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变频 供水 控制系统 原型 设计 开发 含有 CAD 文件

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变频恒压供水控制系统原型设计与开发包含有CAD文件,变频,供水,控制系统,原型,设计,开发,含有,CAD,文件

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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:刘玄学 号：05010217系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:变频恒压供水控制系统原型设计与开发指导教师:陆宝春副教授 材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名陆 宝 春专业技术职 务副教授课题名称变频恒压供水控制系统原型设计与开发适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介 本项目以供水管网压力稳定控制为研究对象，综合应用变频器、PLC、组态软件等硬软件平台，研究并建立供水管网压力稳定控制的方案，设计一个变频恒压供水系统的实验原型，完成系统原型的部分软件开发工作。课题应完成的任务和对学生的要求（1）变频恒压供水系统的方案论证与总体设计；（2）原型系统硬软件详细设计；（3）原型系统部分软件模块开发；（4）原型系统集成调试及实验验证。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日本课题由 刘 玄 同学选定，学号： 05010217 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告；E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部： 机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：刘玄学 号：05010217设计(论文)题目：变频恒压供水控制系统原型设计与开发起 迄 日 期:2009年3月09日 6月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:陆宝春 王荣林专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年 2月 26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： （1）引导学生自觉地将知识学习与科学、技术、工程研究相结合，学会查找并利用相关的文献资料，基本掌握科学研究的思路、方法和手段； （2）提高学生的实践能力和动手能力，培养学生的创造、创新、创业与敬业精神； （3）培养学生的团队拼搏精神，使学生能更好地熔入社会； （4）学会撰写科技论文报告。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 本项目以供水管网压力稳定控制为研究对象，综合应用变频器、PLC、组态软件等硬软件平台，研究并建立供水管网压力稳定控制的方案，设计一个变频恒压供水系统的实验原型，完成系统原型的部分软件开发工作。具体如下： （1）变频恒压供水控制系统的调研与资料查询； （2）变频恒压供水控制系统的需求分析； （3）变频恒压供水控制系统的总体方案设计； （4）变频恒压供水控制系统的软件设计； （5）变频恒压供水控制系统原型的开发与调试； （6）论文及系统相关文档撰写；毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：课题成果内容包括： （1）开题报告、文献综述、资料翻译；（2）变频恒压供水控制系统的总体方案；（3）变频恒压供水控制系统软件原型；（4）毕业设计说明书。4主要参考文献：1 陈立定.电气控制与可编程序控制器M.第一版，广州：华南理工大学出版社， 2001.2.2 阳宪惠.现场总线技术及其应用M.第一版，北京：清华大学出版社，1999.6.3 邹金慧，陈乐庚，韦寿祺.可编程控制器及其系统M.重庆：重庆大学出版社， 2002.11.4 MCGS用户指南M.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2007.5 李训杰.MCGS组态软件在供水自动化监控系统中的应用J .工业控制计算机， 2005(2)：51、68.6 陈新恩.变频调速恒压供水系统中的PID控制研究J. 西南给排水,2008,(5). 7 杨建峰,李晓玲,赵东波.变频调速恒压供水系统浅析J. 