性能可靠。 V 形圈耐高压性能好，耐久性也好，缺点是安装空间大，调整困难，摩擦阻力 大，只适用于运动速度较低的液压缸。 活塞环寿命长，不容易损坏，常常用在不便于拆卸的液压缸中，缺点是泄漏较 大，必须成组使用，加工工艺比较复杂，所以成本较高。 图 2.4 O 形圈示意图 由于本设计中液压缸的工作压力为 15MPa，速度范围50mm/s，因此选用缸体与 缸盖的密封形式选用 O 形圈的密封形式（如图 2.4）。活塞杆与缸盖，活塞与缸体 的密封选用 Y 形圈的密封形式。 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 6 - 2.3 回转支撑及液压马达的计算选型 2.3.1 回转支撑的选型 回转支撑装置采用单排四点接触球转盘轴承，采用外齿式。查洛阳普瑞森精密 仪轴承有限公司资料，回转轴承部分设计资料表 2-1、表 2-2。初选 011.25.355 型， 其结构如图 8。 表 2-1 表 2 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 7 - 图 8 由于所选型号承受的静载荷为 1290KN，大大的高于其上部所承受的重力，所 以所选型号满足支撑设计要求。 2.3.2 液压马达的计算选型 1、设计用基本参数： 回转机构支撑部分的总重约：300kg 机构的设计回转速度： min/6rn 机构的起制动时间： t=2s 回转机构质心经估算距中心线的距离为： 1200mm； 2、摩擦力矩引起的旋转力矩的计算： m M 回转机构的摩擦力矩应包括上支撑 M1 和下支撑 M2 及止锥支承 M3 中所产 m M 生的主力距，即 321 MMMMm 式中：上支承产生的阻力距 1 M 下支撑产生的阻力距 2 M 止锥支撑产生的阻力距 3 M )(5 . 0 221121 dfdfHMM 33 5 . 0dNM 式中: H上、下支承的水平力（N） ，在静止状态下经向载荷为 0； N止锥轴承所承受的垂直压力，N； 、上、下支承的摩擦系数； 1 f 2 f 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 8 - 止锥轴承的摩擦系数，取 0.010.015； 3 f 、上、下支承的轴径； 1 d 2 d 止锥轴承内径和外径的平均直径为 0.41m， 3 d mNMMMMm03 . 6 41 . 0 01 . 0 8 . 93005 . 00 321 3、旋转部分的惯性引起的惯性阻力距 T 的计算： 机构回转时的惯性阻力矩，由绕回转中心线回转部分的惯性阻力矩，以及机 1 T 构传动部分的惯性阻力矩组成， 2 T 即： )( 21 mNTTT )( 55 . 9 1 mN t n JT L 式中： 回转部分对回转中心线的转动惯量，； L J 2 mkg n机构的回转速度，r/min； t机构的起动或制动时间，s。 mN t n RqT 2 . 94 255 . 9 6 1300 55 . 9 22 1 )( 55 . 9 2 . 1 2 mN t nJ T mm 其中: 马达的转子、联轴器及高速输入轴的转动惯量，； m J 2 mkg 马达的转速，r/min。 m n 式中系数 1.2 为除高速轴以外其他转动零件引起的转动惯量增加系数。 mNT 045 . 0 255 . 9 2403 . 0 2 . 1 2 mNTTT245.94045. 0 2 . 94 21 4、液压马达的选型: 根据机构稳定运行的等效静阻力矩、回转速度和机构效率计算机构的等效功率， 按等效功率初选液压马达，如果机构的静阻力矩小，而惯性力矩比较大，则液压马 达的功率 P 按下式确定。 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 9 - KWn TM P m 088 . 0 6 9 . 0100055 . 9 245.923 . 103 . 6 100055 . 9 3 . 1 选 1JMD-40 型柱塞马达。 2.4齿轮以及轴和轴承的校核 2.4.1 齿轮的校核 1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1) 齿轮旋转直齿圆柱齿轮传动，初选减速传动比为 u=4； 2) 阻力矩为，mNMT m 275.9803 . 6 245.92 3) 由于此结构为一般工作机器，所以选择 7 级精度（GB 10095-88） ； 4) 材料的选择，由表 10-1 选择小齿轮的材料为 40，硬度为 280HBS， r C 大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者材料硬度相差 40HBS。 5) 小齿轮的齿数位 23，大齿轮的齿数为 93； （2）按齿面接触疲劳强度进行校核计算: 由设计计算公式（10-8a）进行校核计算，即 H t EH u u bd KF Z 1 5 . 2 1 1）试选载荷系数3 . 1 t K 2）计算小齿轮传递的径向力 N d T Ft399 46 . 0 845.9122 1 0 3）由表 10-6 查得材料的弹性影响系数。 2 1 8 . 189 MPaZE 4）b 取 55mm，。mmd115 1 5）计算载荷系数。 根据，7 级精度，由图 10-8 查得动载系smndv/14 . 0 4 . 011514. 3 1 数；05 . 1 v K 直齿轮，；1 FH KK 由表 10-2 查得使用系数；1 A K 由表 10-4 用插值法差的 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置， 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 10 - 。12 . 1 H K 由，查图 10-13 得；故载荷系数85 . 7 7 55 h b 12 . 1 H K21 . 1 F K 176 . 1 12 . 1 105 . 1 1 HHvA KKKKK 6）按计算公式进行计算： MPaMPa u u bd KF Z H t EH 600 9 . 144 4 14 11555 399176 . 1 8 . 1895 . 2 1 5 . 2 1 因此所选齿轮满足齿面接触应力要求。 （3）按齿根弯曲疲劳强度校核： F d SaFa F zm SKTY 2 1 3 2 1)扭矩mmNmNTT91845845.91 0 2）计算载荷系数 27 . 1 21 . 1 105 . 1 1 HHvA KKKKK 3）查取齿形系数。 由表 10-5 查得 ；19 . 2 ,69 . 2 21FaFa YY 4)查取应力校正系数。 由表 10-5 差得；78 . 1 ,575 . 1 21 SaSa YY 5）由表 10-7 选取齿宽系数 ；1 d 6)模数；93,23, 5 21 zzm 7）由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度；大齿轮的弯曲MPa FE 500 1 强度极限；MPa FE 380 2 8）由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数；88 . 0 ,85 . 0 21 FNFN KK 9）计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式（10-12）得： MPaMPa S K FEFN F 303 4 . 1 50085 . 0 11 1 MPaMPa S K FEFN F 86.238 4 . 1 38088 . 0 22 2 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 11 - 10）按计算公式进行计算： MPaMPa zm SKTY F d SaFa F 303 9 . 14 2351 575 . 1 68 . 2 9184527 . 1 22 1232 1 3 11 1 MPaMPa zm SKTY F d SaFa F 86.2388 . 0 9351 78 . 1 19 . 2 9184527 . 1 22 1232 2 3 22 2 因此，所选齿轮满足齿根弯曲疲劳应力。 2.4.2 轴的强度校核计算 按轴的直径最小处进行计算，根据校核公式 T T T d n P W T 3 2 . 0 9550000 式中： 计算截面处的直径为 36mm；d P轴传递的功率为 0.088KW； n轴的转速为 6rmin。 轴的材料采用 45 钢，查表 15-3 的 30MPa。 T 按公式进行计算： MPaMPa d n P W T T T T 30 8 . 14 362 . 0 6 088 . 0 9550000 2 . 0 9550000 23 所以小齿轮轴满足设计要求，由于大齿轮上轴远远大于小齿轮轴，所以大齿 轮轴满足设计要求。 