新型混凝土砌块成型机自动控制系统的设计

毕业设计说明书新型混凝土砌块成型机自动控制系统的设计学生姓名：学号：学院：机械设计是制造及其自动化系名：机械设计是制造及其自动化专业：指导教师：年月混凝土砌块成型机自动控制系统的设计摘要：混凝土砌块相比粘土砖具有节材、节能和环保等优点，是国家大力推广的新型建筑材料，已经得到广泛的应用和发展。随着我国墙改政策力度的加大，混凝土砌块必将打破房屋建筑材料中粘土砖的主导地位，为我国建筑业的健康发展和环境保护作出巨大贡献。由于目前大多数国产混凝土砌块成型设备自动化程度不高、生产效率较低，而进口混凝土砌块成型设备又价格昂贵，因此并不能满足国内混凝土砌块生产的需求。中国市场上急需一种符合中国国情、自动化程度高的混凝土砌块成型自动化生产设备。研究和改进砌块生产线的自动控制系统，对于提高生产效率、控制质量以及改善工人工作条件具有重要意义。本文以QT系列混凝土砌块成型生产线为研究对象，在分析混凝土砌块成型生产工艺流程及控制需求基础上，运用可编程控制器等硬软件平台，研究设计开发了混凝土砌块成型生产线的控制系统。为实现混凝土成型自动化生产线信息集成及可靠运行，控制的构成方式采用了三菱FX2N系列PLC。在硬件配置的同时，通过三菱FX系列编程软件FXGP对PLC程序进行了设计，使其具有自动控制生产线的功能。本文着重研究了产品的电气系统、液压系统、振动加压成型装置等。完成了基于PLC开发平台的混凝土砌块成型自动化生产线PLC控制程序。本文设计的混凝土砌块成型自动化生产线控制系统达到了预期的要求，具有较好的可靠性和实用性，满足现场生产的要求。关键词：混凝土砌块成型机，自动化生产线，PLC，液压系统ConcreteBlockFormingMachineoftheAutomaticControlSystemDesignAbstract:Conereteblockhasthemeritonsavingmaterials,energyandprotectingenvironmentandsooncomparingwithfire-claybrick,andit’sanewbuildingmanterialpromotedvigorouslybycountry,whichhasbeenwidelyusedanddeveloped.AsChina’sefforttoincreasethewallmaterialsinnovationpolicy,thedominantpositionofclaybrickinthehousingconstructionmaterialswillbebrokenbyconcretesegmen,whichwilladvancethedevelopmentofChina’sconstructionindustryandmakeasignificantcontributiontoenvironmentalprotection.SincethemajorityofChina-madeBlockFormingMachineisnothighdegreeofautomation,lowproductionefficiency,andimportofBlockFormingMachineisexpensive.AneconomicalandgooddegreeoftheautomationblockmachineproductionlineisurgentneedinChinesemarket.Researchandimprovementofautomaticcontrolsystenofbuildingblocksproductionlineisveryimportanttoraiseproductioneffieiency,controlqualityandimproveworkingconditionsfortheworkers.QTBlockProduetionlinewaschosedfortheobjectofstudyinthisdissertation.DistributedControlSystemwasdevelopedbasedonPLC,otherindustrialhardwareandsoftwareplatformafteranalyzedtheproduetionprocessandcontrolrequirements.Forachievedinformation’sintegrationandensuringthesystemreliablerrunning,MITSUBISHIFXseriesofPLCisusedindistributedcotllrol.Whenhardwareconfigurationisbeingdone,PLCprogrammingisputuptorealizethefunctionthatproductionlineisautomaticallycontrolled,thispaperstudiestheelectricalsystemandhydraulicsystem,Vibrationcompressionmoldingequipment,etc.ThePLCcontrolproceduresweredevelopedbasedonthecompletionofPLC.ThedesignoftheBloekproductionlinecontrolsystemachievetheexpectedfunetionalrequirements,hasgoodreliabilityandavailabilitytomeettherequirementsofproduetionatthescene.Keywords:blockforming,autonmationproductionline,PLC,hydraulicsystem目录TOC\h\z\t"论文1,1,论文2,2,论文3,3"1引言 11.1课题研究的背景 11.2课题研究的目的和意义 21.3混凝土砌块成型机技术现状及发展趋势 21.4本课题的工作和研究内容 51.5论文的组织结构 62混凝土砌块成型机简介 72.1概述 72.2.1按工作状态分类 72.2.2按砌块成型机振源分类 72.2.3按成型原理分类 82.3混凝土砌块成型机的特点 82.4系统坏境 92.5砌块生产线工艺流程 103机械设计与计算 113.1原始数据及设计要求 113.2拟定设计方案 113.3确定系统的机械参数 113.3.1确定螺杆参数 112.3.2确定齿轮传动的参数 134液压系统设计 174.1液压系统的方案设计 174.1.1回路方式的选择 174.1.2执行元件的选择 174.1.3调速方式的选择 174.1.4调压方式的选择 174.1.5换向回路的选择 174.1.6动作转换控制方式 174.2液压阀的选取 184.2.1叠加阀 184.3液压系统的参数设计和拟定液压原理图 184.3.1选取马达 184.3.2选取液压泵 194.3.3选取电动机 194.3.4设计液压系统图 205液压装置的结构设计 225.1滤油器 225.1.1滤油器的功用和安装 225.1.2选取滤油器 225.2油箱和压力表辅件 235.2.1油箱 235.2.2压力表辅件 245.3管接头 255.4阀集成块 255.4.1阀集成块的设计原则 255.4.2阀集成块的结构设计 256电气控制 266.1电气驱动 266.2星－三角起动的控制 266.3PLC控制系统设计 266.3.1可编程控制器基本概念 266.3.2可编程控制器的特点 276.3.3PLC系统的组成 286.3.4可编程控制器的应用 296.3.5控制系统设计 29设计总结 32参考文献 33致谢 361引言1.1课题研究的背景我国是一个人口众多、资源相对不足的国家，耕地面积仅占国土面积的10％，不到世界平均水平的一半。但在房屋建筑材料中，粘土砖仍占主导地位，每年烧砖近7000亿块，而生产粘土砖每年耗用粘土资源14亿多立方米，相当于毁田80万亩，同时每年生产粘土砖消耗6000多万吨标准煤。限制和淘汰使用粘土砖对保护我们赖以生存的土地、环境和节约能源意义深远。用混凝土砌块代替粘土砖，可大量节约土地和粘土资源，降低能耗，减少污染，改造建筑功能，促使我们建材业的建筑技术进步和产业结构调整、转变经济增长方式具有显著的社会经济效益，对我国建筑业的健康发展和环境保护将起到十分重要的作用[1]。我们长期使用大量的砂、石材料并非再生、环保型建材，有些石料还具有放射性物质，对人体健康有害。而且，长期大量的开采，己使生态环境发生了很大的变化，特别是河砂的超量开采造成河岸倒塌、滑坡，危及周围环境和人们的生命安全。2003年6月30日前在我国170个城市禁止使用实心粘土砖，所有省会城市在2005年底以前全面禁止使用粘土砖，以此带动各地淘汰实心粘土砖发展新型墙体材料。