科技情报开发与经 济,2008,(28). 8 魏景田. 基于变频调速的恒压供水系统J. 科技资讯,2008,(2). 9 王殿睿. 变频恒压供水系统J. 电工技术,2008,(2). 10 文永起. 基于PLC的变频恒压供水系统研究J. 化学工程与装备,2008,(2). 11 林哲华.变频调速器在恒压供水方面的应用分析J.黑龙江科技信息,2008， （17）.毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年3月9日 3 月31 日4月1日 4 月10 日4月11日 4 月20 日4月21日 5 月20 日5月21日 6 月 5日6月6日 6 月11 日6月12日 6 月14日熟悉毕业设计要求。查阅资料，完成外文资料翻译工作撰写开题报告及文献综述需求分析、总体设计软件开发平台选型设计原型系统软件设计系统调试论文撰写论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：刘玄学 号：05010217专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：变频恒压供水控制系统原型设计与开发指 导 教 师:陆宝春 2009年3月22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人们对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理和监控；同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。文献综述介绍了变频恒压供水系统的相关应用技术和资料。关键词 变频调速 恒压供水 PLC1 变频恒压供水控制技术发展背景 众所周知，水是人类生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能已成为时代特征的今天，我国由于水资源和电能短缺比较严重，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环用水等方面技术一直比较落后，而且自动化程度低。这主要是由于受陈旧的供水设备和输送管路的限制，例如在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低，水供不应求的现象；而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高，水供过于求的现象，此时将会造成能量的浪费，同时有可能使水管爆破和用水设备的损坏。因此如何保证在供水量波动的时候水压恒定，采取变频调速恒压控制是现代供水控制系统的主要方式。它利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替了传统供水控制方案，具有自动化程度高，高效节能的优点，在小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用，并取得了明显的经济效益。2 变频恒压供水控制技术特点 变频调速技术，简单讲就是通过改变定子供电频率来达到电机调速的目的。由于异步电机的同步转速与输入电源频率成正比关系，所以改变输入电源的频率就改变了电机的同步转速，这也就达到了交流电机的调速要求。变频器就是利用变频调速技术开发的典型产品，兼有调频调压两种功能。现在，变频调速技术已被国内外公认为交流调速领域里最理想调速方式。变频调速的优点是可以做到无极并精确调速，调速范围大，变频调速系统可同时满足调速精度和节能两个要求，达到高性能、高动态、高品质的行业标准。并且正日益向着智能化、自适应、自诊断的方向发展，给各种实际应用带来很大的方便和经济效益。当今微电子技术迅速发展，器件质量好，也为能供应高性能，高可靠性，高控制精度的变频器创造了条件。 恒压供水技术是指无论用户端用水量大小，总保持管网中水压基本稳定，这样既可满足各部位的用户对水的要求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。恒压供水系统的特点：高效节能，按需要设定供水压力，根据管网用水量来变频调节水泵转速，使水泵始终在高效率工况下运行，同普通的无塔供水设备相比，节能效果达20。起动平衡，保护功能完善，起动电流可限制在额定电流以内，消除了水泵电机直接起动时对电网的冲击和干扰，并且设备控制系统具有短路、过流、过压、过载、欠压、过热等多种保护功能，大大提高了工作效率，延长了水泵的使用寿命。当变频器发生故障时，能够自动转换至工频运行，确保供水不间断。突然停电后再来电，设备能够自动启动运行。 变频调速恒压供水系统的主要特点是:高效节能，运行合理；投入小，效率高；配置灵活，自动化程度高，功能齐全，安全可靠；由于能对水泵实现软停和软启，可消除水锤效应；操作简单，省时省力。因此，变频器恒压供水系统必定将成为供水系统的主流。