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20吨简易压力机设计含5张CAD图,20,简易,压力机,设计,CAD
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2020 吨简易压力机毕业设计（论文）吨简易压力机毕业设计（论文） 课题名称课题名称 20 吨简易压力机设计 学生姓名学生姓名 赵洋 学号学号 110330339 指导教师指导教师 周燕飞 职称职称 所在院系所在院系 机械工程系 专业名称专业名称 机械工程 二一五年 五月 摘 要 在现代化生产中，液压机现代工业中占有非常重要的地位。设计的内容为 PLC 控制四柱式液压机，液压机最大工作负载为 200kN。三梁液压机的设计包含三个部分：机械部分；液压部分；PLC 控制部分。液压机机械结构包括上梁、导柱、工作台、移动横梁、主缸、顶出缸。液压系统的设计包含液压系统计算和液压图的绘制。控制部分需要控制原理图和程序编写。主缸的工作与安全行程限制通过行程开关来控制；为了保证工件的成型质量，需要液压系统中设置保压回路，通过保压使工件稳定成型；为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作。 本文通过对三梁四柱液压机的机械、液压、控制系统的设计，使液压机具有快进、工进、保压压制工件、卸压回程、顶出工件等功能。同时还具有自动和手动调整的能力。 关键词关键词：液压机，三梁四柱，机械部分，液压系统，PLC 控制 ABSTRACT In modern production, the hydraulic machines of modern industry occupies a very important position. The contents of PLC control design Four-hydraulic machine, hydraulic machine maximum working load 2000kN. Three-beam design of hydraulic machine consists of three parts: the mechanical parts; hydraulic parts; PLC control section. Hydraulic mechanical structure including the beam, guide pillar, table, moving beams, the main tank, a tank top. Hydraulic system includes hydraulic system design and hydraulic calculation of mapping. Control part including control schematics and programming. The work of master cylinder travel restrictions and security through the stroke switch to control; To ensure the quality of the workpiece shape, need to set the holding pressure hydraulic system circuit, through the holding pressure to the workpiece steady molding; to prevent the generation of hydraulic impact, the system equipped with pressure relief loop, to ensure safety of equipment and stability. Control system has emergency stop, manual automatic semi-automatic functions. The article on the three-beam four-column hydraulic press machinery, hydraulic, control system design, hydraulic machine with fast forward, working forward, holding pressure to suppress parts, pressure relief return, knocking out parts and so on. It also has automatic and manual adjustment capability. Key words: Hydraulic machines, three beam four columns, machinery parts, hydraulic system，PLC 目录目录 摘摘 要要 . IIII ABSTRACT . IIIIII 1 1 绪论绪论 . 1 1 1.1液压技术简介.1 1.2液压产品技术发展趋势.1 1.2.1 减少损耗，有效利用能量 . 1 1.2.2 泄漏控制 . 2 1.2.3 污染控制 . 2 1.2.4 主动维护 . 2 1.2.5 机电一体化 . 2 1.2.6 液压 CAD 技术 . 2 1.2.7 新材料、新工艺的应用 . 3 1.3 液压系统工作原理 . 3 1.4 液压机的发展现状 . 3 1.5 本章小结 . 5 2 2 机械部分设计机械部分设计 . 5 5 2.1 三梁四柱工作原理分析 . 5 2.1.1 三梁四柱液压机的基本组成 . 5 2.1.2 三梁四柱液压机工作原理分析 . 6 2.1.3 三梁四柱液压机工作循环分析 . 6 2.2 三梁四柱液压机主要设计参数： . 7 2.3 液压机工况分析 . 8 2.3.2 导柱设计 . 12 2.5 本章小结 . 12 3 液压系统设计液压系统设计 . 1313 3.1 液压缸的设计 . 13 3.1.1 主液压缸的设计 . 13 3.1.2 顶出液压缸的设计 . 17 3.2 液压系统计算 . 20 3.2.1 主缸所需流量计算 . 20 3.2.2 顶出缸所需流量计算 . 20 3.2.3 系统升温的验算 . 21 3.3 液压辅件的选择 . 22 3.3.1 液压泵的选择 . 22 3.3.2 电动机的选择 . 23 3.3.3 油箱的选用 . 26 3.3.4 油管尺寸设计 . 27 3.5 液压系统原理图的绘制 . 27 3.6 液压元件的选择 . 29 3.7 本章小结 . 30 4 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 . 3030 4.1PLC 的基本概念. 30 4.1.1 PLC 的应用领域. 30 4.1.2PLC 的特点. 32 4.2PLC 的工作原理. 35 4.2.1 梯形图编辑 . 37 4.2.2 梯形图的格式 . 37 4.2.3PLC 梯形图编程格式的特点. 37 4.3 控制系统设计 . 38 3.3.1 控制的要求 . 38 3.3.2 控制系统软件设计 . 38 3.3.4 程序的编写 . 39 4.4 本章小结 . 42 结论结论. 4444 致谢致谢. 4545 参考文参考文献献 . 4646 附录一 . 4747 附录二 . 5050 1 绪论绪论 1.1 液压技术简介液压技术简介 液压技术是实现现代化的传动与控制的重要技术之一， 世界各个国家都非常重视液压工业的发展。世界液压元件的销售总额约为 350 亿美元。根据统计，世界各工业大国液压工业销售额占机械工业产值的 2%3.5%，我国却仅占 1%左右，这说明我国拥有较低的液压技术使用率，如果努力拓展其应用领域，一定会有广阔的发展。液压气动技术拥有许多独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力和流量可控性好，柔性传送动力，容易实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并容易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术被广泛应用于国民经济的各部门。但是近几年来，液压气动技术与机械传动和电气传动产生了竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。主要是因为液压技术有渗漏、维护性差等缺点。因此，我们必须要努力发挥液压气动技术的优点，克服其缺点，注意与电子技术相结合，不断拓展其应用领域，同时要降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争能否取胜的关键。 1.2 液压产品技术发展趋势液压产品技术发展趋势 现在的传统技术有了新的发展，产品的质量、水平也有了一定的提高，是由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等。但是，现在的液压技术不可能有较大的技术突破，主要靠现有技术的改进和扩展，不断拓展其应用领域来适应未来的要求。 1.2.1 减少损耗，减少损耗，有效有效利用能量利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中， 有能量损耗。 为有效利用能量，有下列问题需要解决：为减少功率损失，需要减少元件和系统的内部压力损失；为了尽量减少非安全需要的溢流量，需要减少或消除系统的节流损失；为了减少摩擦损失，可以采用静压技术和新型密封材料；采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路来改善液压系统性能， 。 1.2.2 泄漏控制泄漏控制 防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害叫做泄漏控制。 无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一，因此，今后将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。 1.2.3 污染控制污染控制 过去，液压界主要着力于控制固体颗粒的污染，而对水和空气等的污染控制不够重视。今后应该重视并解决。研究对污染的在线测量；严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。 