国家为鼓励新型墙体材料的发展也陆续推出了一系列新的优惠政策。国家经贸委、国家计委在《关于发展新型建材的若干意见》中要求:已引进的新型建材工艺装备到“十五”末要基本实现国产化，并引导企业积极采用国内已消化吸收的新型建材成套技术装备。国家机械工业联合会在10类工程机械产品结构调整中将承重砼砌块生产设备列入硅机械的两个重点发展项目之一，国家建材工业“十五”规划将单班年产5万m³的砼砌块生产线作为重点发展产品，各省市、自治区也制定了一些相关政策。这些都将积极有效地推动墙体材料的改革，有利于砌块建筑的发展，带动砌块生产设备向更高层次迈进[2]。目前国内有几家大型砌块成型设备制造商正致力于开发具有自主知识产权的混凝土砌块成型自动化生产线的开发，如福建泉州鸿昌机械制造有限公司、西安东方福星机械有限公司、江苏腾宇机械制造有限公司等。江苏腾宇机械制造有限公司的第一条全自动化生产线于2007年底研制成功。先进的混凝土砌块成型设备是高效率制造高质量混凝土砌块的必要条件，而良好的控制系统有利于提高砌块的表面光洁度及密实度等，关系到混凝土砌块的质量，生产效率及生产安全。1.2课题研究的目的和意义“十一五”期间随着我国国民经济持续、健康的发展和消费需求的变化，居民住宅将成为新的消费热点。市场迫切需要一种技术先进、生产效率高、价格适中的国产混凝土砌块成型设备和砌块成型生产线。先进的混凝土砌块成型设备是高效率制造高质量混凝土砌块的必要条件，而良好的控制系统有利于提高砌块的表面光洁度及密实度等，关系到混凝土砌块的质量，生产效率及生产安全。砌块生产设备在国内的发展也是从无到有，从少到多。然而传统的砌块生产线的控制方法(继电器式)故障发生率高、控制精度差、系统可移植性差，而以Plc软件的智能自动控制方式不仅可以克服传统控制系统的缺点，降低工人的劳动强度，节省人力、物力，提高生产效率，而且实现对整个生产的全面监控、集中管理，对于提高产品的技术含量，提高机械设备的自动化程度，缩短与国际同类产品的差距，都有着重要的意义。1.3混凝土砌块成型机技术现状及发展趋势国外砌块成型机的发展历史较长，尤其二战以后得到迅速发展。其中美国ColumbiaBesser公司的成型机均为模振成型机，欧洲公司则以台振成型机为主，前者采用液压传动，后者大多采用机械传动。它们的共同特点是可靠性好、故障率低、自动化程度高。意大利Rosacomtta公司是意大利最大的砌块成型机的专业生产厂家，在国际居于领先水平。生产的砌块成型机品种齐全，自成系列，可满足各种用户的需求[3]。其主要特点如下:(l)自动化程度高，产量大，必要时可进行手动操作;(2)采用型钢结构，保证机械性能的稳定，增加使用寿命;(3)主机自动化设备先进，装有振动器电子调频系统用于电子变频调速和启动，具有液晶显示装置和电子逻辑控制系统;(4)计量系统设有灵敏度很高的传感器和电、光、液控制的执行机构，并通过中央电子自动系统进行操作，保证物料配比的准确，确保产品的质量;(5)脱模速度快;(6)在传输设备上采用程控子母车系统，保证了垂直和水平输送的准确性和定的无误性，节省了人力物力:(7)整个系统的动作和工作周期均由微处理机控制。美国ColulnbiaBesser公司制造的1600压砖机和UL一37全自动传输系统和体积计量系统，生产线基本系统设计为全自动化，包括全自动智能配料设备、全自动砖机(1600型)、全自动钢托板输送、全自动蒸汽养护、全自动成品传输及码垛设备[4]。养护、全自动成品传输及码垛设备。其产品的主要特点如下:(1)模箱、芯子和横梁是固定在一起;(2)喂料箱由贮料斗接到混凝土拌合料后升到模箱上部，待料落下后即开始振动;(3)砌块靠钢托板下面振动台使之密实，振动台的电机间歇启动;(4)脱模机构采用上箱脱模方式，脱模后的砌块和托板被顺序推到传送带上。国外砌块成型设备，如美国贝赛尔、德国海斯、日本虎牌等，其振动成型的垂直同步水平及调整振频和振幅的技术较好，规模及自动化水平较高，但国外投产后产品成本居高不下。一些企业购置进口设备后很难赢得应有的利润。发展国内砌块成型自动化生产设备，研制高水平、大规模砌块生产设备提到了议事日程。开发一种价廉、可靠、小型、有一定档次的砌块成型机，不仅使用户的投资风险减小到最低限度，也满足了日益担心市场变化莫测的用户心理需求[5][6]。国内的混凝土砌块成型技术研究开始于20世纪60年代，经历了移动式成型设备、固定式成型设备、自动生产线等几个发展阶段。