（机械工程专业论文）四柱式液压机的自动控制.pdf

辽宁工程技沭大学硪士学毽谂文 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 编程控稍器，根据液压机的工作过程，按照生产工慧要求进行 基动控制。利蔫p l c 最其优势的羿关誊控裁与自身舆备的p t o 控制及p i d 控铡功篷紧密结合，黠滚援枫嚣运行速度及液蘧涵 温进行控制。文中详述了p l c 的特性及发展趋势，具体介绍了 所选p l c 的特点，及其控剃单元和所选控镑横块的使用和参数 设定，给出了液压机的工佟流程圈、程穿运行流程图并编制出 了运行程序。 关键词；霹柱式液压帆巍动控潮p l cp t o 控铡p i d 控裁 辽皆工程授洙大学硪士学位谶文 a b s tr a o t t h ed e s i g nw a sb a s e do nm a c h i n e r ya n d1 i q u i dp r e s s e s d e v i c eo ff o u rp o l e s1 i q u i dp r e s s t h ed e s i g n e rc o m b i n e di t w i t hp r o g r a m - - c o n t r o l t e r ，a c c o r d i n gt ot h ew o r kp r o c e s so f t h e l i q u i dp r e s s a n dr e q u e s to fp r o d u c et e c h n o l o g y ，t h e m a c h i n ec a r r yo na na u t o m a t i cc o n t r o l 。m a k i n gu s eo ft h ep t o a n dt h e0 1f u n c t i o na n d t h es w i t c hc o n t r o lf u n c t i o no f p l c ，t h e yh a v eb e e nm o s tc l o s ec o m b i n e dt oc o n t r o lt h em o v e m e n t s p e e da n do i lt e m p e r a t u r eo ft h el i q u i dp r e s s ，t h ed e s i g n e r d e t a il e dt h ec h a r a c 乞e r i s t i ca n d t h ed e v e l o p m e n to fp l c ，a n d c o n c r e t e l yi n t r o d u c e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec h o s e np l c a n dt h eu s a g eo fi t sc o n t r o lu n i ta n dp a r a m e t e rs e t t i n go f t h em o l dp i e c e t h ef l o wd i a g r a ma n dp r o g r a mw e r ed e s i g n e d i nt h ea r t i c l e 。 k e y w o r d s ：f o u rp o l e s1 i q u i dp r e s s ：a u t o m a t i cc o n t r o l ； p l c ； p t oc o n t r o l ；p i dc o n t r 0 1 辽宁工稷技术大学硕士学位论文 l 雩l 富 可编程控制器( p l c ) 是工业控制中顺序控制正程的产物。它是种应用 于工曛控锈的智能瀣可鳊程彦的顺序燕铡器，是每一接点可黎复使弼的智 能型继电器阵列。过去，p l c 仅作为顺序控制器来使用，常规情况下，对 于一魑过程控铜，都采用上位微机控制来完成即所谓的集散控制系统 ( d c s ) 。隧罄微电子技术戆发展，p l c 憋功能瓣趋完蛰，它滋毒单一舱顾 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d c s 系统耀魄，溪零p l c 萃一控裁，箕系统戏本可簿羝一攀，困魏，霞 用p l c 实现簸合控制是未来工业控制的象流。翻前，我国p l c 的应用还处 在初缀狳段，一般仪焉手中、夸鬃垒鱼虢颓序控稍孛，餐在一些麸鞠终孳| 进的大型制造业的装备中，p l c 实现复合控制使用的已相当广泛。 p l c 作为汗关量控翻的顺序控制器在液压设备上的斑用已很普遍。众所 周知，工作液体是波压能的载体，其基本功能是进行能爨的转换和传递。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 釜靛黉歪豢运转莛着举是轻重戆佟禹，嚣惩p l c 慰滚毯演涅进器蓬程犍裁是 本论文研究的其中一个方面。四柱忒液压机主要适用小批或成批生产的金属 莲力熬工工艺。本论文雩l 入瑗代燕筏理论覆方法瓣英控镄实蕊逻辑舆新，鬏 据生产工艺要求如何在p l c 一机上将顺序控制与过程控制有机结合，寅现这 种复合控制。