同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器开发能清除油中的气体、 水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置，以及开发油水分离净化装置和排湿元件。 1.2.4 主动维护主动维护 开展液压系统的故障预测，实现主动维护。要使液压系统故障诊断现代化，必须加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，来提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统的通用工具软件， 开发自调整、 自校正等液压系统自补偿系统，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。 1.2.5 机电一体化机电一体化 机电一体化可以实现液压系统的柔性化和智能化，充分发挥出液压传动出力大、惯性小和响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将由过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时标准化了压力、流量、位置、温度、速度等传感器；提高了液压元件的性能，使其在性能、可靠性、智能化等方面更加适应机电一体化的需求；发展高频，低功耗的电磁电控元件与计算机直接接口；将实现自动测量和诊断液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值；将广泛采用电子直接控制元件，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，来实现软启动、合理分配功率、自动保护等功能；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。 1.2.6 液压液压 CAD 技术技术 利用现有的液压 CAD 设计软件，来进行二次开发和建立知识库信息系统，它将构 成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。将计算机防真与适时控制相结合，在试制样机 前 使用 软件 修改 其特 性 参数 ，以 达到 最佳 设计 效 果。 下一 个目 标是 把CAD/CAM/CAPP/CAT 以及现代管理系统集成到一起建立集成计算机制造系统（CIMS） ，使液压设计与制造技术有突破性的发展。 1.2.7 新材料、新工艺的应用新材料、新工艺的应用 陶瓷、聚合物或涂敷料等新型材料的使用，可引起液压的飞跃发展新。为了环境保护，研究并采用菜油基和合成脂基或者水及海水等生物降解迅速的压力流体。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的使用，优化了元件内部流动，减少了压力损失和降低了噪声，实现了元件小型化。 1.3 液压系统工作原理液压系统工作原理 液压系统由液压控制阀、液压辅件(管道和蓄能器等)、液压泵和液压执行元件(液压缸和液压马达等)组成。液压泵将机械能转化为液体的压力能，液压介质的压力、流量和流动方向被液压控制阀和液压辅件所控制，执行元件接收液压泵所输出的压力能，并将液体压力能转换为机械能，来完成所要求的过程。 液压泵被电动机带动从油箱吸油，并把电动机的机械能转化为液体的压力能。液压介质通过管道经换向阀和节流阀进入液压缸左腔，驱动活塞带动工作台向右移动，液压缸右腔排出的液压介质经换向阀流回油箱。换向阀换向之后液压介质进入液压缸右腔，使活塞向左移动，驱动工作台向右移动。液压缸的运动速度可通过改变节流阀的开口来调节。溢流阀调节可液压系统的压力 6。 1.4 液压机的发展现状液压机的发展现状 液压传动技术发展至今已经有了较为完善、成熟的理论和实践基础。传统的机械传动与液压传动技术相比较，后者操作简便，调速范围广，具有自动过载保护功能并且还容易实现直线运动。液压传动采用电液联合控制后，可以实现远程遥控以及更高程度的自动控制。流体矿物油作为液压传动的工作介质，有较大的局部阻力损失和沿程。当系统的工作压力较高时，还会产生较大的泄漏，泄漏的矿物油将直接对环境造成污染，有时候还容易引起安全事故。温度对油液的影响很大，因此液压油不能在很高或很低的温度条件下工作。由于液压油的泄漏和可压缩性，液压传动不能保证恒定的传动比和很高 的传动精度，这是液压传动的最大不足之处。此外，液压传动的故障排除比机械传动、电气传动困难，因此对使用和维护人员的技术水平有较高的要求。虽然液压传动有这些弊端，但总体上利大于弊，因此液压传动有广泛的应用。 自液压机问世以来有了很快的发展，在工业生产中的应用较广泛，成了压力加工成型不可缺少的机械设备。随着科学技术的发展，液压技术和电子技术的不断成熟，液压机也有了进一步的发展。至今，液压机的最大公称压力已经达 750MN，液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量得以保证归功于控制技术由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制，同时生产效率有了较大的提升。 液压机加工属于无屑加工， 有较广泛的应用范围， 一般用于塑性材料的冷挤、 拉伸、校直、弯曲、冲裁等。除此之外，粉末冶金、翻边、压装等产品的成型加工工艺中液压机也有广泛的应用。液压机还能加工复杂工件和不对称工件，有较低的产品废品率。由于加工工件性质的不同，液压机还可适当调整压力行程，满足产品的加工要求。主机、液压系统、电气系统三部分组成液压机。首先是由电气系统来控制液压系统，然后再由液压系统控制主机主缸和顶出缸的顺序动作是液压机的整个工作过程。总的来说，液压机操作简单，维护方便8。 虽然液压机目前有十分广泛应用，但是存在许多潜在的问题。液压机属于高压工作设备,进行压力加工时,泄漏会随着压力的不断升高不断增大,这样零件的加工精度难以得到保证，同时还会对环境造成污染。此外，液压机还存在压力加工完成后，卸压时有很大的液压冲击，这样损害了液压元件及其它设备；不如电气控制动作灵敏；液压机出现故障时不容易及时找到并排除，不方便维护；液压元件的使用寿命会被液压机工作时产生的液压冲击、气蚀等现象缩短等缺陷，。 为了产生更大的生产力，需要改进液压机的设计。液压机今后值得研究的方向有液压油路设计和控制系统的优化设计等。 （1）油路设计方面 液压机油路的设计趋于集成化、封闭循环式是为了防止泄油和外界的污染，这样设备的使用寿命可以得到延长。此外，尽量标准化，集成化液压元件设计。集成液压系统减少了管路连接，降低了泄漏和污染。液压元件的标准化方便了维护。 （2）控制系统方面 液压机属于高压设备，控制设备安全可靠的工作之外，让控制精度变得更高，人机 交互变得更简单，操作更方便，自动化、高速化、智能化程度更好等是控制系统所要完成的任务。 综上所述，液压机的发展促进了生产力的发展。液压机的自动化程度、加工精度要得到提高，实现智能化控制需要电气控制技术、液压传动技术的不断发展10。 1.5 本章小结本章小结 本章对课题的来源、目的与意义进行了介绍。介绍了液压技术在国内外的应用及国内外对液压机的研究现状进行了分析，分析了液压机的工作原理和工作循环，并且指出了课题的主要难点。 2 2 机械部分设计机械部分设计 2.1 三梁四柱工作原理分析三梁四柱工作原理分析 2.1.1 三梁四柱液压机的基本组成三梁四柱液压机的基本组成 如图 2-1 三梁四柱液压机主要由滑块、工作台、导柱、液压缸、上横梁组成主机。有些液压机还附加有辅助油箱等辅件。 1-滑块 2-导柱 3-工作台 4-安装地基 5-顶出缸 6-主缸 7-上横梁 8-辅助油箱 图2-1三梁四柱液压机主机组成简图 2.1.2 三梁四柱液压机工作原理分析三梁四柱液压机工作原理分析 四柱液压机的动作顺序通过控制系统系统、 液压系统控制， 控制顺序框图如图 2-2。 图 2-2 控制顺序图 从控制顺序框图可以看出，液压机的工作原理是由电气控制系统控制液压系统，液压控制系统再控制主机工作，主机动作触及行程开关，将信号反馈给电气控制系统，实现循环控制。 2.1.3 三梁四柱液压机工作循环分析三梁四柱液压机工作循环分析 四柱液压机工作循环如图 2-3 所示。 滑块快速下行 工进、加压保压顶出快速回程停止 图2-3 三梁四柱液压机工作循环图 四柱液压机工作循环如图 2-3（a） ，滑块在自重的作用下快速下行，碰到行程开关后由快进变为工进，随后进行加压、保压。保压时间完成后，滑块快速回程到原来的位置，停止运动；图 2-3（b）表示顶出缸的工作循环过程，主缸停止后，顶出缸运动，将工件顶出。 2.2 三梁四柱液压机主要设计参数：三梁四柱液压机主要设计参数： 1）液压机的适用范围： 液压机主要用于冷挤、拉伸、校直、弯曲、冲裁、粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。 2)拟设计的三梁四柱四柱液压机主要技术参数如表 2-1 表2-1 液压机的设计参数 参 数 项 参 数 公称力 200kN 工进时液体最大工作压力 25MPa 主缸回程力 50kN 顶出缸顶出力 35kN 主缸滑块行程 700mm 顶出活塞行程 250mm 主缸滑块距工作台最大距离 1200mm 主缸的快进速度 0.06m/s 工进速度 0.004m/s 回程速度 0.02m/s 顶出活塞顶出速度 0.03m/s 顶出活塞退回速度 0.06m/s 2.3 液压机工况分析液压机工况分析 液压机工作时，主缸上腔充油并快速下行，产生惯性负载。液压机工作时有工作负载和静摩擦力、动摩擦力负载。滑块在运动过程中所产生的工作负载远远大于摩擦力，故摩擦力在计算最大负载时忽略不计。液压机工进时的工作负载是最大负载。因此，工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载为 液压机主缸所受外负载，即： FaFfwFF (2-1) 式中： F液压缸所受外负载； Fw工作负载； Ff滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载； Fa运动执行部件速度变化时的惯性负载。 （1）Fa 惯性负载的计算 公式： tvgGFa (2-2) 式中： G运动部件重量； g重力加速度为 9.8m/2S； v在t时间内的速度变化量； t加速或减速时间，一般情况下中小型液压机取t=0.010.5s。 参考相同工况的三梁四柱液压机，初步估算横梁滑块的重量为 30KN。