国内有关科研院所和生产企业共同努力，陆续开发生产了台振、模振等不同振动形式、多种型号规格的砌块生产设备，在与进口设备的竞争中占有了自己的一席之地。目前国内的混凝土砌块成型机的生产厂家主要有江苏腾宇机械制造有限公司、西安东方福星机械有限公司、四川绵竹太极机械有限公司、泉州市鸿昌机械制造有限公司等[7]。目前国内外生产的砌块成型机种类型式繁多，按机器的工作状态:可分为固定式和移动式。按机器的自动化程度:可分为全自动、半自动和手动操作。按机器的功能:可分为专用性和通用性砌块机。根据国际国内行业的发展趋势以及我国现实使用需求来看。固定式全自动成型机是国际砌块设备生产发展的主流，最先进的设备技术和最新的产品都集中在这一类型的设备之中[8]。国内产品主要有两种类型：一种是压制成型机械，完全靠液压加压使混凝土密实，另一种是振动成型机械，振动在砌块成型机中所起的作用是使混凝土均匀地分配和压实，振动成型设备一般采用垂直定向振动来实现理想的振动成型。前者的缺点:(l)振动传递过程有一定衰减；(2)难于进行正确的调整；(3)振动分配均匀性较差。后者的缺点:对模箱的刚度要求较高，且模箱的较重，尺寸受到限制。现有的砌块成型机通常都把振动和压力效应相结合作为砌块密实的主要手段[9][10]。虽然目前国内外产混凝土砌块成型机的制造能力取得了长足进展，但在实现块成型机及砌块成型自动化生产线的数字化、智能化操作控制，解决机组的振动均、布料不均、提高油缸使用寿命、成型机组设备的实时运行监控与诊断维护等面，还存在许多技术上的不足[11][l2]。混凝土砌块成型机及砌块成型生产线未来的技术发展趋势主要有:(l)砌块成型机采用液压和电气联合驱动和控制，自动化程度越来越高。生产设备在引进、消化、吸收日本、美国等发达国家先进砌块生产线的同时，利用自身技术力量，研制开发了具有自主知识产权的自动化生产线，国内一些机械厂研究开发，并己投放市场的空心砌块自动化生产线，总体水平已基本接近国外引进生产线。国产固定式成型机的应用，改变了过去单一移动成型机的局面，固定式成型工艺与移动式成型工艺并举，为砌块生产企业的产量、规模上档次创造了条件。砌块成型机是近年发展较快的一种新型建材设备，随着用户对产品质量和生产效率要求的提高，砌块成型机控制系统也在不断更新。将PLC、触摸屏控制技术引入砌块成型设备中，并采用机、电、液三结合的控制方法，控制系统结构紧凑，安装操作方便，自动化、智能化程度高。触摸屏作为显示终端，可以随时将设备的当前状态及故障信息用汉字直观显示，便于操作人员掌握设备状态，快速处理故障。同时，省去了大量的操作按钮、指示灯等易损器件，使连线简化，系统的可靠性大为提高[13][14]。(2)从单机简易生产设备发展为全自动化生产线，从单一功能机向多功能机发展。传统国内生产砌块的设备一砌块生产线大多只具有单一功能，且自动化程度相当低，工人劳动强度大，生产效率低下[15]。现在大多数砌块成型设备几乎都是一机多用，只需要更换模具，就可生产满足要求的各种型号的混凝土砌块[16]。混凝土砌块全自动生产线一般由:①混凝土自动配料、搅拌、输送设备;②程控砌块成型机;③托板:④自动码垛、输送设备;⑤托板自动回收、输送设备;⑥蒸气养护、输送设备:⑦成品砌块自动码垛、包装、输送设备等组成。仅有①、②、③部分设备组成的生产线称为砌块半自动生产线。目前，进口设备绝大多数为全自动生产线或自动生产线，国产设备绝大多数为半自动生产线、极少数为自动生产线。(3)采用全数字化控制，进一步提高设备的自动化程度。砌块成型生产线的工艺过程涉及的设备环节较多，不论是设备的安装与调试，还是设备的运行过程都对设备的自动化程度有较高的要求。而采用先进的数字控制技术是解决这一问题的有效途径。(4)设备运行与管理实现智能化。为了保证砌块成型生产线的可靠运行，降低对操作工人的技术要求，减小操作工人的劳动强度，必须进一步提高砌块成型设备的智能化程度。采用专家系统、人工神经网络、模糊控制技术等人工智能技术，根据加工对象的属性和要求自动选用成型加工工艺与参数，确保成型加工质量最优，进一步提高生产线的优化能力和适应性[17]。(5)实现基于远程维护技术的售后服务。对砌块成型装备及生产线这样一类较复杂的机电系统，为用户提供及时的、优质的售后服务是提高企业竞争力的关键之一。传统的售后服务是服务人员的现场服务，不仅费时费工，而且影响对用户的及时服务。