机床辙据编制好的穰序自动运行，这样就筒纯了工人的操作， 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餐所有 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 霹大大提蹇设冬的整体性熊及压力竣荟黪褒技术含量；为我匡瓣装备剿造业 的发展方向提供经验。 辽宁工稼技术大学硬士学豫论文 2 2 胃编程序羧稍器 2 1 可编程控制器的产生和发展 2 1 1 可编穗控制辫的产生 以往的继迦接触器控制及顺序控制器囊要有继电嚣缀成，窍越梅成静控 制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若隳改变控制的顺序就 必须改变控制器的瑗馋接线，使躅起来不灵活，瞧摄褒矮。蹶痔控铡嚣主要 有继电器组成，其控制是靠触点的通断来实现的。不可避免地存在如下一些 嫒熹： ( 1 ) 触点转换总是需簧时间的，总是有电滞后及机械滞聪。这两个滞 后麴莛来，长翁可这凡+ 毫秒，甚黧更多。这两个滞后胃藐造成控裁不及时、 不同步。不及时，会降低控制糖度；不同步，有时会使电路工作出现竟态。 这是在电路设计时，不得不采取措施加以避免的。 ( 2 )触点频繁逶紧，荔受电火花烧饺与枧械塞摄，并因戴睫羞使甩次 数的增加，总是会带来一些故障。 ( 3 )馋羧丈，安装这嫠元器耱毒露鬟要宠大静控嬲挺。 ( 4 )消耗电能火。初次投资赞不大，但日常使用费很高。 ( 5 难黻或不便实嚣逻辑关系复杂的控裁。 ( 6 )电路不通用，每种电路多数都要单独设计、单独制造，更改也不 方便。 所以，要蜜现复袋、灵滔、可纛、小型化的寒气控制，必须另寻毖路。 1 9 6 8 年，美国最大的汽车制造商一通用汽车公司( g m 公词) 为了适应 艇产工艺不瑟受錾熬爨求，要求寻找一释魄继奄器更霹纛、功熊更赛众、嚷 废速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的 专太条件，立e l l 弓l 起了开发熬淫。邃+ 犬条孛 是： ( 1 ) 编裰方便，可现场更改粳序； ( 2 ) 维修方便，采用插件式结构； ( 3 ) 可纛性高予继电器控制装置； ( 4 ) 体积小于继电器控制柜； ( s )数搬可壹接送入镑理计棼艇； 辽宁工獠技术大学硬士学位论文 ( 6 藏本茸每继电嚣控裁糕竞争； ( 7 ) 输入可为市电； ( 8 ) 输接可为市电，容量可为2 a 以上，埘直接驱动接触器等； ( 9 ) 扩展时原系统改变量少 ( 1 0 )用户存储器大干4 k b 。 这麓是著名鲍g m i o 条。懿栗说饕静毫控 耋l | 器、电予诗算撬技拳瓣发震 是p l c 出现的物质基础，那么g m i o 条则是p l c 出现的盥接原因。 g m i o 条撵鑫磊，美嚣数据设铸公司( d e c ) 用一年多酵禽豹努力，研翻 出第一台这种电控制器。它在美圜g m 公司的装配线上试用，取得了成功。 2 i 2 可编稷控利嚣的发袋 从第一台这种电控制器出现以质，这项技术就迅速她发展起来。避了两 年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成类似的控制嚣，即d s c 一8 。 又过了鼹年，露1 9 7 3 年，嚣欧国家也研制成这棒躲控铡器。 有决定意义的进步还是在1 9 7 5 - 1 9 7 6 年。这两年，焚国、同本、德国等 一些国家把缴处理嚣蔫豫嚣编程撩爨器豹孛夹楚瑾单元( c p u ) ，震集簸毫跨 的存储器代替磁心存储器，即把微型计算机的技术与上述两种电控制器结合 起来，篌褥胃编程整铡器实瑷更大撬模静集成纯，工作受为可靠，更畿适应 正业环境，而且还更加灵活，功能也更加强了。同时，成本也犬幅度撖降了 下来，从丽，使p l c 进入了使用阶段。 我阕于1 9 7 4 年弹始研制，1 9 7 7 年舞始工业廒用。 这种控制器出现厢，其名称和定义不大统一。为此，美国电气制造商协 会( n e m a ) 母1 9 8 0 年纛式念名隽霹缡疆窿控裁器( 轮o g r a 繁瓣曲l e c o n t r o l l e r ) ，简称p c ，并给它下了定义：“p c 是一种数字式电子装鬣，它 经凄了霹编嚣窿静记亿律淤存褚指令，焉戮筏孬诺翔逻辑、颓窿、定辩、诗 效与演算等功能，并通过数字或类似的输入输出模块，以控制各种机械或 正作程痔。” 1 9 8 5 年1 月，国际电王委员会( i e c ) 在颁布可编稷彦控制器标礁草案 第二稿时，对它也下了定义。这个定义为：“可编程序撩制器怒一种数字运 簿操嚣躯电予系统，专为在曩监环壤下应惩露设谤。宅袋用可缡程序懿存储 辽宁工稷技术大学硕士学位论文 爨，震来在其蠹部技行逶饕运算、矮痔掩箍、定辩、诗数秘算术运算等操作 指令，并通过数字式、模拟戏的输入和输出，控制各种类型的机械或嫩产过 程。” 从上面介绍及有关定义可知，可编程序控制器实质就是一台专门设计 的、具有自己独特韵软硬件系统的、专用于实现机械工作或生产过程控制的 奄子诗葵枫。霹以这么说，没有电子计算概技术，特别是没有微型计算规技 术，也就没有可编程序控制器。可编程序控制器的出现，不仅怒控制技术的 涟步，褥显 魏是毫予诗葵撬瘦弱熬扩曩。宅与数字控裁技寒、邀子诗葵撬壹 接控制技术一样，都是当今非常有生命力的高新技术，烧实现工业及其它一 蓬产鼗现代纯豹重妥手段。 