由液压机所 给设计参数可及：v =0.06m/s ，取t=0.1s，代入公式（2-2）中。 即： N1837Fa （2）摩擦负载Ff计算 在实际计算中活塞与缸体，滑块与导柱之间的摩擦负载相对工作负载可以忽略不计。 （3）主缸负载 F 计算 将上述参数NFa1837、NFw200000代入公式（2-1）中。 即： NF2018371837200000 2.4 液压机零部件设计 2.4.1 横梁及工作台设计 1）横梁结构：弯曲力为液压机的横梁工作时的主要受力，因此要有足够的抗弯强度，材料选 ZG35 铸钢，毛胚为铸件，有出沙孔，内部为筋板式结构。 2） 横梁尺寸： 查相关手册拟定活动横梁的长、 宽、 高尺寸分别为 1200、 1000、 576mm，截面形状为矩形。上梁长、宽、高尺寸分别为 1200、1000、576mm。工作台长宽高为1200、1000、576mm 3）横梁校核计算：立柱的刚度远小于横梁刚度，因此可将横梁简化为简支梁。支点间距离为宽边立柱中心距。 图2-4 横梁受力简图 由图 2-4 可知，横梁中心截面弯矩最大，所以该截面是危险截面。对该截面进行强度校核确保横梁能够正常工作。正应力计算公式为： WMm a xm a x （2-3） 式中： max最大弯曲正应力； maxM最大弯矩； W抗弯截面系数(3m)。 矩形截面抗弯系数 W 计算公式为： 62bhW (2-4) 式中： b矩形截面的宽； h矩形截面的高。 将数据代入（2-3） ， （2-4）得： 32055.06576.0000.1mW MPammKN864.0055.05.473max ZG35 铸钢的弯曲许用应力=100MPa，而横梁的最大弯曲应力max=0.864MPa， max，设计尺寸满足要求。 4）工作台设计 （1）材料选择：工作台主要受压，材料选用铸钢 35。 （2）为固定模具，中小型液压机在工作台上表面设 T 形槽。国标 GB-158-1996 设计 T 形槽，如图 2-5 所示。 图2-5T形槽样式 2.3.2 导柱设计 1）导柱材料选择：拉力是导柱在工作过程中主要承受的力，材料必须具备较高的抗拉强度。导柱材料选择 45 号钢，也可选用锻件形式。 2）热处理要求：导柱除了承受拉力之外，外圆柱表面与滑块之间还存在摩擦力。通过表面热处理提高表面硬度增加表面耐摩性来减少导柱表面的磨损。 总的热处理工艺为调质和表面淬火。 3）导柱直径计算： 液压机的最大负载约为 200kN，四根导柱每根导柱上的拉力为 50kN。由许用拉应力公式，可计算导柱的安全直径 D。 AF (2-5) 式中： 许用应力；取 45 钢=100MPa； F轴向拉力； A横截面积。 由此可知： F4D （2-6） 将数据代入（2-6） ： mPaN025.01010014.3105.044FD65 考虑到导柱受偏心载荷时，受力不均匀的情况， 适当加大导柱的直径来保证导柱的强度，圆整后取 D=30mm。 2.5 本章小结本章小结 本章介绍了液压机的工作原理及结构。对液压机的机械部分进行了设计，列出了液压机的主要设计参数。通过对液压机的工况进行了分析，对液压机的四根立柱及三个横 梁进行了设计计算。 3 液压液压系统系统设计设计 3.1 液压缸的设计液压缸的设计 3.1.1 主液压缸的设计 （1）主缸工作压力、内径、活塞杆直径的确定 液压机主缸的工作压力为MPaP25。液压机额定工作压力即为最大负载KNF200。由主缸工作压力为 25MPa 选取缸体内径比活塞杆直径即D d为 0.7。 由液压缸压力公式： 22212d-D4FPD4P （3-1） 可推导出液压缸活塞杆直径 D： 2121114DdPPPFDcm （3-2） 式中： D液压缸内径 d活塞杆直径 1P液压缸工作压力； 2P液压缸回路背压，对于高压系统初算时可以不计； F工作循环中最大负载； cm液压缸机械效率，一般cm= 0.90.95。取cm=0.95。 将参数代入公式（3-2） ，2P忽略不计，可求得液压缸内径 即： mmPaND10495.0102514.3102465 查液压系统设计手册，将内径圆整为标准液压缸内径尺寸系列 D=110mm；由d/D=0.7 可以求得活塞杆直径： mmmmDd8.721047.07.0 同理查液压设计手册,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=70mm。 经过计算液压机主缸的内径、活塞杆直径分别为：D=110mm ；d=70mm。 （2）主缸缸体材料选择及技术要求 薄壁圆筒和厚壁圆筒是液压缸的两种结构形式。薄壁圆筒指液压缸的内径 D 与壁厚的比值满足10/dD的圆筒。一般用锻钢、铸钢（ZG25、ZG35） 、高强度铸铁、灰铸铁（HT200、HT350） 、无缝钢管（20、30、45）等做液压缸的制造材料。一般选用无缝钢管制造负载大的机械设备的缸体，主缸缸体材料选用无缝钢管 45。 查手册液压缸内圆柱表面粗糙度为 Ra0.43.2m；内径配合采用 H8H9；内径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；缸体内表面母线的直线度 500mm 长度之内不大于 0.03mm；缸体端面对轴线的垂直度在直径每 100mm 上不大于 0.04mm；如果缸体与端盖采用螺纹连接，螺纹采用 6H 级精度。 （3）主缸壁厚的确定 液压缸壁厚计算公式： 2DPy (3-3) 式中： 液压缸壁厚（m） ； D液压缸内径（m） ； yP实验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍； 缸筒材料的许用应力。 锻钢： =110120MPa ； 铸钢： =100110MPa ；高强度铸铁： =60MPa ；灰铸铁： =25MPa ；无缝钢管： =100110MPa 。 主缸壁厚计算，将 D=0.11m ； = 110MPa ；取Py=1.325.5MPa=33.15MPa 代入公式(3-3)中，得： mMPamMPa017.0110211.015.33 液压缸缸体的外径wD计算公式如下： 2DDw （3-4） 将参数代入公式，即： mmmDw144.0017.0211.0 外径圆整为标准直径系列后，取主缸缸体外径wD150mm。 （4）主缸缸盖材料、厚度的确定 35 钢、45 钢、铸钢常用作缸盖制造材料，做导向作用时常用铸铁、耐磨铸铁13。缸盖材料选用 35 钢，缸盖厚度计算公式： yPDt2533.0 (3-5) 式中： t缸盖的有效厚度(m)； 2D缸盖止口直径； 缸盖材料许用应力。 将mmD702， =100MPa， MPaPy15.35代入公式（3-5）得： mmt022.010015.3570533.0 圆整后取缸盖厚度 t=30mm。 （5）主缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定 一般选灰铸铁(HT150、HT200)用作活塞制造材料， 当缸体内径较小时， 选用 35 钢、45 钢作整体式结构的活塞。现液压机主缸活塞选用灰铸铁 HT200。 活塞制造时外圆柱表面的粗糙度为 Ra0.83.2m；外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度在直径100mm 上不大于 0.04mm；外径用橡胶密封圈密封的公差配合取 f7f9，内孔与活塞杆 的配合取 H8/f714。 活塞宽度系数取 0.8，即活塞的宽度 B=0.8D=0.8110mm =88mm。圆整后取活塞宽度 B=90mm。 液压机主缸工况时的压力大，泄漏量也会随压力的增大而增大，因此密封圈应选用能承受较大工作压力的 Y 形密封圈，且泄漏量小。 （6）主缸活塞杆材料、技术要求及长度确定 活塞杆有空心和实心两种结构形式。一般选用 35 钢、45 钢的无缝钢管作空心活塞杆；选用 35 钢、45 钢作实心活塞杆。选用 45 钢作主缸活塞杆。 活塞杆制造时外圆柱面粗糙度为 Ra0.40.8m；热处理要求调质 2025HRC；外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半；外径表面直线度在 500mm上不大于 0.03mm；活塞杆与导向套之间的配合公差采用 H8/f7，与活塞连接的配合公差采用 H7/g6。 由滑块的行程，确定活塞杆的长度 L 杆=1400mm。 （7）主缸长度的确定 活塞的行程与活塞的宽度之和小于液压缸缸体内部长度。 缸体的外形尺寸还应考虑两端端盖的厚度， 总体而言， 液压缸缸体的长度 L 不应该大于缸体内径 D 的 2030 倍，即： DL3020 （3-6） 由主缸行程为 320mm,活塞宽度为 90mm,缸盖厚度为 30mm，可估算主缸的长度取L 缸=700mm。 （8）活塞杆稳定性校核 压力是活塞杆工作中主要受的力。查液压机设计手册，得知活塞杆稳定性校核条件如下： dLb2015 （3-7） 式中： d为活塞杆直径 bL为液压缸整体最长总长 当满足这个条件时，则无须对活塞杆的弯曲稳定性进行校核,。将 d=70mm，mmLb1100代入公式（3-7）中进行比较： dLb2015 活塞杆满足使用要求，工作时不会失稳。 （9）主缸结构设计 1）缸体与端盖的连接形式 查液压元件设计手册，法兰连接、螺纹连接、外半环连接、内半环连接等形式是缸体与端盖的常用连接形式。 缸体与端盖的连接方式选用法兰形式是由于液压机工况时较大的缸体内的压力。 2）活塞杆与活塞的连接形式 查液压元件设计手册，整体式结构、螺纹连接、半环连接、锥销连接等形式是活塞与活塞杆的连接结构。主缸活塞与活塞杆选用螺纹连接形式。 3）活塞杆导向结构形式 端盖、导向套、密封、防尘和锁紧结构构成活塞杆的导向部分。工程机械中为了利于导向套的润滑，一般在密封圈的内侧安装导向套。 4）缓冲与排气装置 活塞在到达行程中点时，会产生液压冲击，甚至活塞与缸筒端盖会产生机械的碰撞的原因是液压机运动时的质量大，快进时的速度快。因此在行程末端要设置缓冲装置来防止这种现象的发生。一般由环状间隙式节流缓冲装置、可调节流缓冲装置、三角槽式节流缓冲装置等构成缓冲装置。 3.1.2 顶出液压缸的设计 （1）顶出缸基本尺寸计算 顶出缸工作负载远小于主缸工作负载，查液压设计手册，取顶出缸的工作压力MPaP5.12，计算顶出缸内径和活塞杆直径。顶出缸最大负载 F=35kN。查液压设计手册，顶出缸工作压力为12.5PMPa，选取 d/D 为 0.7，取液压缸的机械效率cm = 0.95。 将参数代入公式（3-2） ，2P忽略不计，可求得液压缸内径。