3 变频恒压供水系统的关键技术3.1 PID控制技术 在连续控制系统中，常采用Proportional ( 比例)、Integral(积分)、Derivative(微分)控制方式，称之为PID控制。PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的控制方式。具有以下优点:理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握。在供水系统的设计中，选用了具有PID调节模块的变频器来实现闭环控制保证供水系统中的压力恒定，较好地满足系统的恒压要求。3.2 PLC与上位机通信技术 由于本系统采用计算机作为上位机实现监控，故必须实现PLC与计算机之间的通讯。三菱FX2N系列PLC的通讯接口为RS422，而计算机采用RS232串行通讯接口，要实现通讯，必须进行接口类型的转换。与计算机链接，是用专用协议进行数据传输，考虑到距离原因，选用RS-485通信方式。为此在PLC和计算机之间增加扩展的通讯模块RS232C/RS485信号转换器FX-485PC-IF、RS485通信适配器FX0N-485ADP和RS-485通信用功能扩展板FX2N-CNV-BD。其中扩展板FX2N-CNV-BD安装在PLC内部，只起接口变换的作用。通过正确连接，可完成RS-232与RS485之间的信号转换，其传输距离最大达500米。3.3 MCGS组态软件技术 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用此组态软件进行变频恒压供水系统的动画运行和调试。 4 变频恒压供水控制技术国内外发展的态势 传统的供水方式主要有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水。恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，起动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬启动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大、而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵工作在低效段，同时出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。 综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以适应当前经济生活的需要。随着交流电机变频调速技术的日臻完善，变频调速恒压供水方式可以很好地克服传统供水方法的缺点成为一种很有发展前途的供水方式。变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压功能的变频器，像日本Samco公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机（泵）的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统（如BA系统）和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。 目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速。对于水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器PLC及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。这两种控制方案，从可靠性方面讲，PLC优于单片机，从经济性方面看，单片机优于PLC。在变频与工频电源的切换技术上，多数采用主电路串接软启动器的方法进行降压启动，也有采用切换时封锁变频器的控制脉冲，使变频器输出为零，再切换到工频电源上。这两种方法，前者容易实现，软起动器一般为成品部件，但设备投资较大；后者设备投资少，但频率波动大，易引起水管管网压力不稳定。系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为（现已更名为艾默生）电气公司和成都希望集团（森兰变频器）也推出了恒压供水专用变频器（5.5kw22kw），无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性EMC的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。5 结论变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体，采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理和监控，同时系统具有良好的节能性。