2 2 可编程控制器的特点 现代工业难产是复杂多样的，它们对控制的骤求也备不相同。可编程控 制器出乎具有以下特点面涤受欢避： ( 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 搏。p l c 生产厂家在硬传彝敬转上袋取了一系列挽于亳| | i 掺藏，镬宅霹戳壹接 安装于正业现场而稳定可靠的工作。目前各生产厂家生产的p l c ，其平均无 效障对滴罄大夫超过了i e c 袈定熬1 0 万夺翼重。褥显鸯了逶应特臻场会豹器 灏，有的p l c 生产商述采用了冗余设计和差异设计( 如德圜p i l z 公司的p l c ) ， 避一步提高了箕可靠往。 ( 2 ) 适_ 陂性强，应用灵活。由于p l c 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，用户可檄据自己的需簧灵活 选用， 2 圭满足系统大小不弱及功能繁篾各雾鲍控测系统要求。 ( 3 ) 编稷方便，易于使用。p l c 的编程可采用与继电器电路极为相似 戆撵形鬻语言，壹蕊易镬，深受褒场电气按本人瑟嚣欢涟。近攀来又发震了 预向对藩的顺控流程圈语言，也称功能图，使编程更简单方便。 ( 毒)控稍系统设计、安装、调试方使。p l c 中含裔大量蠡孽相当予中间 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，安装接线工作黧少。设计入员只要裔p l c 就可迸彳予控制系统设计并可 农实验塞进行模拟调试。 辽宁工褪技术大学硕士学健论文 ( s )维掺方餐、维修z 捧鲞小。p l c 有完善翡尝诊薪、矮瑟稽缀存德 及监视功能。p l c 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。工幸# 入员通道它可戳查出敖漳原因，便予迅速赴瑾。 ( 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， 配合特殊功麓模块述可1 2 王实现点僦控制、p i d 运算、过程控制、数字控制等 功能，先方便王厂管理又与上挝机逶僖，逶过远程模块还可以控制逶方设 备。 由鼍：吴毒上述特点，整褥p l c 瓣痤蔫藏垂援隽广泛，霹塔滋只要鸯z 厂、 有控制梁求，就会脊p l c 的应用。 2 3 蜀编程撩糕器靛发震动向 2 3 1p l c 的性能在提高 1 工作速度在掇升 工作速度是指p l c 的c p u 执行指令的速度、对急需处理的埝入信号的响 应速度及通信接口的数据传送速度。但主要是指c p u 执行指令的速度。 2 。控制戴模在扩大 控制规模代表p l c 的控制能力，一般是看其能对多少输入、输出点( 指 牙关蚤) 及对多乡爨模攘蝥迸行控裁。育瓣还要看其穗扩震多少模袭、多少 机架、多少站点等等。 3 组成模块在增多 p l c 的结构虽有籀体及模块式之分，但从本质上看，箱体也是模块，只 是它集成了更多的功能。在此，不妨把p l c 的模块组成当作所有p l c 的结 构性能。此性链的含义是撂蔡型号p l c 具骞多少耪摸块，冬释模块都骞什么 规格，并各具什么特点。 一羧洪，蔑模大戆p l c ，橙次褰熬p l c 模块熬耱类氇多，撰格氇多，反 映它特点的性能指标也高。相反，小型p l c 、档次低的p l c 模块的种类也少， 规貉氇少，愁靛氇低。 4 内存容量在增大 p l c 内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储掰户程痔系 统内存生要为用户撼供程序数据区。内存褰量大霹存储盼用户程序也大，也 辽宁工糕技术大学颈学徽论文 6 魏可避行更凳复杂豹控裁。麸发袋趋势管，蠹存容量是在不辩蹭大。 系统内存提供的程序数据区，对于用户而言，主要体现在p l c 能提供多 多内部器侔。不目的内部器件占据系统内存的不同区域。在物联上，并没有 这些器件，仅仅为r a 艟或e e r a m 。健通过运行程序进行使用时，给使用者提 供的却实实在在有这擅器件。 5 。指令系统在燎强 p l c 有多少条指令，各指令又具有什么功能，与p l c 的功能密切相关， 建p l c 缝戆熬錾要方嚣。 p l c 每一次改型，其指令条数都在增加。现在小型机的指令已超过酉条， 大辇梳豹功熊指令，其代璐甚秀三位数。 6 正作可靠在提高 p l c 本来就很可嚣，这怒它的基本特点之一。随着技术的发展，它的集 成度越寒越来窝，内部器件越来越来少，势随着制造工芑的进步，其霹靠性 也更进一步提高。当前，p l c 多不是用坏，而是由于使用不当才出故障的， 躐奎手技寒进步瑟被海汰。 7 联网能力在增强 蓬蓿控嗣、逶信及信惠技术静发展，p l c 豹联覆发袋已越来越块。常冕 的p l c 网络有三种：信息网、控制网及设备网。 ( 1 )信怠网。童要为p l c 与计算杌联两。 ( 2 ) 控制题。童要为p l c 与p l c 联成网络。 ( 3 ) 设备网。主要为p l c 还可与其它智能装置联网、通信，互相操作， 竣交换数据。 8 外部设备在丰富 除了耪耱模块，p l c 还露缀多磐帮设冬。发矮蓬穰俊，基越来越事塞 p l c 的外部设铸有四大类：编程设备，监控设备，存储设备，输入输出设备 9 支持软件在完善 为了便于编制p l c 程序，多数p l c 厂家都开发寿有关计算机支持软件。 