即： mmmmPaND3.6195.0105.1214.3103.0465 查表液压设计手册,将液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 D=70mm；那么由d/D=0.7 可以求得活塞杆直径。即： mmmmDd49707.07.0 同理查表液压设计手册,将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 d=50mm。 经过计算液压机顶出缸的内径、活塞杆直径分别为：D=70mm；d=50mm。 （2）顶出缸缸体材料选择及制造技术要求 顶出缸工作时的最大工作压力为MPa5.12，缸体材料选用无缝钢管 45 来保证顶出缸安全工作。 缸体的制造要求应该满足液压缸内圆柱表面粗糙度为 Ra0.43.2m；内径配合采用 H8H9； 内径圆度、 圆柱度不大于直径公差的一半； 缸体内表面母线的直线度 500mm长度之内不大于 0.03mm； 缸体端面对轴线的垂直度在直径每 100mm 上不大于 0.04mm。 （3）顶出缸壁厚的确定 参照主缸壁厚计算，将 D=0.2m ； = 110MPa ；yP =1.312.5MPa=16.25MPa代入公式（3-3）中，即： mmMPamMPa2.5110207.025.16 将 D=0.07m ；=0.01m代入公式（3-4） ，得： mmDw09.001.007.0 外径圆整为标准直径系列后，取顶出缸缸体外径wD90mm。 （4）顶出缸缸盖材料、厚度的确定 35 钢、45 钢和铸钢是缸盖常用制造材料，铸铁和耐磨铸铁常用做导向作用。顶出缸缸盖材料选用 35 钢，将参数代入公式（3-5）得： mmMPaMPat011.010025.1650553.0 圆整后取缸盖厚度 t=20mm。 （5）顶出缸活塞材料、技术要求、外形尺寸及密封方案的确定 顶出缸活塞选用灰铸铁 HT200 是因为活塞需要有一定抗磨能力。活塞外圆柱表面的粗糙度为 Ra0.83.2m；外径圆度、圆柱度不大于外径公差的一半；外径对内孔的径向跳动不大于外径公差的一半；端面对轴线垂直度在直径 100mm上不大于 0.04mm；外径用橡胶密封圈密封的公差配合取 f7f9，内孔与活塞杆的配合取 H8/f7。 计算活塞宽度时取宽度系数为 0.55 是由于顶出缸工作负载小，即活塞的宽度B=0.55D=0.5570mm =38.5mm。取活塞宽度 B=40mm。 查液压元件设计手册， 液压机顶出缸工况时的工作压力远小于主缸工况时的工作压力，密封圈依旧选用 Y 形密封圈是为了保证系统的密封性。 （6）顶出缸活塞杆材料、技术要求及长度确定 空心和实心是活塞杆的两种结构形式。 一般选用 35 钢、 45 钢无缝钢管做空心结构；选用 35 钢、45 钢做实心结构。选用 35 钢做顶出缸活塞杆。 活塞杆外圆柱面粗糙度为 Ra0.40.8m； 热处理要求调质 2025HRC； 外径圆度、圆柱度不大于直径公差的一半； 外径表面直线度在 500mm上不大于 0.03mm； 活塞杆与导向套之间的配合公差采用 H8/f7，与活塞连接的配合公差采用 H7/g6。 由顶出活塞的行程，估定活塞杆的长度 L 杆=705mm。 （7）顶出缸长度的确定 液压缸缸体内部长度相比活塞的行程与活塞的宽度之和较长。 缸体的外形尺寸应考虑两端端盖的厚度。 由主缸行程为 250mm，活塞宽度为 40mm,缸盖厚度为 20mm，通过计算可知，主缸的长度取 L 缸=400mm。 （8）活塞杆稳定性校核 压力是顶出缸活塞杆工作中主要受力。将顶出缸 d=50mm，1200bLmm代入公式（3-7）中进行比较： dLb2015 因此，工作时不会失稳因为活塞杆满足使用要求。 3.2 液压系统计算液压系统计算 3.2.1 主缸所需流量计算 由表 2-1 的三梁四柱液压机设计参数，得主缸的快进速度为 0.06m/s，工进速度为0.004m/s，快速回程速度为 0.02m/s。主缸内径为 110mm，活塞杆直径为 70mm。 由流量计算公式： vAq （3-8） 快进时smv/06.0代入公式（3-8） ： smsmmvAq/1070.5/06.011.0434211 34.2L/min 工进时smv/04.0代入公式（3-8） ： smsmmvAq/1080.3/04.011.0434222 22.8L/min 快退时smv/02.0代入公式(3-8)： smsmmmvAq/1013.1/02.007.011.04342233 6.78L/min 3.2.2 顶出缸所需流量计算 参考设计生产中的液压机参数，定顶出缸的顶出速度为 0.03m/s，快退速度为0.06m/s，顶出缸内径为 70mm，活塞杆直径为 50mm。 顶出时smv/03.0代入公式（3-8） ： smsmmvAq/1015.1/03.007.0434244 6.9L/min 快退时smv/06.0代入公式（3-8） ： smsmmmvAq/1013.1/06.005.007.04342255 6.78L/min 3.2.3 系统升温的验算 为了简化计算，主要考虑工进时的发热量是因为在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长。一般情况下，工进速度大时发热量大，分别计算最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值较大者进行分析是由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大。 已知工进时的流量min/8.22Lq。 此时泵的效率为 0.1，泵的出口压力为 25MPa,则有输入时的功率1P： KWKWP951.060258.221 输出时的功率2P： KWKWvFP8.0001.0004.02000002 此时的功率损失为： KWKWPPP2.948.09521 在系统散热良好的情况下，取CcmKWK221010，油箱及补油箱的散热面积 A 为： 32065.02VA223288.1801750065.02mm 系统的升温为 CCKAPt1.5288.18010102.942 验算表明系统的温升在许可范围内。 3.3 液压辅件的选择液压辅件的选择 3.3.1 液压泵的选择 （1）泵工作压力确定 计算泵的工作时必须考虑压力损失因为实际工作过程中， 液压油在进油路中有一定的压力损失。泵的工作压力计算公式为： PPPp1 （3-9） 式中： pP液压泵最大工作压力； 1P执行部件的最大工作压力； P进油路中的压力损失，对于简单的系统，取 0.20.5MPa，对于复杂系统，取 0.51.5MPa。 液 压 机 执 行 部 件 的 最 大 工 作 压 力MPaP251， 进 油 路 中 的 压 力 损 失MPaP5.0代入公式（3-9）可求得泵的工作压力。即： MPaMPaPp5.255.025 通过计算，泵的工作压力MPaPp5.25。该压力是系统的静压力，而系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力有时会超过静压力。此外， 设备在设计时必须有一定的压力储备量， 并确保泵的寿命来延长设备的使用寿命， 因此在选取泵的额定工作压力nP时，应满足pnPP25.1。即： MPaMPaPPpn9.315.2525.125.1 （2）液压泵最大流量计算 通过对液压缸所需流量的计算，以及各自的运动循环原理，泵的最大流量计算由公式： m a xqKqLp （3-10） 式中： pq液压泵的最大流量； LK液压系统泄漏系数，一般取LK=1.11.3，取LK=1.2； maxq同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正处于溢流状态，还应加上溢流阀的最小溢流量。 将参数代入公式（3-10）中，即： min/463min/8.3852.1LLqp （3）液压泵规格选择 1） 查液压设计手册， 根据泵的额定压力， 选取高压液压泵的型号为： 250YCY14-1B。 液压泵基本参数如下： 排量：250ml/r ； 额定压力：32MPa ； 额定转速：1000r/min ； 容积效率：92% 。 2）由于液压系统辅助油路需要一个辅助液压泵提供辅助液压油。低压液压泵的型号现选用 YBX-16 叶片泵，该泵的基本参数为： 每转排量：16mL/r； 泵的额定压力：6.3MPa； 额定转速：1460 r/min； 容积效率：85%。 （4）泵的流量验算 由液压泵的基本参数可知泵每分钟排量： min/250min/1000/250Lrrmlq 而泵实际所需的最大流量min/463Lqp，液压机出现供油不足，快进无法实现。必须在液压系统中设置补油油箱来满足液压机的正常快进。 3.3.2 电动机的选择 主缸和顶出缸是液压机的执行件有两个。主缸和顶出缸各自工况的快进、工进、回 程速度又不尽相同，对功率的消耗也不同。要分别计算主缸、顶出缸各工况消耗的功率因为电动机额定功率的确定必须根据消耗功率最大的工况来确定。功率计算公式如下： ppqPP （3-11） 式中： P电动机额定功率； pP液压泵的工作压力； pq液压泵的流量； 液压泵的总效率，取=0.7。 （1）主缸各工况功率计算 1）快进功率 在主缸滑块快进时，在自重作用下速度比较快，而液压泵此时的输出油量不能满足滑块的快速下行。快进时只有活塞与缸筒、导柱与滑块之间的摩擦负载，相对较小，这样泵的出口压力也很小，消耗的功率大。 2）工进功率 工进时主缸最大负载为 200kN，无杆腔面积： 22010.011.04mmA 进油回路压力损失取MPaP5.0，则液压泵的压力pP由公式计算。 PAFPp （3-12） 将参数代入公式（3-12）即： MPaPamNPp5.2010501.0102525 将MPaPp5.20、min/8.22Lqp、7.0代入公式(3-11)中，求得工进功率为： KWLMPaP1.117.060min/8.225.20 3）快退功率 主缸快退时负载 F=50KN，有杆腔面积： 222006.007.011.04mmmA 取进油回路压力损失取MPaP5.0，代入公式（3-12） ，求得泵的压力PP。即： MPaPamNPp8.83105006.01050523 将MPaPp8.83、min/78.6Lqp、7.0代入公式（3-11）中，求得快退功率即为： KWLMPaP5.137.060min/78.68.83 （2）顶出缸各工况功率计算 1）顶出功率 顶出时主缸最大负载为 35kN，无杆腔面积： 22004.007.04mmA 进油回路压力损失取MPaP5.0，那么液压泵的压力pP可由公式计算。 