研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。所以我将运用所学知识，综合各种软硬件资源，完成变频恒压供水系统的设计与开发。参 考 文 献1 宋序彤. 我国城市供水发展有关问题分析J. 北京：城镇供水，2001(2).2 魏景田. 基于变频调速的恒压供水系统J. 北京：科技资讯，2008(2). 3 张燕宾. SPWM变频调速应用技术M. 北京：机械工业出版社，2002.4 周芝峰，张星. 变频器在供水系统中的节能分析J. 北京：变频器世界，2000(10).5 金传伟，毛宗源. 变频调速技术在水泵控制系统中的应用J. 北京：电子技术应用，2000(2).6 陈新恩. 变频调速恒压供水系统中的PID控制研究J. 武汉：西南给排水，2008(5).7 马桂梅. 泵变频调速时的节能方案讨论J. 四川：四川工业学院学报，2003(3).8 文永起. 基于PLC的变频恒压供水系统研究J. 北京：化学工程与装备，2008(2).9 胡纲衡. 交流变频调速的切换控制技术J. 北京：电工技术，2001(6).10 IS型水泵使用手册M. 上海：上海第一水泵厂，2007.11 三菱FR系列变频器使用手册M. 上海：三菱电机自动化(上海)有限公司，2008.12 陈立定. 电气控制与可编程序控制器M. 第一版，广州：华南理工大学出版社，2001.13 张建会. 基于MCGS的供水泵站的远程监控系统J. 北京：工业控制计算机，2006(7).14 杜水友，压力测量技术及仪表M. 北京：机械工业出版社，2006.15 三菱FX系列PLC用户手册通信篇M. 上海：三菱电机自动化(上海)有限公司，2008.16 MCGS用户指南M. 北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2007. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一 课题研究内容 本课题以供水管网压力稳定控制为研究对象，综合应用变频器、PLC、组态软件等硬软件平台，研究并建立供水管网压力稳定控制的方案，设计一个变频恒压供水系统的实验原型，完成系统原型的部分软件开发工作。2 研究途径本系统是以PLC作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统。首先对变频恒压供水系统的相关理论进行分析，确定系统的控制方案，并给出具体的变频恒压供水的控制流程和工作原理。接着对系统的硬件进行选型，包括水泵机组、变频器、PLC及其扩展模块、触摸屏、压力变送器及数显仪的具体选型；并设计系统的主电路、控制电路，分析PLC的I/O端子和PLC程序。最后供水系统通过上位机计算机和下位机PLC的通信，并选用MCGS作为上位机软件平台来实现远程监控。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 刘 玄 学 号： 05010217 外文出处： HYDRAULICS AND PNEUMATICS TRANSMISSION 44 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：该同学查阅大量资料，完成翻译。译文正确地表达了原文的意义、概念描述符合汉语的习惯，语句通畅，层次很清晰。成绩评定为优。 签名： 年 月 日附件1：外文资料翻译译文液压缸 3.1 液压缸的分类及基本计算液压缸是液压传动系统中应用最多的执行元件,它将油液的压力能转换为机械能,实现往复直线运动或摆动,输出力或扭矩；其作用方式可分为单作用式和双作用式两种,单作用式液压缸只能实现单用运动,即压力油只是通向液压缸的一腔,而反方向运动则必须依靠外力来实现,如复位弹簧力,自重或其它外部作用；双作用式液压缸在两个方向上的运动都由油压力推动来实现,可实现双向运动。液压缸可以看作是直线马达(或摆动马达),其单位位移排量即为液压缸的有效面积,当液压缸的回油压力为零且不计损失时,输出速度v等于输入注量q除以排量A,输出推力F等于输入压力p乘以排量A,即输入液压功率pq等于输入机械功率Fv。液压缸有多种结构,但根据其具体结构特点可分为活塞式、柱塞式和摆动式三类基本形式,除此以外,还有在基本形式上发展起来各种特殊用途的组合液压缸,下面分别予以介绍。3.1.1 活塞式液压缸活塞式液压缸可分为双杆式和单杆式两种结构形式,其安装方式有缸筒固定和活塞杆固定两种形式。3.1.1.1 双杆活塞式液压缸图3.1所示为双杆活塞式液压缸的工作原理图,活塞两侧都有活塞杆伸出。当两活塞杆直径相同,供油压力和流量不变时,活塞式液压缸在两个方向上的运动速度和推力都相等,即 (3.1) (3.2)图3.1 双杆活塞式液压缸式中 v液压缸的运动速度； 液压缸的推力； 液压缸的容积效率； 液压缸的机械效率； 液压缸的流量； 液压缸的有效工作面积； 进油压力； 回油压力； 活塞直径； 活塞杆直径。