从本质上讲，p l c 所能识别豹只是机器语富。它乏所以熊使用一些助诡符语 塞、梯形图语袁、滤壤图语蠹，甚至高级添言，众靠为使用这些语言纛器发 辽宁工糕技术大学硕士学傲论文 豹种耱软箨。 1 0 经济效益在增加 p l c 静功能、毪缆一代琏过一代。毽它韵价格没有髓着葫髓的增加或性 能的掇高而增加。穗反。有的瓤机型的价格反面低了。其原因是随着p l c 技 术的进步，箕硬件的集成魔越来越高，体积越来越小，结构也越来越合理， 生产它的硬转消耗以及赝鬟约工孵瞧提黠减少。掰默，一般谫，在掇舞p l c 技术性能的同时，它的价格多数是在下降的。这与计算机类似，性能越来越 提蹇，嚣傍辏粼越来越降低。 2 3 2p l c 的应用在扩展 1 p l c 弱子系统控制自动纯。 系统控制自动化是指不用或很少用人的干预，系统艟自行正作、实现系 统自身的功能。这是人们设计与使用系统所追求的目标，也已越来越多的交 成了现实。 2 p l c 用于系统控制远程化。 系统控联远程纯是撂，瓣系统蕤远程郄努熬蠢爻及葜效豢实薤捡溅与控 制。它既是自动化发展的结果，也怒一些现实系统，如不宜人们接近的系统， 凌豢自来瘩公司这释，本来就是分毒工铭豹系统，控秘豹需要。 3 p l c 用于系统控制信息化。 系统控制傣惠纯怒指系统的行为与行为效果蹙( 数簪) 纯、检潮、采集、 处理、存储、显示与传送。一句话，信息化就是用数字表示系统的状态。 4 p l c 用于系统控制智能化。 系统控锲蟹疑纯是指馒系统其蠢一定瓣智力，裁秘娥健系统，缝记录、 判断、成对非正常情况，或能对非难常情况的处理提供必要的信息。如能自 整定系统工髂参数、巍谖整系统王嚣、耋缓交王终模式、鑫诊羝、鑫修复等 等。 2 3 3p l c 的锱新 1 工作模式方面 传统的p l ct 作模式基本上是扫描工作模式。而今在好多方面已有所突 破： 辽宁工稷技术大学硕士学傲论文 ( 1 ) 并行薤毽。 ( 2 ) 指令可多周期执行。 3 ) 多任务组织。 ( 4 ) i 0 刷新鸯所突破。 2 系统结构方面 系统结梅是指p l c 懿缝成原剐及缓成方案。 ( 1 ) 从箱体走向模块，模块从有底版到出现无底版，又出现内装式的 p l c ，缭稳越寒蘧囊鬏。 ( 2 ) 从单一品种走向家族化，每一个型别，都有多种规格，选用方便。 ( 3 铁溺缝走内分布。 ( 4 ) 从单一c p u 模块邂向可多c p u 模块。 ( s ) 铁封闭走向开放，自身系统也允许剐的公司的模块介入，线用自 身模块介入剐雏公司的系统。 ( 6 )软件p l c 的出现，是系统结构恩想创新的一个成果。 3 。设定手段 有硬设定向软设定发展。 4 编程方法 p l c 编程工具、编程语京、编稷方法、程序组织发展也很快。编稷工具 疆很少使用编程器，而用诗葬祝加可视纯编程软件。 2 。4 模块式p l c 的基本组成及各维成部分的作用 2 4 1 模块式p l c 的蕊本组成 p l c 实质土是一耱工延控制诗嚣撬，廷不过它览一般菸诗棼撬其窍更强 的与工北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p l c 岛圣 算辘熬缝裁+ 努稳嵇。麸硬箨结籀看，宅也霄孛夹疑霪器( c p u ) 、存褚 器、输入输出( i 0 ) 接口、电源铸，图示如下： 辽宁工程技术大学硕士学位论文 图2 - 1p l c 的基本组成框图 2 4 2 模块式p l c 各组成部分的作用 ( 1 ) 中央处理器( c p u ) 与一般计算机一样，c p u 是p l c 的核心，它按p l c 中系统程序赋予的功 能指挥p l c 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p l c 内部电路的工作故障 和编程中的语法错误等；p l c 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。 不同型号p l c 的c p u 芯片是不同的，有采用通用c p u 芯片的，如8 0 3 1 、 8 0 5 1 、8 0 8 6 、8 0 2 8 6 等，也有采用厂家自行设计的专用c p u 芯片的( 如西门 子公司的$ 7 - 2 0 0 系列p l c 均采用其自行研制的专用芯片) 。c p u 芯片的性能 关系到p l c 处理控制信号的能力与速度。c p u 位数越高，系统处理的信息量 越大，运算速度也越快。随着芯片技术的不断发展，p l c 所用的c p u 芯片也 辽宁工程技术大学硕士学位论文 越来越高档。 ( 2 ) 存储器 p l c 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p l c 生产厂家编写的系统程序，并固化在r o m 内， 用户不能直接更改。它使p l c 具有基本的智能，能够完成p l c 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p l c 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p l c 的运行，使整个 p l c 按步就班地工作。第二部分为用户指令解释程序。通过用户指令解释程 序，将p l c 的编程语言变为机器语言指令，再由c p u 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予程序。