即： MPaPamNPp25.9105004.01035523 将PaPP61025.9、min/9.6Lqp、7.0代入公式中，求工进功率为： KWLMPaP52.17.060min/9.625.9 2）回程功率 顶出缸回程时，只有活塞与缸筒间的摩擦负载。负载远小于顶出时的负载，因此回程消耗的功率小于顶出时消耗的功率，回程功率计算略。 （3）电动机额定功率及型号的确定 1）应依据消耗功率最大的工况来确定高压电动机额定功率。比较主缸、顶出缸各工况所需要的功率，主缸快退时的功率最大，为 13.5KW。 查设计手册，选取电动机型号为：Y180M-4。 其技术参数为：额定功率：18.5KW；满载转速：1470r/min。 2）低压电动机只需满足控制油路的需求，功率要求较低。 查设计手册，选用 Y90S-4 型电动机 其技术参数为：额定功率为 1.1Kw,额定转速为 1400/min。 3.3.3 油箱的选用 一般选用 Q235A 钢板作为液压油箱材料，通过焊接的方式连接。隔板、吸油管、回油管、顶盖、清洗孔、油面指示、吊钩、加热与冷却装置等组成油箱的结构。 增加液压油的流动时间，除去沉淀的杂质，分离并清除空气和水，调节温度，吸收液压油压力波动及防止液面的波动是隔板主要功能。 吸油管前应设有过滤器且与箱底间的距离应不小于 20mm。为防止吸油时吸入空气应将吸油管应插入液面以下；有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等形式的回油管出口，一般采用 45斜口。在出口设扩散器或将回油管插入液面以下来防止液面波动，一般距离油箱底面的距离大于 300mm。用隔板将进油、出油管隔开，不让其相互影响，两管的斜口方向还应一致，而不是相对。 液压泵、阀组、动力装置、空气滤清器安装于顶盖。泵和动力装置安装时底座应该与顶盖分开。为防止泄漏的油液直接进入油箱而污染油液需顶盖与油箱要有好的密封性；清洗孔的功能主要是清洗油箱内的角落和取出油箱内的元件；油面指示用于油箱内最高、最低油位；吊钩方便装配和搬运。 液压油箱根据系统压力确定有效容积的不同。 油箱中的液压油位不能太高是为了防止液压油从油箱中溢出，一般在液压油箱高度的 80%以内。低压、中压、高压系统油箱的有效容积 V 确定算法如下： 低压系统(P2.5MPa)：pqV42 中压系统(P6.3MPa)： pqV75 中高压或高压系统(P6.3MPa)：pqV126 式中： V液压油箱有效容积； Pq液压泵额定流量。 液压机属于高压系统，油箱的有效容积可由公式求出，即： LLqVp175025077 油箱外形尺寸确定： 油箱的有效容积确定后， 液压油箱外形尺寸长、 宽、 高的比值一般为： 1:1:11:2:3。适当增大油箱的容积是为了提高冷却效率， 安装位置不受影响。 液压油箱的外形尺寸为：长宽高=800760880(mm)。 液压缸快进时的流量液压泵不能完全体提供，需要补油箱来提供一部分快进的流量。因此拟定补油箱尺寸为：880760760 3.3.4 油管尺寸设计 参照选用的液压元件接口尺寸或按管路允许流速确定油管内径尺寸。 本系统主油路流量为差动时流量 q=290L/min,压油管的允许流速取 v=4m/s,则内径 d 为 d4.6 q/v4.6 290/4mm39.2mm 若系统主油路流量按快退时取 q=50.8L/min，则可算得油管内径 d=16.4mm 综合诸因素，现取油管内径 d 为 32mm。吸油管同样可按上式计算（q=50.8L/min、v=3m/s） ，现参照 250YCY14-1B 泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径 d 为 48mm 3.5 液压系统原理图的绘制液压系统原理图的绘制 液压系统原理图如 3-1 所示。该系统有 2 个液压泵，一个高压泵负责给主缸和顶出缸供油，另一个低压泵为控制油路供油。该液压系统回路简单，有卸压保护系统，保压压制工件的功能。 图 3-1 液压系统原理图 该系统能实现以下工作状态： （1）主缸快进：按压下行按钮，此时电磁铁 2YA，5YA 通电，使电液换向阀 6 换向，高压泵油液经电液换向阀 6 及单向阀 7 后进入主缸上腔，此时由于 5YA 通电控制油液打开液控单向阀 9 使主缸下腔油液通过液控单向阀 9 流经三位四通电液换向阀 6，1 进入油箱。横梁处于无支撑状态，依本身重量而下滑达到快速下行。同时主缸上腔的压力负载吸开充液阀 14，油液大量补充入上腔，达到快速下行的目的。 （2）主缸工进：当横梁快速下行碰撞行程开关 2SQ 时，5YA 断电。单向阀 9 关闭。主缸下腔油液需经过压力阀 8 通往油箱。故横梁不能依自重下行。充液阀 17 复位，泵的油液进入主缸上腔。横梁开始慢速下行。活动横梁压制工件后开始加压，达到压力阀调定压力。当接触到下限位开关 3SQ 时，2YA 失电，主缸停止下行。 （3）保压：2YA 断电三位四通电液换向阀 6 处于中位。主缸活塞杆处于停止状态。泵的油液经由电液换向阀 6 和 11 流回油箱，主缸上腔的高压油液被封闭。主缸进入保 压状态。 （4）卸压回程：1YA 通电，泵的油液通过换向阀 6 液控单向阀 9 进入主缸下腔。主缸上腔高压油打开液动阀 18，使油液经由顺序阀 19 回油箱。同时控制油路的油液顶开充液阀，主缸油液通过充液阀卸压。压力低于顺序阀 19 的调定压力时，泵的压力油又全部进入主缸下腔，继续打开充液阀，使滑动横梁回程。接触行程开关 1SQ 时，1YA断电，回程停止。 （5）顶出缸顶出及回程：按压顶出按钮，4YA 通电三位四通电液换向阀 11 换向，泵的油液通过换向阀 6 及 11 进入顶出缸的下腔。 顶出缸上腔油液经由换向阀 6 回油箱。接触到 4SQ 后停止。 （6）延时过后 3YA 通电，泵的油液经由换向阀 6 进入顶出缸上腔。下腔油液通过换向阀 6 回油箱。 3.6 液压元件的选择液压元件的选择 根据所设计的液压系统图， 本液压系统可采用力士乐系统或者WEH系列的电液阀。根据该图，按通过各元件的最大流量和压力来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表所示。 表 3-1 液压元件明细表 序 号 元 件 名 称 方 案 备注 1 滤油器 TFA320 FC 280(L/min) 2 柱塞泵 250YCY14-1B 280(L/min) 3 叶片泵 YBX-16 23.2(L/min) 4 直动式溢流阀 DBDHGK10NG10 31.5MPa 5 直动式溢流阀 C-175F11UA-NPT 12MPa 6 三位四通电液换向阀 WEH16T20OAW220-50 7 单向阀 S100F5A 15000(L/min) 8 直动式溢流阀 DBDHGK10NG6 25MPa 10 二位四通电磁换向阀 4WE10DOAW220RZ4 11 三位四通电液换向阀 WEH16T20OFAW220R 12 直动式溢流阀 DBDHGK10NG30 20MPa 13 耐震压力表 YN100 040MPa 14 直动式溢流阀 DBDHGK10NG30 20MPa 15 顶出缸 16 主缸 F34CT1DCUA 1000(L/min) 18 液动阀 DFB349 19 顺序阀 DG4V-3-2C-N-A240-50 3.7 本章小结本章小结 本章对液压机的液压系统进行了系统的分析， 对液压缸进行了设计，对液压机的流量及一些液压辅件进行了计算和选型，也对一些自制件进行了材料的选择和结构的设计，最后对其它的液动元件进行了选型，并且绘制了液压机的液压系统图。 4 PLC 控制系统设计 4.1PLC 的基本概念的基本概念 可编程控制器，简称 PLC(Programmable Logic Controller)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。1987 年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，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。 PLC 及其有关的外围设备都应该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。 ” 。 4.1.1 PLC 的应用领域 目前国内外已将 PLC 广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽 车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 （1） 开关量逻辑控制 这是 PLC 应用最基本、最广泛的领域，他取代了传统的继电器电路，能实现逻辑控制、顺序控制，不但可用于单台设备的控制，而且可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线和电镀流水线等。 （2） 模拟量控制 在工业生产过程当中，有温度、压力、流量、液位和速度等许多连续变化的量。实现模拟量和数字量之间的 A/D 转换和 D/A 转换来使可编程控制器处理模拟量。PLC 厂家为了使可编程控制器用于模拟量控制都生产配套了 A/D 和 D/A 转换模块。 （3） 运动控制 圆周运动和直线运动可以用 PLC 控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/0 模块连接位置传感器和执行机构，而现在一般使用专用的运动控制模块，可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有广泛用于各种机械、机床、机器人和电梯等场合的运动控制功能。 （4） 闭环过程控制 对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制叫做过程控制。PLC 通过模拟量 I/O 模块实现模拟量与数字量之间的 A/D，D/A 转换，并可用 PID 子程序或者专用的PID 模块对模拟量进行闭环 PID 控制。当控制过程中任一个变量出现偏差时，PLC 就按PID 的算法计算出正确的输出去控制生产过程，使变量保持在定值上。 PLC 的模拟量控制功能已经在塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备得到广泛应用，轻工、化工、机械、冶金、电力和建材等行业也得到了广泛应用。 （5） 定时记数控制 PLC 具有定时记数控制功能， 能保证控制系统所要求的定时和延时以及记数， 它可提供十个甚至几百个计时器和计数器，其计时的时间、计数值可以由用户在编写程序时设定，也可由操作员在工业现场通过编程器进行设定。 （6） 顺序控制 可以用移位寄存器和步进指令编写程序， 也可采用规定的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图编写程序，来使 PLC 实现按事件或输入状态的顺序控制。 （7） 数据处理 现代的 PLC 具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存贮在存储器中的参考值比较，也可以用通讯功能传送到别的智能装置，或将其打印制表。数据处理一般用在柔性制造系统、过程控制系统等大、中型控制系统中。 （8） 通信和联网 PLC 可单机控制，也可多机控制；可对远程 I/O 进行控制，又能实现 PLC 与 PLC，PLC 与计算机之间的通信；可实现“集中管理，分散控制”是由于 PLC 具有通信功能，是实现工厂自动化的理想控制器。目前 PLC 与 PLC 的通讯网络是各厂家专用的。PLC与计算机之间的通讯，一些 PLC 生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢。 4.1.2PLC 的特点 （1）通用性强，控制程序可变 ，具有很好的柔性 控制对象的硬件配置确定以后，可通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。在生产工艺流程改变或生产设备更新时，不必改变 PLC 的硬设备，只需改变程序就可满足要求是由于 PLC 产品的系列化和模块化，PLC 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。因此，除单机控制外，PLC 在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、以至工厂自动化(FA)中被大量采用。 （2）可靠性高，抗干扰能力强 电气控制设备的关键性能是高可靠性。大多数用户都将可靠性作为选择 PLC 的首要条件。采取一系列硬件和软件抗干扰措施是针对 PLC 是专为在工业环境下应用而设计的。硬件方面，隔离是抗干扰的主要措施之一。PLC 的输入、输出电路一般用光电耦合器来传递信号，使外部路与 CPU 之间无电路联系，有效地抑制了外部干扰源 PLC 的影响，同时，还可以防止外部高电压窜入 CPU 模块。抗干扰的另一主要措施是滤波，在 PLC 的电源电路和 I/O 模块中，设置了多种滤波电路，对高频干扰信号有良好的抑制作用。故障时可及时发出警报信息。软件方面，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。采用以上抗干扰措施后，整个系统将具有极高的可靠性。 （3）功能性强，适应面广 现代 PLC 既可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制，既可控制 1 台生产机 械，1 条生产线 ，也可控制 1 个生产过程是因为它具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，而且还具有 A/D 和 D/A 转换、数值运算、数据处理等功能。PLC 还具有通讯联络功能，可与上位计算机构成分布式控制系统，实现遥控功能。 （4）编程方法简单，容易掌握 PLC 配备有元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近的易于接受和掌握的梯形图语言。只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。这样，懂得继电器和计算机的人就易于编程，同时也为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 （5） 控制系统的设计、安装、调试和维修方便 控制柜的设计、安装接线工作量大为减少是由于 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件。PLC 的用户程序大都可以在实验室模拟调试，调试好后再将 PLC 控制系统安装到生产现场，进行联机统调。在维修方面，PLC 的故障率很低，且有完善的诊断和实现功能，一旦 PLC 外部的输入装置和执行机构发生故障，就可根据 PLC 上发光二极管或编程器上提供的信息，迅速查明原因。若是 PLC 本身问题，则可更换模块，迅速排除故障，维修极为方便。 （6)体积小、质量小、功耗低 由于 PLC 是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品，因而结构紧凑，坚固，体积小，质量小，功耗低 ，而且具有很好的抗震性和适应环境温度、湿度变化的能力 。因此，PLC 很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化较理想的控制设备。 （7） 价格低廉 可编程控制器硬件的价格随着集成电路芯片功能的提高、价格的降低而不断下降。根据市场统计，国外小型 PLC 平均每一个 I/O 点为 1218 美元 ，中型 PLC 折算每个I/O 点为 1830 美元，大型 PLC 折算每个 I/O 点为 3070 美元。虽然 PLC 的软件价格在系统中所占的比重在不断提高，但由于缩短了整个工程项目的设计、编程和投运费用以及缩短了整个投运周期，因此 PLC 的总造价是低廉的，而且还呈不断下降的趋势。4.1.3PLC 的分类 PLC 生产厂家及产品很多，为便于用户对一个已知应用来讲选择最合适的 PLC，厂商通常通过杂志或其他途径，定期地将不同功能与特性的 PLC 列表进行比较 ，表中的内容大体有：总 I/O 点数，最多开关量 I/O 点数，最多模拟量 I/O 点数，继电器梯形 逻辑图，高级语言，PID 功能，远动控制，文件编制功能，数据总线 ，接口类型，扫描速度，存储器类型与容量，以及 CPU 类型与工艺等。很多厂家开发生产了相互有关连的系列产品来适应用户的不同应用要求，为区别 PLC 的综合特性，通常以下述两种办法分类。 （1）按 I/O 点数容量分类 一般而言，处理的 I/O 点数多，则控制关系比较复杂，用户要求的程序存储器容量比较大，要求 PLC 指令及其他功能比较多，指令执行的过程比较快等。按 PLC 的输入、输出点数的多少可分为以下三类。 小型机：I/O 总点数一般在 256 点以下，用户程序的存储量在 4K 字左右。现在高性能 PLC 还具有一定的通信能力和少量的模拟量处理能力。这类 PLC 的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。 典型的小型机有 SIEMENS 公司的 S7200 系列、OMRON 公司的 CPM2A 系列和MIT-SUBISH 公司的 FX 系列等整体式 PLC 产品。 中型机：I/O 总点数在 2562048 点之间，用户程序的存储量在 8K 字左右。中型PLC 不仅具有开关量和模拟量的控制功能， 还具有更强的数字计算能力， 他的通信功能和模拟量处理能力更强大。其指令比小型机更丰富，实用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制场合。 典型的中型机有 SIEMENS 公司的 S7300 系列、OMRON 公司的 C200H 系列、AB 公司的 SLC500 系列等模块式 PLC 产品。 大型机：I/O 总点数在 2048 点以上，用户程序的存储量在 16K 字以上。大型 PLC与工业控制计算机性能相当，它具有计算、控制和调节的功能，还具有强大的网络结构和通信联网能力。它的监视系统采用 CRT 显示，能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，PID 调节参数等；它配备多种智能板，构成仪态多功能系统。 典型的中型机有 SIEMENS 公司的 S7400 系列、OMRON 公司的 CVMI 系列、AB 公司的 SLC5/05 等系列 PLC 产品。 下述两个方面应注意：一是微型 PLC 的产量增长迅速 ，占领了整 PLC 市场的25。主要使用于不连续 I/O 状况，不需在通信与其它先进功能，如应用于单台机床控制等场所；二是随着 PLC 技术的不断发展，划分 PLC 规模的 I/O 点数的界限不断向上增移。 这是由于 PLC 的结构没计是为了适应各种用户需要 ， 通常是设计成可扩展性的， 并且随着微电子技术与通信技术的发展， 处理机的性能及其通信能力也在不断扩大所造成的。 （2）按硬件结构形式分 1）整体式 整体式结构的特点是将 PLC 的基本部件，如 CPU 板、输入板、输出板、电源板等紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成 PLC 的一个基本单元或扩展单元。基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连，配有许多专用的特殊模块，如模拟量输入/输出模块、热电耦模块、热电阻模块、通信模块等，以构成 PLC 的不同配置。整体式结构紧凑，体积小，价格低，安装方便。 小型PLC 一般为整体式结构， 如西门子的S7200系列， 三菱公司的FX1 FX2 等。 2）模块式 CPU 模块、输入输出模块、电源模块和各种功能模块等模块单元构成模块式结构的 PLC， 把这些模块插在框架或基板上即可。 各模块功能是独立的， 外形尺寸是统一的，可根据需要灵活配置。 模块式结构的 PLC 价格较高，大中型的 PLC 一般采用这种结构。如西门子的 S7300、S7400 系列。 3）叠装式 此种结构用的很少，一般为特定的情况而生产。如三菱公司的 FX2N 系列 PLC 吸收了整体式和模块式的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块等高等宽，但是长度不同。它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密排装后组成一个长方体，输入输出点数配置灵活。 4.2PLC 的工作原理的工作原理 PLC 有运行（RUN）与停止（STOP）状态两种基本的工作状态。PLC 在运行(RUN)工作模式时， 反复不停地重复执行图所示的 5 个阶段的任务； 在停止(STOP)工作模式时，只执行上面两个阶段任务。 PLC 这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式， 或称为扫描循环(Scan CYc1e)。 