引入网络化技术可以通过因特网实现对砌块成型装备及生产线的远程监控、诊断和维护，从而可以克服时空障碍更好地为客户服务，保证设备安全可靠地运行，同时也可以为设备生产厂家创造更大的发展空间[18]。1.4本课题的工作和研究内容(1)砌块生产控制系统的总体方案设计及选用①砌块生产线工艺流程分析；②控制方案选择，分析工业现场各种典型的工业控制方案，从中选择适合本系统；③确定系统构成方式综合考虑各方面因素，确定组成该控制方案的各种软硬件搭配。(2)硬件设计可编程控制器的选型，主要有传感器的选型、变频器的选型(3)PLC软件设计①理解工艺过程，确定控制要求②分配1/0点数③流程图设计④程序设计1.5论文的组织结构本文以QT系列混凝土砌块成型机自动化生产线为研究对象，在充分分析控制系统的控制要求基础上，开发了基于PLC的控制系统。全文分为六章，各章内容安排如下：第一章：简要说明课题研究的背景及意义，分析了国内外砌块成型装备技术现状及发展趋势，详细分析了国内砌块生产设备的技术不足。第二章：混凝土砌块成型机简介，简单介绍了混凝土砌块成型机的设备特点及系统环境。第三章：机械设计与计算，根据原始数据及任务要求拟定设计方案确定系统的机械参数。第四章：液压系统的设计，根据主机工作循环所需技术要求设计液压系统，连接机、电、液之间的相互配合。确定液压系统的设计方案，选取合理的液压阀。第五章：通过计算和分析液压系统，比较各种液压装置的用途选择合适的液压装置，完成液压机构设计。第六章：电气控制设计，简单介绍了混凝土砌块成型机的电器驱动以及启动控制，通过对比了解可编程控制器的特点、分类及应用，选择合理的PLC，完成程序设计，以达到控制要求。2混凝土砌块成型机简介2.1概述砌块成型机是一种将一定比例的胶结材料、粗、细集料和水混合搅拌成的干硬性混凝土，经振动将其他加工成砼构件的机械设备。它是生产砌块的关键设备，砌块生产效率的高低，砌块质量的好坏，很大程度上去决定与成型机的性能[19][20]。混凝土砌块成型机是专业生产混凝土制品的制砖成型设备，根据产量大小选择不同型号的砌块成型机，根据投资规模可选择简易型、优化型、精选型、半自动配置、全自动配置等砌块成型机制砖生产线。2.2砌块成型机的分类[21][22]2.2.1按工作状态分类1、移动式成型机：是指在场地上生产，砌块不移动，机器移动的成型机；2、模振固定式成型机：是指在固定的位置上生产，采用模箱振动砌块移动而机器不移动的成型机；3、台振固定式成型机：是指在固定的位置上生产，采用台座振动砌块移动而机器不移动的成型机4、叠层式成型机：是指刚成型的砌块，依次叠放在上一次脱模砌块上的成型机；5、分层布料式成型机：是指能生产由面层和底层两种不同混合料组成的砌块成型机。2.2.2按砌块成型机振源分类[23]砌块成型机成型方式主要有振动台振动成型（称台振）和模箱振动成型（称模振）两种。从振动成型原理看，台振与模振都是垂直振动，但传递激振力形式有所不同，台振是间接的，模振是直接的。1、台振一般是由电机通过皮带轮带动两根带有偏心块，产生相向转动，水平方向的离心力相互抵消，垂直方向的离心力互相叠加，从而产生垂直定向振动。成型块数较少时，模箱下面可设一个振动“源”；成型快数较多时，模箱下面可设两个或多个振动“源”。振动“源”多时由于电机启动快慢及速差等影响，振动不可能完全同步。欧洲制造设备一般均采用台振，每次成型的块数较多，有的多达18块，但相对振动功率较小，一般每块砌块可分担的振动功率约为1-2.2KW。2、模振主要有两种，一种是美国内赛尔公司为代表的模振形式，既带有偏心块的传动轴直接安装在模箱两端，电机通过皮带轮带动传动轴旋转产生离心力，模箱两端的电机转动相反，产生的水平方向离心力相互抵消，而垂直方向的离心力相互叠加，从而产生垂直定向振动。该种振动形式的成型机每次成型的块数相对较少，目前最多的为六块，但振动功率较大，每块砌块分担的振动功率为5-6.2KW。另外一种是美国哥伦比亚公司的模振形式，是靠装在成型机架上的振动偏心轴，并通过连杆机构与模箱相连，使模箱产生垂直定向振动，该种振动形式的成型机每次成型的砌块也不多，振动功率也很大。2.2.3按成型原理分类1、连杆式砌块成型机：由凸轮连杆机构驱动振动体上下往复振动的砌块成型机；2、电磁式振动成型机：有电磁激振器驱动的砌块成型机；3、液压推动砌块成型机：由液压驱动，使得活塞产生往复振动的砌块成型机；4、双轴联动同步砌块成型机：有两个激振电机驱动两个装有偏心块的轴，从而驱动振动体上下振动的砌块成型机。