p l c 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p l c 性能的强弱。 用户存储器包括用户程序存储器( 程序区) 和功能存储器( 数据区) 两 部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的p l c 编程语 言编写的各种用户程序。用户程序存储器所选用的存储器单元类型的不同， 可以是r a m ( 有掉电保护) 、e p r o m 或e e p r o m 存储器，其内容可以由用户任 意修改或增删。用用户功能存储器是用来存放( 记忆) 用户程序中使用的 o n o f f 状态、数值数据等，它构成p l c 的各种内部器件，也称“软元件” 用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是 反映p l c 性能的重要指标之一。 ( 3 ) 输入输出接口 输入输出接口是p l c 与外界连接的接口。输入接口用来接受和采集两 种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接 近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类是由电位器、 测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。输出接1 3 用来连接被控对 象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀( 模拟量) 、调速 装置( 模拟量) 等。 ( 4 )电源 小型整体式可编程控制器内部有一个开关式稳压电源。此电源一方面可 辽宁工程技术大学硕士学位论文 为c p u 板、i o 板及扩展单元提供工作电源( 5 v d c ) ，另一方面可为外部输 入元件提供2 4 v d c 。 ( 5 ) 扩展接口 扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使p l c 的配置更加灵活 ( 6 ) 通信编程 为了实现“人一一机”或“机一一机”之间的对话，p l c 配有多种通信 接口。p l c 通过这些通信借口可以与监视器、打印机、其他的p l c 或计算机 相连。 当p l c 与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印：当与监 视器( c r t ) 相连时，可将过程图像显示出来：当与其他p l c 相连时，可以 组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以 组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。 ( 7 ) 智能i o 接口 为了满足更加复杂的控制功能的需要，p l c 配有多种智能i o 接口。例 如，满足位置调节需要的位置闭环控制模板，对高速脉冲进行计数和处理的 高速计数模板等。这类智能模板都有其自身的处理器系统。 ( 8 ) 编程装置与其他部件 编程装置的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。根据不 同型号的p l c 配有专用编程器，也可利用计算机作为编程器，这时计算机应 配有相应的软件包，若要直接与p l c 通信，还要配有相应的通信电缆。 p l c 还可配有盒式磁带机、e p r o m 写入器、存储器卡等其他外部设备。 2 5p l c 的使用功能 ( 1 ) 逻辑量处理 逻辑量，也称开关量，是指仅有两个取值的量，可用以反映对象的实际 状态。如信号灯可用一个逻辑量l 表示，l 为l 表示亮，l 为0 表示不亮。 逻辑量处理的目的是实现输入逻辑量与输出逻辑量间的逻辑变换。由于p l c 有大量的开关量输入、输出接口，并有相应的逻辑运算指令，以及众多的内 部计数器、定时器，可进行计数及定时，同时，新型的p l c 还多有内部时钟， 故用这个逻辑量( 含定时、计数) 处理是很容易的。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 p l c 作逻辑量处理，所处理的问题可以是组合的、时序的，即时的、延 时的，计数的，顺序的、分支或循环的等等。 对逻辑量处理，所处理的入出点数，少的几，几十点，多的可到几百几 万点。由于它能连网，以至于所控制点数几乎不受限制。对逻辑量处理，可 以以位为单位实现，也可以以字节，字，或多字实现，很灵活。由此可知， p l c 有很强的逻辑量处理功能，这也是它的强项。而实际系统中这样的逻辑 问题又是大量的，这就决定了p l c 有非常广泛的应用。 ( 2 ) 模拟量处理 模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量一 般是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进 行处理。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量处理，就是小型机，也能 进行这种量的处理。 