在内部处理阶段，PLC 完成硬件自检测和将监控定时器复位等内部工作。 在通信服务阶段，PLC 处理与计算机、编程器和别的智能装置的通信。响应通信命 令，更新编程器的显示内容。 在 PLC 的存储器中设置了一片区域，用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。 PLC 梯形图中其他的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。 在输入处理阶段，PLC 将外部输入电路的接通及断开状态读入并输入映像寄存器。外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为 1 状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开，反之亦反。 在程序执行阶段，即使外部输入电路的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。 PLC 的用户程序由若干条指令组成， 指令在存储器中顺序排列。 在没有跳转指令时，CPU 从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束。执行指令时，从元件映像寄存器中将有关编程元件的 0/1 状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，最后的运算结果写入到线圈或输出类指令对应的元件映像寄存器中。因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。 在输出处理阶段，CPU 将所有输出映像寄存器的值送到输出模块。梯形图中某一输出继电器的线圈 “通电”时，对应的输出映像寄存器为 1 状态，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电， 其常开触点闭合， 使外部负载通电工作， 反之亦反。 PLC的梯形图程序就是这样通过输入、 输出映象寄存器与外部输入电路和外部负载联系起来的。 执行程序时，读写的是输入输出映象寄存器的值，而不是直接对实际的 I/O 点进行操作，这样做有以下好处： 1、程序执行阶段的输入值是固定的，程序执行完后再用输出映象寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。 2、用户程序读写 I/O 映象寄存 器比读写 I/O 点快得多，这样可以提高程序的执行速度。 3、扫描工作方式具有较好的抗干扰能力，在一个扫描周期中， 输入处理仅占极少部分时间，在大部分时间内，干扰信号不会被采集进 PLC。 可编程控制器是专为工业控制而开发的装置。 PLC 多采用下列适合其领域的编程语言表达式。各个厂家的编程语言(包括梯形图、命令语句等)的表达形式虽不一致，但其 原理大同小异。 4.2.1 梯形图编辑 梯形图表达式是在原电器控制系统中常用的接触器、 继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理图相呼应，它形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知，是 PLC 的主要编程语言。PLC 梯形图编程使用的是内部继电器、定时、计算器等。都是由软件实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制的继电器梯形图的硬件接线无法比拟的。 4.2.2 梯形图的格式 每个梯形图网络由多个梯级组成，每个输出元素可构成一个梯级，每个梯级可由多个支路组成，通常每个支路可容纳 l1 个编程元素。最右边的元素必须是输出元素。在梯形图编程时， 只有在一个梯级编制完整后才能继续后面的程序编制。 PLC 的梯形图从上至下按行绘制，两侧的竖线类似电器控制图的电源线，称作(BUS BAR)，每一行从左至右，左侧安排输人接点，输入接点不论是外部的按钮、行程开关，还是继电器触点，在图形符号上只用常开和常闭，而不计其物理属性。在梯形图中每个编程元素应按一定的规则加标字母数字串，不同的编程元素常用不同的字母符号和一定的数字串来表示。 4.2.3PLC 梯形图编程格式的特点 1、梯形图格式中的继电器不是物理继电器，每个继电器和输入接点均为存储器中的一位，相应位l”态，表示继电器线圈通电或常闭接点断开； 2、梯形图中流过的电流不是物理电流，而是“概念”电流。是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示方式。 “概念”电流只能从左向右流动； 3、梯形图中的继电器接点可在编制用户程序时无限引用，既可常开又可常闭； 4、梯形图中用户逻辑解算结果，马上可为后面用户程序的解算所利用； 5、 梯形图中输入接点和输出线圈不是物理接点和线圈， 用户程序的解算是根据 PLC内 I/O 映象区每位的状态，而不是解算时现场开关的实际状态； 6、输出线圈只对应输出映象区的相应位，不能用该编程元素直接驱动现场机构， 该位的状态必须通过 I/O 模板上对应的输出单元才能驱动现场执行机构。 4.3 控制系统设计控制系统设计 3.3.1 控制的要求 （1）当停止按钮启动后，液压机等到本次工作循环结束后恢复到初始状态便停止工作。 （2）当液压机初始状态时，按下自动开关后，先检测主缸和顶出缸是否在上限位和下限位，如果满足要求则可以开始工作。 （3）液压机的运动由 2 个电液换向阀，1 个电磁换向阀控制。由控制电磁铁得失电来控制液压机的运作。 （4）当紧急停止按钮启动时，液压机立即停止工作进入急停状态。按急停复位按钮系统自动回初始状态。 3.3.2 控制系统软件设计 本设计中采用了三菱的248001NFXMR型PLC 作为控制系统， 该型号的PLC有 24 个输入点数和 24 个输出点数，能够满足本设计中的输入输出需要。2NFX是 FX系列中功能最强、速度最高的微型 PLC。它的基本指令执行时间高达 0.08s，内置的用户存储器为 8K 步，可以扩展到 16K 步，最大可以扩展到 256 个 I/O 点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有实时钟，PID 指令用于模拟量闭环控制。有功能很强的数字指令集，例如浮点数运算、开平方和三角函数等。表 4-1 为PLC 输入输出端口的分配。 表 4-1 PLC 的端口分配 输入输出端 电路元件 作用 X0 SA1 手动模式 X1 SA1 自动模式 X2 SB1 循环启动 X3 SB2 循环停止 X4 SB3 主缸快进 X5 SB4 主缸工进 X6 SB5 主缸回程 X7 SB6 顶出缸顶出 X10 SB7 顶出缸回程 X11 1SQ 主缸上限位 X12 2SQ 主缸中限位 X13 3SQ 主缸下限位 X14 4SQ 顶出缸上限位 X15 5SQ 顶出缸下限位 X16 SB8 急停按钮 X17 SB9 急停复位 X20 SB10 高压电机启动 X21 SB11 高压电机停止 X22 SB12 低压电机启动 X23 SB13 低压电机停止 Y0 1YA 三位四通电液换向阀电磁阀 1 Y1 2YA 三位四通电液换向阀电磁阀 2 Y2 3YA 三位四通电液换向阀电磁阀 3 Y3 4YA 三位四通电液换向阀电磁阀 4 Y4 5YA 二位四通电磁换向阀电磁阀 5 Y5 KM1 高压电机交流接触器 1 Y6 KM2 低压电机交流接触器 2 3.3.4 程序的编写 1）PLC 梯形图表达式是将控制系统中常用的接触器、继电器设置为 2 种状态“0”态和“1 态” ，来判断该元件是否得电。PLC 梯形图的编辑形象简单方便，容易理解。 液压机控制系统的梯形图程序如下： （2）控制系统梯形图与液压机工作状态的分析 1）主缸快速下行 在初态下，主缸上限位、顶出缸下限位。按下循环启动按钮，PLC 进入状态继电器 S21 电磁阀 2 和 5 得电。液压系统控制主缸快速下行，到主缸接触到中限位开关，PLC得到信号，状态继电器 S21 断开，系统跳入状态继电器 S22。 2）主缸工进 主缸中限位时，PLC 系统跳入 S22 状态，此时电磁阀 5 失电，电磁阀 2 依旧得电。液压系统控制主缸工作进给。当主缸行进到下限位开关， PLC 得到信号，S22 断开，S23得电。 3）主缸保压 主缸下限位时，状态继电器 S23 得电。所有电磁阀都失电，定时器 T1 开始倒计时。液压系统将主缸上下腔的油液封闭，主缸进入保压状态。直到 T1 倒计时结束 T1 得电，PLC 得到信号，S23 断开，S24 得电。 4）主缸回程 状态继电器 S23 断开后， S24 得电。电磁阀 1 得电。液压系统控制主缸回程，直到上限位开关。PLC 得到信号，S25 得电。 5）顶出缸顶出 主缸达到上限位， S25 得电， 顶出缸开始顶出工件。 顶出缸达到顶出缸上限位后 PLC得到信号，状态继电器 S26 进入工作状态。 6）顶出缸回程 S26 得点后，T2 开始计时。计时时间内，顶出缸不动作，直到定时结束，电磁阀 3得电。顶出缸回程，直到回到下限位。如果停止按钮无动作，则定时 10 秒后，开始下一次快进。 7）停止 当液压机自动工作时按下停止按钮，辅助继电器 M0 置“1”态，当 S26 顶出缸回程结束时，判断 M0 是否“1” 。 “1”则回初态， “0”则继续自动工作模式。 8）急停 当任何时候按下“急停”按钮。液压机进入 S30 急停状态，除了电机，所有输出停止。直到按了“急停复位”按钮，则回到初态。 4.4 本章小结本章小结 本章对三梁四柱式液压机的控制系统进行了详细的介绍，采用了三菱的 FX 系列 PLC 对三梁四柱式液压机的工作进行控制。简述了 PLC 的结构和特点以及工作原理，对输入输出端口进行了分配， 最后编写了壁面清洗机器人在手动控制及自动控制下的程序梯形图。 结论结论 通过这次毕业设计，使我认识到自己以前在学习中的不足，进而查漏补缺，对前面的内容有了新的认识和提高， 特别是在指导老师的帮助下， 才得以完成了本次毕业设计。 在这次毕业设计，我认识到要完整地完成一次设计不能有半点马虎和侥幸心理。每一个小的细节都得经过精心的选择，不懂的，不会的，要及时查手册，尽量选用标准件，对于结构方面要多请教老师。这次最大的收获是：在动手之前要经过一番仔细的思考，只有这样才会不至于画了又改，才能更有效的利用时间；其次是自己开始认识到手册的重要性，开始自己认为只要结构不干涉就好了，经过老师的一番指导，使我认识到自己的这种错误思想，因为即使是一个小小的螺栓也会让设计从头再来。