2.3混凝土砌块成型机的特点[24][25]混凝土砌块成型机的设备特点：(1)成型机架：采用高强型钢及特种焊接工艺制造，极其坚固。(2)导向柱：采用超强特种钢材制成，表面镀硬铬具有良好的抗扭与耐磨性能。(3)模腔与压头：机电液同步驱动，统一托板制品的高度误差极少，产品一致性好。(4)布料器：采用传感器与液压比例阀驱动技术，在摆动式布料车及破拱机构的作用下，产生强制离心卸料，布料快速均匀，对薄壁多排孔水泥制品特别有利。(5)振动器：国内独家采用与国际同步的德国最新技术：（一体化多点专利振动系统），电液技术驱动，多源式振动系统，在电脑控制下液压驱动产生垂直同步振动，频幅可调，实现低频加料，高频成型的工作原理，对不同原材料可获得良好振实效果，振动加速度可达到17.5个G.。先进的设计技术理念、优良的进口部件整合成一套国内领先的高品质振动系统。(6)控制系统：电脑控制人机界面，控制电器均采用德国西门子、日本富士、德国施耐德、显示屏采用台湾原装进口、日本欧姆龙等品牌，控制程序综合20年来的实际生产经验，结合国际发展潮流而研发，以满足国情设计编写而成，实现无需专业人士，只需简单培训即可操作，强大的内存可备升级之需。(7)贮料分料斗装置：由电脑控制物料供给，避免无聊受外因影响而产生内压，确保供料均匀一致，使制品强度误差极少。2.4系统坏境[26]应用范围：广泛用于、建筑、道路、广场、水工、园林等建设。生产原料：采用沙子、石子、水泥、可大量添加粉煤灰、炉渣、煤矸石、陶粒、珍珠岩等多种工业废料。控制系统：电气系统采用可编程控制器PLc控制配备数据输入输出装置,控制系统包括安全逻辑控制及故障诊断系统并具有自锁功能避免了误动作产生，实时保障客户生产的顺利进行。液压系统：液压控制系统由大容量的油箱体自动调压变量系统、高低压控制系统、同步脱膜装置组成。配备冷却系统与加热系统、能保证油液的温度和粘度使整个液压系统更加稳定、可靠、采用先进油液过滤系统，更能保证液压元件的使用寿命和液压系统的稳定性。液压元件采用高动态性能比例阀，以精确控制关键部件的动作。振动加压成型装置：采用垂直定向振动，加压成型同步脱膜。旋转快速布料方式，保证了承重砌块、轻骨料砌块、粉煤灰砌块的充分密实，布料均匀迅速、布料实行预振布料、成型周期缩短、生产效率提高，独特的台模共振系统。使激振集中在模具上，既保证砌块密实度又降低了机架振动和噪声。机采用超大强型钢及特殊焊接技术制造，钢性好、耐振、寿命长。四杆导向方式及超长性导向轴承，保证了压头及模具的精确运动。运动部件均采用节轴承联结，便于润滑且不易损。传统的压力机与垫板间的夹紧机构采用手动操作，这在现代化生产实际中，已远远不能满足自动化生产的需要。现代化的机械设备的控制技术手段是多种多样的，电器方法、机械方法、液压方法、电气液压方法以及气动方法等等，均可以用来实现自动控制。其中，机－电－液一体化设计已成为当代机械工业技术和产品发展的主要趋向，沿用已久的分工脱节，各管一段的设计方法，不仅耗时，而且难以获得一体化系统的最佳设计结果。2.5砌块生产线工艺流程[27]配料搅拌配料搅拌成形出砖堆场整体维护完成图2-1砌块生产流程图1.配料系统：根据制品强度等级需要计量后送入搅拌机。2.搅拌系统：搅拌机在设定的时间内将材料搅拌好，由输送带送入成型机料斗内。3.成型系统：送板机将托板仓内托板送至成型机振动台上，通过脱模油缸将模箱下落在托板上，压头上升到位，全部条件到位后按自动键，加料完成后料车回位，压头下压，震动加压成型。模箱上升挤出制品，由送板机将制品推至送砖机送出。可调节机械动作，实现人机对话。4.送砖机系统：清扫后将制品送出，由运砖车运走。3机械设计与计算3.1原始数据及设计要求1.技术特点托板尺寸:920*850*20mm。

2.墙体砌块:240*115*90mm=21块。

3.成型周期:10-25秒。

4.振动形式:上下共振。

5.振动频率:2800-4700r/min。

6.使用环境湿度：35～90%RH。