图3.1(a)为缸体固定式结构。当液压缸的左腔进油,推动活塞向右移动,右腔活塞杆向外伸出,左腔活塞杆向内缩进,液压缸右腔油液回油箱；反之,活塞反向运动。图3.1(b)为活塞杆固定式结构,当液压缸的左腔进油时,推动缸体向左移动,右腔回油；反之,当液压缸的右腔进油时,缸体则向右运动。这类液压缸常用于中小型设备中。3.1.1.2 单杆活塞式液压缸 图3.2所示为双作用单活塞杆液压缸,活塞杆只从液压缸的一端伸出,液压缸的活塞在两腔有效作用面积不相等,当向液压缸两腔分别供油,且压力和流量都不变时,活塞在两个方向上的运动速度和推力都不相等,即运动具有不对称性。如图3.2(a)所示,当无杆腔进油时,活塞的运动速度和推力分别为 (3.3) (3.4) 如图3.2(b)所示,当有杆腔进油时,活塞的运动速度和推力分别为 (3.5) (3.6)式中符号意义同式(3.1)、式(3.2),参见图3.2。图3.2 双作用单活塞杆液压缸比较上述各式,可以看出:,；液压缸往复运动时的速度比为 (3.7) 上式表明,活塞杆直径愈小,速度比愈接近1,液压缸在两个方向上的速度差值就愈小。如图3.3所示,当单杆活塞缸两腔同时通入压力油时,由于无杆腔有效作用面积大于有杆腔的有效作用面积,使得活塞向右的作用力大于向左的作用力,因此,活塞向右运动,活塞杆向外伸出；与此同时,又将有杆腔的油液挤出,使其流进无杆腔,从而加快了活塞杆的伸出速度,单活塞杆液压缸的这种连接方式被称为差动连接。当差动连接时,有杆腔排出流量进入无杆腔,根据流量连续性方程可导出液压缸的运动速度为 (3.8) 图3.3 双作用单活塞杆液压缸的差动连接在忽略两腔连通油路压力损失的情况下,差动连接液压缸的推力为 (3.9)由式(3.8)和式(3.9)可知,差动连接时,液压缸的有效工作面积是活塞杆的横截面积,与非差动连接无杆腔进油工况相比,在输入油压力和流量不变的条件下,活塞杆伸出速度较大,而推力较小。差动连接是在不增加液压泵容量和功率的条件下,实现快速运动的有效办法。例题3.1 已知单活塞杆液压缸的缸筒内径=100mm,活塞杆直径=70mm,进入液压缸的流量=25L/min,压力=2Mpa,=0。液压缸的容积效率和机械效率分别为0.98,0.97,试求在图3.2和图3.3所示的三种工况下,液压缸可推动的最大负载和运动速度各是多少?并给出运动方向。解: (1)在图3.2(a)中,液压缸无杆腔透压力油,回油腔压力为零,因此,可推动的最大负载为 液压缸向右运动,其运动速度为 (2)在图3.2(b)中,液压缸为有杆腔进压力油,无杆腔回油压力为零,可推动的负载为 液压缸向左运动,其运动速度为 (3)在图3.3中,液压缸差动连接,可推动的负载为 液压缸向右运动,其运动速度为 3.1.2 柱塞式液压缸前面所讨论的活塞式液压缸的应用非常广泛,但这种液压缸由于缸孔加工精度要求很高,当行程较长时,加工难度大,使得制造成本增加。在生产实际中,某些场合所用的液压缸并不要求双向控制,柱塞式液压缸正是满足了这种使用要求的一种价格低廉的液压缸。如图3.4(a)所示,柱塞缸由缸筒、柱塞、导套、密封圈和压盖等零件组成。柱塞和缸筒内壁不接触,因此缸筒内孔不需精加工,工艺性好,成本低。单一的柱塞缸只能制成单作用缸,如果要获得双向运动,可采用复合式柱塞缸结构。柱塞缸的柱塞端面是受压面,其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力。为保证柱塞缸有足够的推力和稳定性,一般柱塞较粗,重量较大,水平安装时易产生单边磨损,故柱塞缸适宜于垂直安装使用。为减轻柱塞的重量,有时制成空心柱塞。柱塞缸结构简单,制造方便,用于工作行程较长的场合,如大型拉床,矿用液压支架等。图3.4 柱塞式液压缸3.1.3 摆动式液压缸摆动式液压缸输出转矩,并实现往复摆动,有时也称为摆动马达,在结构上有单叶片和双叶片两种形式。单叶片摆动液压缸的摆角一般不超过,双叶片摆动液压缸的摆角一般不超过。如图3.5所示。单叶片式摆动液压缸由定子块1、缸体2、摆动轴3、叶片4、左右支承盘和左右盖板等主要零件组成。定子块固定在缸体上,叶片和摆动轴固连在一起,当两油口相继通以压力油时,叶片即带动摆动轴作往复摆动,当考虑到机械效率时,单叶片缸的摆动轴输出转矩为 (3.10)根据能量守恒原理,结合式(3.10)得输出角速度为 (3.11)式中 D缸体内孔直径； d摆动轴直径； b叶片宽度 。图3.5 摆动液压缸1-定子块 2-缸体 3-摆动轴 4-叶片当输入压力和流量不变时,双叶片摆动液压缸摆动轴输出转矩是相同参数单叶片摆动缸的两倍,而摆动角速度则是单叶片的一半。 摆动缸结构紧凑,输出转矩大,但密封困难,一般只用于中低压系统中往复摆动,转位或间歇运动的地方。 下面就摆动液压缸的计算举例说明如下。