2.4.3 轴承寿命计算 小齿轮轴所选轴承查机械设计课程设计 7209C 得额定动载荷 C=29.8KN； 由式（13-5）以小时表示的轴承基本额定寿命； h L P C n Lh 60 106 对于球轴承为 3； P动载荷按该轴系机构所受最大力计算，399N； 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 12 - 年 8 . 39411 6 . 340518577 399 . 0 8 . 29 2460 10 60 10 3 66 h P C n Lh 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 13 - 第三章第三章 装置控制系统的设计装置控制系统的设计 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC） ，它采用一类可编程 的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操 作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过 程。 3.1 可编程序控制器简介及工作原理 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：可编程控制器 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序 的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等 操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，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 充其功能的原则设计。从结构上，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定 式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不 可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机 架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC 已由最初一 位机发展到现在的以 16 位和 32 位微处理器构成的微机化 PC，而且实现了多处理器 的多通道处理。如今，PLC 技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小， 成本下降，可靠性提高，变成和故障检测更为灵活方便，而且随着远程 I/O 和通信 网络、数据处理以及图像显示的发展，使 PLC 向用于连续生产过程控制的方向发展， 成为实现工业生产自动化的一大支柱。现在，世界上有 200 多家 PLC 生产厂家，400 多品种的 PLC 产品，按地域可分成美国、欧洲和日本三个流派产品，各流派 PLC 产 品都各具特色。其中，美国式 PLC 生产大国，有 100 多家 PLC 厂商，著名的有 A-B 公司，通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲 PLC 产品主要制造商有 德国西门子（SIEMENS）公司、AEG 公司、法国的 TE 公司。日本有三菱、欧姆龙、 松下等，这些生产厂家的产品有 80%以上的 PLC 市场份额。 随着 PLC 应用领域日益扩大，PLC 技术及其产品结构都在不断改进，功能日益 强大，性价比越来越高。在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更 快、性价比更高的小型和超小型 PLC，以适应单机及小型自动控制的需要。另一方 面，向高速度、大容量、技术晚上的大型 PLC 方向发展；向着通信网络化发展，向 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 14 - 模块化、智能化发展，还有编程语言和编程工具的多样化和标准化。 可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与 微型计算机相同，基本构成为： 一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良 好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电 源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取 其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去 二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储 器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑 控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分 别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后 按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有 的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据 传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出 现故障，整个系统仍能正常运行。 三、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 四、输入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑 控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用 可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 五、功能模块 如计数、定位等功能模块。 六、通信模块 内蒙古工业大学本科毕业论文 - 15 - 当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、 用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个 运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一、输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数 据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序 执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象 区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲 信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 二、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用 户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构 成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑 运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状 态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯 形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发 生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都 有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用 到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线 圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从