7.料斗容量:500/750L。8.主机总功率:37.5KW。3.2拟定设计方案液压马达的驱动由液压控制系统来实现，通过液压系统元件来实现液压缸的调速和液压缸与液压马达的换向。电动机与液压系统中的电磁换向阀和压力继电器的控制由电气部分实现，本设计引入了PLC来进行对电磁换向阀和压力继电器的控制，而电动机则用星－三角启动[28]。3.3确定系统的机械参数滑动螺旋传动主要是承受转矩和轴向力。因轴向力的作用，螺旋副旋和面间的压强很大，而且相对的滑动速度又大，所以，其主要的失效形式是螺纹的磨损[29]。3.3.1确定螺杆参数[30](1)计算螺杆中径由给定参数：夹紧力10吨夹紧时间t=15s夹紧行程S=20mm计算得V=20×10-3/15=1.33×10-3m/sF＝10×103×9.8＝9.8×10４N 螺杆采用碳钢或是合金钢制成，由于本系统是低速重载的一般传动，采用45号钢或50钢均可。螺杆中径＝ξ（2.1）＝×＝根据圆整要求，取＝36mm查得P＝3mm式中参数：ξ－梯形螺纹，ξ＝0.8φ－传动精度高和要求寿命长时取φ＝4［P］－滑动螺旋副材料的许用比压，16MPa(2)确定扭转力矩tgφ=S/π=/（2.2）所以Ｆt＝n·P·Fr/π·d2＝3×9.8×10４／π×36＝2.5995×10３N计算得T＝Ft·d2/2（2.3）＝2.5995×10３×18＝4.679×104N·mm(3)耐磨性计算螺纹的磨损与很多因素有关，重要的有螺纹工作表面的压强、相对滑动速度、粗糙度和润滑状态等，其中最主要的是压强和滑动速度。相对滑动速度一定时，压强越大磨损越大。因此，滑动螺旋的耐磨性计算，就是限制螺纹工作面上在某一滑动速度下的压强Ｐ，使之小于相应滑动速度下材料的许用压强［Ｐ］。因为（2.4）＝＝所以＝36mm合格耐磨性条件为:P＝F／A＝F／z·π·d2·h（2.5）＝9.8×10４×π×3／83×π×36×0.5×3＝12.7416MPa［P］(4)螺杆的强度校核螺杆工作时受轴向力Ｆ和转矩Ｔ的作用，在螺杆危险剖面上同时存在拉应力σ和扭转剪应力τ，按第四强度理论，其危险剖面的强度条件为ca＝＝［σ］（2.6）所以ca＝＝［σ］＝(5)螺纹牙强度校核螺纹牙根部剖面的剪切强度条件为τ＝F/z·A＝F／π·d，·b·z[τ]（2.7）b＝0.65P＝0.65×3＝1.93所以螺杆的剪切强度τ＝17.98N／mm2[τ]＝63N／mm2因为螺纹牙根的弯曲强度条件为σb＝M／W＝3Fh/zπd，b2[σb]（2.8）计算得到σb＝94N／mm2[σb]＝105N／mm22.3.2确定齿轮传动的参数 [31](1)轮的转速n1＝P·60/V（2.9）＝3×60／1.33＝135r/min初选传动比为１，所以齿轮２的转速n２＝135r/min(2)轮的材料，确定精度等级及许用压力。两齿轮均选用45号钢，调质处理，由机械设计手册查得HB＝217－255，取HB＝245。选取齿轮的精度等级为８级（GB10095－88）查得σHlim＝590N／mm2σFlim＝230N／mm2计算应力循环次数N：N＝60·n·j·Lh（2.10）＝60×1×（10×300×8）＝1.44×106得ZN1＝1.25YN1＝1取ZW＝1（HB1<350HB2<350）；YX＝1(估m≤５)YST＝２SHmin＝１SFmin＝1.4接触疲劳许用压力公式得：［σH1］12＝σHlim/ShminZN1ZW＝1.25＝737.5N/mm2（2.11）弯曲疲劳许用应力公式，得：［σF］12=(σFlim/SFmin)YSTYN1YX＝211＝328.6N/mm2（2.12）(3)接触疲劳强度设计：a≥(u+1)（2.13）T1＝46790N＝1.0Φa＝0.4由机械设计手册，查得查得初定中心距at≥(u+1)＝(1+1)（2.14）＝68.1取at＝100一般取m＝(0.01~0.02)at选取标准模数m＝2mm齿数（2.15）所以，Z2=Z1＝50中心距（2.16）圆周速度为：（2.17）选取齿轮的精度等级为８级可以由机械设计手册，马达驱动，载荷平稳取按８级精度，得按（2.18）考虑低速级轴的刚度较大由机械设计手册得按齿轮等级8级，（未经表面硬化的齿轮）所以，（2.19）因为所以由机械设计手册得所以校核中心距（2.20）所以，中心距合适分度圆直径：（2.21）齿轮宽度（2.22）取由疲劳公式得（2.23）所以，（2.24）==故安全齿轮的几何尺寸：（2.25）（2.26）（2.27）所以，采用锻造齿轮齿轮１的尺寸齿轮２的尺寸4液压系统设计液压系统作为液压主机设计的重要部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好，效率高，结构简单，工作安全可靠、寿命长，经济性好，使用维护方便。