p l c 进行模拟量处理，要配置有模拟量与数字量相互转换的a d 、d a 单元。在a d 转换之前，般是要把所检测的物理量变换成标准的电信号的。 a d 、d a 有单路，也有多路。有了a d 、d a 单元，余下的处理都是数字量， 这对有信息处理能力的p l c 并不难。中、大型p l c 处理能力更强，不仅可以 进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运算。有的还 有p i d 指令，可对偏差量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出， 以至于有的p l c 还可对p i d 的参数做自整定等。计算机能算的，它几乎也都 能算。 用p l c 处理模拟量的好处是，在进行模拟量处理的同时，逻辑量也可处 理。这个优点是别的控制器所不具备的，或实现起来不如p l c 方便。 ( 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。 数字控制技术于2 0 世纪5 0 年代诞生于美国，也是基于计算机的控制技 术。当今已很普及，并很完善。目前，先进国家的金属切削机床，数控化的 比率已超过1 0 2 0 ，有的甚至更高。 p l c 也是基于计算机的技术，并同益完善。故它也完全用于脉冲量处理。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 多数p l c 有脉冲信号输入点，可接收脉冲输入信号( p i ) ，频率可高达 几几百千赫。可用多种方式接收此脉冲，还可多路接收。 多数p l c 有脉冲信号输出点，可输出脉冲信号( p o ) 。输出的脉冲频率 及脉冲数量可用有关指令控制。 有了p i p o 这两种功能，加上p l c 有数据处理及运算能力，若再配备相 应的传感器( 如旋转编码器) 或脉冲伺服装置( 如环行分配器、功放、步进 电机，或其它伺服系统) ，则完全可以依n c ( 数字控制) 的原理实现种种控 制。 高、中档的p l c ，还开发有n c 单元，或运动单元，或位控单元，可实 现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若p l c 配置了这种单元，则完全可以用n c 的办法，进行脉冲量的控制。 新开发的运动单元，还可认识n c 技术的编程语言。还可配上相应的设 定器、操作器，为更好地使用p l c 进行数字控制提供了方便。 ( 4 ) 数据采集与存储 p l c 有种种接口与人机界面，可用其去获得有关信息。 p l c 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。 p l c 访问数据区，有多种方法，可直接访问，也可间接访问。 同时，p l c 又有众多的定时期、计数器以及实时时钟。 所以，p l c 有强大的数据采集与存储功能。 ( 5 ) 诊断功能 p l c 有自诊断功能。 p l c 有很多指示灯，可显示p l c 自身的状态与控制对象的状态。p l c 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p l c ，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2 0 次，甚至更多 故障记录。近期的p l c ，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。 还可采用p l c 定时器作“看门狗”，对控制对象工作情况进行监控。如 辽宁工程技术大学硕士学位论文 “ 用p l c 控制某运动部件动作，看对其旋加控制后，其相应动作是否进行，就 可在对其旌加控制的同时，令看门狗定时器计时。如在规定的时间内动作完 成，即定时器未超过警戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对 象工作正常，无需报警。若超时，说明不正常，可作相应记录及处理。 如果控制对象的各重要控制环节，都用这样一些看门狗“看”着，那么 这个系统的工作将被了如指掌。出现了问题，卡在什么环节上，什么时间卡 了也很好查找。 还可采用别的方法，如逻辑关联，对控制对象的状态进行监控与记录等 等。 可知，无论自检还是对所控制的系统监控，p l c 都有很强的功能，都可 使系统具有相应的智能。 ( 6 )连网、通信功能 p l c 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。p l c 与p l c 可通信。可一对一p l c 通信。可多到几十、几百、几 千、几万，甚至不受限制。 p l c 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。p l c 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。 p l c 可与计算机通信，可用计算机编程，或用计算机控制或管理p l c ， 使p l c 用起来更方便。与计算机通信，可一台计算机控制管理多台p l c ，也 可一台p l c 与两台或更多的计算机通信。 新型p l c 还有以太网模块，可拥有自己的网址与网页，可组成局域网， 甚至进互联网，供互联网上的用户访问。