我们应当认真做好每一个小的细节，平时多思考，尽量使自己的结构安全可靠，不仅在设计中是这样，生活中也是这样。我们就要走向工作岗位，很可能我们将来就是各行各业的设计人员，假如我们不注意那些小的细节，那么不仅会造成国家财产损失，更有可能对人的生命造成威胁。我们即将走向社会，把毕业设计作为我们走向社会的一次很好的锻炼，认真做好它，将来不管干什么都得： “认认真真做事，做好每件事” 。做一个对得起自己和别人的人。 致谢致谢 在完成本设计之际，首先向尊敬的导师致以衷心的感谢。本设计是在李庆龄老师的精心指导、热情鼓励和支持下完成的。在整个课题的设计过程中，老 师严谨的治学态度，高深的学术造诣和诲人不倦的精神，时刻激励着我，令学生受益无穷。 在做毕业设计的这几个月中，我从老师的耐心指导中获得了许多帮助，也学到了很多知识，令学生感激不尽。 同时也感谢大学四年来，所有老师对我辛勤的教导，大学是我人生中最重要的一段经历，在这其中我不仅从老师们那里学到了非常多的知识，老师们的奉献精神也令学生在以后的人生中不断受到激励。在此谨表示我对所有老师的崇高敬意和衷心的感谢。 最后我要对进行答辩的各位专家和教授表示衷心的感谢。 参考文献 1 章宏甲，黄宜，王积伟液压传动与气压传动北京：机械工业出版社，2000，1-356 2 毛谦德，李振清机械设计师手册第二版，北京：机械工业出版社，2000.12 3 Taylan Alten, Metal Forming Handbook, Press, Goppingen, Germany, 1998. 4 许福玲，陈尧明液压传动与气压传动第二版.北京：机械工业出版社，2004，1-290. 5 高安邦，张海根机电传动控制.北京：高等教育出版社，2001，1-215. 6 陈立定，吴玉香，苏开才电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社，2001，5-148. 7 李爱华工程制图基础北京：高等教育出版社，2003.8 8 成大先机械设计手册 单行本 联接与紧固 北京：化学工业出版社，2004 9 王运炎，叶尚川机械工程材料第二版 北京：机械工业出版社 1998 10 濮良贵，纪名刚机械设计第七版 北京：高等教育出版社，2001 11 成大先主编机械设计手册 单行本 机械传动 北京：化学工业出版社，2004 12 汪恺机械设计标准应用手册第 3 卷北京：机械工业出版社，1996，22-3-22-182 13 刘鸿文材料力学()第四版.北京：高等教育出版社，2004，1-366. 14 成大先机械设计手册 单行本 常用设计资料北京：化学工业出版社，2004 15 王建中,李洪公差与制图手册沈阳：辽宁科学技术出版社，1999.1 16 陈立定，吴玉香，苏开才电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社，2001，5-148. 17 Makinouchi, Sheet metal forming simulation in industry, J. Mater. Proc. Technol. 60 (1996) 1926. 附录一附录一 其他的注意事项其他的注意事项 在设备的规范中还有其他考虑的点被用于你的自动控制系统， 静电,工作周期,抑制,电力、环境、机构批准,附件类型以及外壳加热、冷却和照明。 静电大多数设备和设备将降至 5%相对湿度。然而,静电问题更频繁地发生在湿度低于 30%的情况下。当你触摸设备时一定要采取足够的预防措施。如果你在低湿度环境中使用的设备，考虑使用地面肩带、防静电地板覆盖物等。 工作周期,使用电磁阀时,你会想要知道它的工作电压,额定电流,电流流入帮助选择所需的输出设备类型来控制其操作。同样重要的是要了解电磁阀的工作周期。我们不想操作电磁阀为 50%的关税周期在连续模式下 10 秒的时间,一个只有两秒的时间。电磁阀的关闭时间短不允许适当降温。 快速裁撤 电磁阀,马达初学者等，他们使用电感线圈的操作会使线圈产生高电压峰值,这样会损害输出设备和电子设备。人们总是推荐使用某种形式的浪涌抑制消除这些电压峰值。 直流电源如果使用直流电压的电源控制系统,考虑使用至少两次的电源额定负荷计算。如果你需要控制系统 UL 508 批准和允许电源操作温度较低，这是应该满足的要求,从而增加它的生命。 环境规范下面的表格是 NEMA 的共同环境规范的一个例子,一般适用于自动化设备。IEC 也有共同环境的规范附件和设备名称的列表。 比较具体的无害应用室内的位置 提供了对以下环境条件的保护 外壳类型 1 2 4 4X 5 6 6P 11 12 13K 13 偶然接触设备 W /附件 落下的灰尘 下降的液体飞溅 灰尘,皮棉,纤维和飞 花 冲洗和泼水 机油和冷却液渗漏 油或冷却液的喷雾和飞溅 腐蚀剂 偶尔的临时淹没 偶尔的长时间淹没 机构的批准-一些应用程序需要特定的组件认证机构。这些要求的批准是： UL（美国保险商实验室） CUL（加拿大保险商实验室） CE（欧洲经济联盟） 要求这些机构的批准需要你的说明部分，将决定你大部分的控制设备的选择。外壳-选择一个合适的外壳，以确保安全和正确的设备操作的重要。外壳最小的考虑因素应包括： 电气标准的一致性（参考 NEC） 从工业环境保护的元素（参考 NEMA，尤其部分 ics_6） 常见的接地参考（参考 NEC） 接入设备（参考 OSHA） 安全或限制访问（参考 OSHA） 对设备的正确安装和维护足够的空间 我们需要考虑外壳将位于什么样的环境下。户外运动吗？室内的？冲洗所需的？ 外壳加热/冷却-确保在您的控制系统不受过热的装置，或者安装在一个寒冷的气候，设备不低于上市的低工作温度范围使用。你的控制系统，由于其物理位置，可能需要你有一个冷却系统，如 A / C 单元，和一个小的加热单元为相同的外壳部分。这将确保设备总是运行在温度规格。基本的热管理是不是最难的自动控制系统。投资一点思想的规范阶段期间，可以为您节省了大量的重新设计的路上。 罩光-这包括你的控制系统外壳或机柜日常维护的控制系统在帮助室内照明永远是一 个好主意。 额外资源你可以找到这些额外的资源，在本书的附录，或通过访问下面的链接。 选择一个控制器-/l8jv4 如何选择一个外壳-/o8hyv 什么是 NEMA 标准的意思？-/n2230 了解圈地冷却-/3btpr 选择一个机箱风扇或空调-/q1bjh 选择一个换热器-/oo2ty 第四章第四章 设计本文的研究思想设计本文的研究思想 我们的控制系统的设计将在一个记录的任务形式。挑战会让我们的设计细节写在纸上，以便它可以很容易理解。任何人都可以看一下我们未来的文件并且能够解释信息是很重要的。对我们有用的在这一步，将任何笔记和清单，分别在“识别”和“指定”的自动化控制系统相。 “乐观主义者会告诉你的杯子是半满的；悲观的人，一半是空的；和工程师会告诉你玻璃是两倍大小需要。”无名氏 使用这些技巧来帮助你记住！ 感性和容性电路 彩色编码的电阻器 可见光谱 代数表达式 短的方式记住圆周率 附录二附录二 Other ConsiderationsOther Considerations There are other points to consider in the specification of devices being used in your automated control system; static electricity, duty cycle, surge suppression, power, environment, agency approvals, enclosure type as well as enclosure heating, cooling and lighting. Static Electricity Most equipment and devices will operate down to 5% relative humidity. However, static electricity problems occur much more frequently at humidity levels below 30%. Make sure you take adequate precautions when you touch the equipment. Consider using ground straps, anti-static floor coverings, etc. if you use the equipment in low-humidity environments. Duty Cycle - When using a solenoid valve, you will want to know its operating voltage, nominal current draw and current inrush to help select the type of output device required to control its operation. It is also important to have an understanding of the solenoid valves duty cycle. We would not want to operate a solenoid valve rated at 50% duty cycle in a continuous mode with an ON time of 10 seconds and an OFF time of only two seconds. The short OFF time would not allow for the solenoid to properly cool down. Surge Suppression - Solenoid valves, motor starters, etc. make use of an inductive coil for their operation and the coil can produce high voltage spikes that can damage output devices and nearby electronic equipment. It is always recommended to use some form of surge suppression to eliminate these voltage spikes. O
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