例题3.2 如图3.5所示是单叶片摆动液压缸,供油压力=10Mpa,流量q=25L/min,回油压力=0.5Mpa,D=100mm,d=40mm,若输出轴的角速度为7rad/s,摆动液压缸的容积效率和机械效率分别为0.96和0.98,求摆动油缸的叶片宽度和输出扭矩是多少?解 (1)将单叶片摆动液压缸角速度公示(3.11)变形,得摆动液压缸叶片宽度为 (2)由摆动液压缸输出扭矩计算公式(3.10)可得 3.1.4 组合式液压缸上述为液压缸的三种基本形式,为了满足特定的需要,还可以在这三种基本液压缸的基础上构成各种组合式液压缸。3.1.4.1 增压缸增压缸将输入的低压油转变为高压油供液压系统中的高压支路使用。增压缸如图3.6所示。大缸作为原动缸,输入压力为,小缸作为输出缸,输出压力为。若不计摩擦力,根据力平衡关系,可有如下等式: (3.12) 或 (3.13) 图3.6 增压液压缸比值称为增压比,由于,压力被放大,从而起到增压的作用。3.1.4.2 多级缸多级缸由两级或多级活塞套装而成,如图3.7所示 图3.7 多级液压缸前一级缸的活塞就是后一级缸的缸套,活塞伸出的顺序是从大到小,相应的推力也是从大到小,而伸出的速度则是有慢变快。相反的,缩回的顺序一般是从小活塞到大活塞,收缩后液压缸总长度较短,占用空间较小,结构紧凑。多级缸适用于工程机械和其它行走机械,如起重机伸缩臂等。3.1.5 齿条活塞缸齿条活塞缸由带有齿条杆的双活塞缸和齿轮齿条机构组成,如图3.8所示。齿轮齿条机构多用于自动线,组合机床等转位或分度机构中。图3.8 齿条活塞液压缸的结构图1-紧固螺栓 2-调节螺钉 3-端盖 4-衬垫 5-O形密封圈 6-挡圈7-气缸套 8-齿条活塞 9-齿轮 10-传动轴 11-缸体 12-螺钉 附件2：外文原文PID控制器是根据目标值 设定值 与反馈值 测量值 之间构成的偏差e t 经比例 P 积分 I 和微分 D 运算后通过线性组合构成控制量u t 对被控对象进行控制 其控制规律为 式中 为比例系数 为积分时间常数 为微分时间常数 为偏差信号 为输出 PID调节过程首先引入比例常数 在系统稳定的情况下 减小稳态误差 提高精度 但是加大只能减小稳态误差 不能消除稳态误差 然后引入积分控制 消除系统的稳态误差 提高控制系统的控制精度 最后引入微分控制 减小系统的超调量 改善系统品质 PID调节动态平衡如图3 3所示 结束 一般在供排水 流量控制中 只需用P I控制即可 D参数较难确定且容易和干扰参数混淆 因此在实际运行变频器时 可在线条件按下边观察测量值的变化边反复调节P I参数 直到测量值稳定并与设定值接近为止 摘自 三菱变频器说明书 中 PID参数确定补充说明 主程序 子程序 结束 PLC通信程序设置为了使计算机与PLC建立起正确的通信 必须进行通讯格式的设置 可对三菱PLC中特殊寄存器作相应的参数设置即可完成 其中D8120用来设置数据长度 奇偶校验和波特率和协议方式 即设置计算机与PLC的通信格式 D8121用来设置站点号 两位的16进制数 设置范围为00H 0FH D8129用来设置数据网络超时检查时间 即校验时间 它是指在计算机向PLC的失败传送接收结束之后 一直到发送序列初始化的这一段时间 单位为10ms 在本设计中 PLC通讯程序设计只需对D8120 D8121和D8239三个特殊功能寄存器的内容进行设置 确定通信格式和通信协议即可 选择的通信参数为波特率9600 偶校验 7位数据 1位停止位 站点位为1 校验时间为10ms 其梯形图如图所示 PLC通信参数设置梯形图 2 水泵加减速运行的基本描述 供水系统控制流程 1 水泵启动一般运行描述 3 增加水泵运行的状况描述 增泵条件 且延时判别成立指上限频率 指设定压力 指实际压力 若用水量继续增加 满足增加水泵条件 将继续发生如上转换 即新的水泵M3投入并联运行 当然 当最后一台主水泵M3投入运行后 若变频器输出上限频率50Hz时 压力仍未达到设定值 系统会报警 4 减少水泵运行的状况描述 减泵条件 且延时判别成立指下限频率 指设定压力 指实际压力 指电机切换时压力容许偏差 5 附属小泵运行的状况描述 结束 供水系统的基本特征 管网及水泵的运行特性曲线 南京理工大学泰州科技学院 毕业论文答辩 变频恒压供水控制系统原型设计与开发 机械工程及自动化刘玄指导老师陆宝春 课题任务的内容和要求 1 变频恒压供水控制系统的调研与资料查询 2 变频恒压供水控制系统的需求分析 3 变频恒压供水控制系统的总体方案设计 4 变频恒压供水控制系统的软硬件设计 5 变频恒压供水控制系统原型的开发与调试 6 论文及系统相关文档撰写 供水系统的结构框图 系统的主要硬件 水泵机组 变频器 PLC及其扩展模块 触摸屏 压力变送器等 电气控制结构图 本文在软件方面是设计了系统主电路 控制电路 PLC的I O端子分配以及PLC的程序分析 主电路 控制电路 变频恒压供水远程监控系统 通信系统硬件结构 MCGS组态软件整体结构 监控系统的主要功能要求 控制功能 检测功能 通