这样p l c 的联网通信已不受地域范 围的限制。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 四柱式液压机机械及液压说明 以y b 3 2 5 0 0 四柱式液压机机械结构为基体，分析其机械结构组成；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p l c 控制系统的 方案设计做基础。 3 1 液压机机械结构组成 机身由上横梁、活动横梁、工作台、立柱、锁紧螺母及调节螺母等组成。 上横粱、活动横梁、工作台均由高级铸铁制成。上横梁和工作台依靠四个立 柱作为主架，由锁紧螺母紧固于两端。调节螺母用来调整机器精度，并与锁 紧螺母共同将上横梁固紧。活动横梁从四柱做上下运动，其上端面与主缸活 塞用法兰以螺栓紧固联结。活动横梁的四柱孔内装有对开的导向套。工作台 上平面和活动横梁下平面均有t 形槽，可以使用m 3 0 t 形槽用螺栓，以便于 模具安装。外观图见附图a ( 四柱式液压机外观图) 。 3 2 液压机液压系统的结构组成及其工作原理 3 2 1 液压机液压系统的结构组成 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。 ( 1 ) 主油泵和主电动机的选型 轴向柱塞泵选用1 6 0 w c y l 4 - 1 b 型微机控制变量泵。此类泵是在d c y l 4 一i b 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d c y l 4 - 1 b 辽宁工程技术大学硕士学位论文 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y 2 0 0 l 一44 5 k w ，转速1 4 7 5 r p m 。 ( 2 ) y t 2 5 低压控制系统 低压控制系统包括齿轮泵、溢流阀及电机等组成 齿轮泵型号为：h y 0 1 2 5 x 2 5q = 2 5 l m i n p = 2 5 m p a 溢流阀型号为：mr1 1 - 3 5 x 2 5q = 3 5 l m i n p = 2 5 m p a 电机型号为：j 0 2 2 2 4 1 5 k w 1 4 1 0r p m 本机液压系统中的控制油压力应调整为1 5 2 o m p a ( 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6 m f l a 和 7 k f l a 电液动滑阀、b 1 1 1 电动滑阀、2 y 和6 y 溢流阀、6 d 单向阀、以及电接 点压力表等。 其中6 m f l a 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 ) 非标准阀类元件 本机使用的非标准阀类自制元件有充液阀、自控换向阀、液控换向阀、 单向顺序阀和可控单向阀等。 1 )充液阀 充液阀装置在主缸顶部，整体浸在充液筒的油液中，当活动横梁依靠自 重滑下时，在主缸内部形成的负压能将充液阀的锥阀吸开，使充液筒中的油 液大量流入缸内；当活动横梁回程时，与主缸下腔相连接的油管利用回程压 力将充液阀上部的控制滑阀推动，从而打开锥阀，使主缸中的回程油液排 回充液简。 充液阀的锥阀上装有卸载阀，可以使打开锥阀的力减低，并可以使主缸 在卸荷时避免发生振动和冲击。 2 )3 0 c 自控换向阀 自控换向阀为一简单的二位三通滑阀，控制油路控制与主缸回程油路二 者的压力较高者可通过本阀通至充液阀的控制滑阀。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 3 ) 3 0 d 液控换向阀 液控换向阀与自控换向阀相似，也是一个二位三通滑阀。滑阀的动作是 由连通在主缸上腔的油管来控制的。为了使在主缸进行保压时不会从连通油 管中产生漏损，以致影响主缸保压性能，所以在滑阀的端面装设了密封装置。 4 )3 0 e 液控换向阀 本产品使用的单向顺序阀为天津市高压泵阀厂生产的标准6 x d 单向顺序 阀，但在其阀盖上增加外控油孔，使其能受控制油路进行控制，可以得到活 动横梁下行减速的动作。 5 ) 3 0 f 单向顺序阀 本阀为平衡式可控单向阀，当阀内流通高压液体时，不会由于高压液体 的作用迫使锥阀关闭。 由齿轮泵产生的控制油首先通向本阀控制活塞的顶部，只有在控制活塞 动作后，并将单向阀打开时，控制油才能通过活塞流向液压系统的其他方面， 起到了安全保护作用，避免因单向阀尚未打开而产生误动作。 4 冷却装置 油液的工作温度最好在1 5 1 2 、5 5 范围内。夏季气温高，油温超过5 5 ， 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2 0 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1 5 1 2 时，启动加 热装置。 3 2 2 液压机液压系统的工作原理 本机液压系统原理见附图b ( 四柱式液压机液压原理图) 。 液压原理图中的齿轮泵为控制油泵，控制油在通过( 2 3 ) 可控单向阀并 将其控制活塞推动后，才有可能通往其他阀件，因此可以保证在其他阀件动 作时( 2 3 ) 可控单向阀必定处于开启状态。 ( 2 ) 是1 6 0 w c y l 4 - 1 b 型轴向柱塞泵。其输出油液通过( 1 7 ) 6 m f i a 电液 动滑阀与( 1 6 ) 7 k f i a 电液动滑阀串联。7 k f i a 动作时顶出缸工作，6 m f i a 动 辽宁工程技术大学硕士学位论文 作时主缸工作，此种连接方式，主缸与顶出缸不可能同时工作。 由( 1 7 ) 6 m f l a 电液动滑阀通向主缸上腔的油路中装置有溢流阀、单向 阀和电接点压力表。其中( 2 5 ) 6 y 溢流阀是为了调整主缸压制压力，而( 2 6 ) 2 y 溢流阀则是起着远程控制6 y 溢流阀的作用( 2 y 装置在操纵箱上) 。( 1 9 ) 电接点压力表在自动工作方式的定压成型时用以发出讯号进行保压延时。 由( 1 7 ) 6 m f i a 电液动滑阀通向主缸下腔的油路中装置有( 2 3 ) 可控单 向阀。( 2 4 ) 单向顺序阀，其中( 2 3 ) 可控单向阀在机器工作中经常处于开 启状态，只有在控制油路停止工作时才自动关闭，保证了在停机时活动横梁 不会产生下溜现象。( 2 4 ) 单向顺序阀是受到( 2 0 ) b i l l 电动滑阀控制的。 当电磁铁y v 5 动作时，控制油经b l l l 将顺序阀打开，活动横梁可以依靠其 自重快速滑下，并从( 2 1 ) 充液阀中吸入大量工作油充满主缸。当y v 5 断电 时( 2 4 ) 单向顺序阀起作用，抵消了活动横梁由自重所形成的压力，而实现 了减速下行。在减速下行时，活动横粱的行速是由高压油泵的供油量来决定 的。 本设备为了避免在卸压换向时产生冲击振动，采用了先卸压后换向的方 式，利用( 1 8 ) 液控换向阀，当主缸上腔液体压力升高时，推动了液控换向 阀的阀芯，在( 1 7 ) 6 m f l a 电液动滑阀的电磁铁y v 2 动作时，切断了电动先 导阀和主液动滑阀的通路，使控制油液只能先通过( 2 8 ) 自控换向阀和打开 ( 2 1 ) 充液阀，使主缸上腔中的高压液体由充液阀中的卸载阀进行卸压， 待液体的压力下降后，使( 1 8 ) 液控换向阀的阀芯复位后，控制油才能通向 6 m f l a 的主液动滑阀使其换向回程。 打开( 2 1 ) 充液阀的控制油是通过( 2 8 ) 自控换向阀而来控制油可以由 控制油路供给，也可以由主缸的回程油管来供给，二者的压力较高者均可将 换向阀芯推动并通过油液。 本液压控制系统中控制顶出缸的( 1 6 ) ? k f i a 电液动滑阀在中间位置时， 顶出腔处于封闭状态，使得本设备利用顶出缸作薄板反拉伸成形工艺中液压 压边的可能。将顶出活塞顶出后，使活动横梁下行，迫使顶出活塞随动下行， 顶出缸的排油只能通过( 1 4 ) 2 y 溢流阀稳压溢流，从而得到要求的压边力。 压边力最大可调至3 2 m p a ( 即1 2 5 吨) 。其数值可由压力表示出。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 2 3 主要技术规格 表3 1y b 3 2 - 5 0 0 四柱式液压机主要技术规格 序号项目单位规格 l公称压力 t5 0 0 2 液体最大工作压力 m p a2 5 3回程压力t1 0 0 4 顶出压力 t1 0 0 5 顶出回程压力 t3 0 6 拉伸时压边压力 t1 2 5 7拉伸时顶出缸液体最大工作压力m p a3 2 8控制油路工作压力 m p a1 5 ，3 9 活动横梁最大行程 m m9 0 0 1 0顶出活塞最大行程m 3 5 0 1 l 活动横梁距工作台面最大距离 m m1 5 0 0 1 2 顶出活塞距工作台面最大距离 m m4 3 0 空载下行最大m m s 1 0 0 1 3活动横梁行程速度 工作时最大 m m s 1 0 回程时最大 m m s8 0 1 4 总功率 k w4 6 5 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 系统总体方案设计 4 1 四柱式液压机自动控制系统的控制要求 4 1 1 液压机的基本工作过程 其工作流程框图如下： i 开始 i i 滑块快速下行 l 滑块慢下加压 图4 - i 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 辽宁工程技术大学硕士学位论文 车。 4 1 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两种控制方式。液压机在 正常工作时选择自动控制方式。 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。 1 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 )液压机滑块浸下加压 ( 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 2 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。 3 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1 5 、5 5 1 2 的最佳工作状态。 ( 3 )为了设备及人身安全设嚣急停按钮及光栏保护开关。 4 2 四柱式液压机自动控