为此，液压系统要与主机的总体设计（包括机械、电气设计）综合考虑，做到机、电、液的相互配合，保证整个装置的性能最高[32]。4.1液压系统的方案设计4.1.1回路方式的选择本设计中选用了开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。4.1.2执行元件的选择(1)选用了液压马达用于实现连续地回转运动。(2)活塞液压缸实现直线运动，因为只要求液压缸一个方向工作，反向退回，应选用单伸出活塞缸。4.1.3调速方式的选择采用单向节流阀实现速度的调节，这样能保证系统的刚性良好。在本设计中选用了叠加式单向节流阀。4.1.4调压方式的选择(1)在先导型溢流阀的遥控口上远接一个三位四通电磁换向阀。当电磁换向阀的左位或是右位通电时，系统的压力可由远程调压阀调节控制。主溢流阀的调定压力大于两个远程调压阀的调定压力。(2)通往液压缸的油路中，为实现二次压力油的调定选用了减压阀的减压回路。本设计选用了叠加式减压阀。4.1.5换向回路的选择本设计的液压设备要求的自动化程度较高，因此应该选用电动换向，即小流量时应选择电磁换向，所以选用了三位四通的电磁换向阀。基于叠加式阀的许多特点，在设计中除了选用了普通的电磁换向阀，还选用了叠加式电磁换向阀。4.1.6动作转换控制方式在本液压系统的动作控制中，均采用了压力继电器来控制液压缸或是液压马达的动作。当某一油路的压力达到一定值后，其油路中的压力继电器就会发出讯号，使油路中的执行元件的动作停止。4.2液压阀的选取4.2.1叠加阀叠加阀是指可直接利用阀体本身的叠加而无需另外的油道连接元件而组成液压系统的特定结构的液压阀的总称。叠加阀安装在板式换向阀和底板之间，每个叠加阀除了具有某种控制阀的功能外，还起着油道作用。叠加阀的工作原理与一般阀的工作原理基本相同，但在结构和连接方式上有其特点故而自成体系。按控制功能叠加阀可分为压力流量、流量、方向三类，其中方向控制阀中只有叠加式单液控单向阀。同一通径的各种叠加阀的油口和螺钉孔的大小位置、数量都与相匹配的板式主换向阀相同，因此，针对一个板式换向阀，可以按一定次序和数目叠加而组成各种典型的液压系统，通常控制一个执行元件的系统的叠加阀叠加成一叠。(1)叠加阀的特点由叠加阀组成的液压系统，结构紧凑，体积小，重量轻，占地面积小；叠加阀安装简便，装配周期短，系统有变动需增减元件时，重新安装较为方便，使用叠加阀，元件间无管件连接，消除了因管接头等引起的漏油、震动和噪声；使用叠加阀系统配置简单，元件规格统一，外形整齐美观，维修保养容易；采用我国叠加阀组成的集中供油系统，节电效果显著。但由于规定尺寸的限制，由叠加阀组成的回路形式较少，通经较小，一般适用于工作压力小于120MPa，流量小于200L/min的机床、轻工机械、工程机械、煤炭机械、船舶、冶金设备等行业。(2)选取叠加阀本设计采用了单功能叠加阀，即只具有一种普通液压阀的功能，如压力控制阀中的减压阀，流量控制阀中的单向节流阀，方向控制阀中的液控单向阀，还有叠加压力继电器。各种叠加阀的安装表面尺寸和高度尺寸都由ISO7790和ISO4401等标准规定，使叠加阀组成的液压系统具有很强的组合性。4.3液压系统的参数设计和拟定液压原理图4.3.1选取马达T－系统转矩，N·mV－马达的排量，m3/lP－马达的压强，Paηm－马达的机械效率，0.92由T=P·V·πηm／2π（3.1）有：Ｖ＝２π·T·ηm－１／P（3.2）＝２π×４.679×10-3×104／16×106×0.92＝19.972ml/r根据马达排量的选取系列，选取排量为80ml/r。本设计中选用的马达为BM1-80轴配流型的摆线液压马达，这种马达的体积小、重量轻、噪声低、运转平稳、工作可靠，可实现无级变速，双向运转。4.3.2选取液压泵（3.3）—液压马达的容积效率0.92——故泵的排量（3.4）系列叶片的额定压力为16MPa，该系列泵的结构类似于系列泵，该泵采用减薄叶片厚度（最小厚度仅1.6mm）的措施，减小叶片在中、高压下对吸油区定子的压紧力以降低磨损；同时提高定子强度，使该系统适应中高压力的要求；定子曲线为高次曲线，降低了泵的噪声。4.3.3选取电动机(1)电动机选用的一般原则①在选择电动机的类型时要根据工作机的要求来选取。负荷平稳且无特殊要求的长期工作制机械，应首先采用鼠笼型异步电动机。②电动机的结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式，应根据防护要求及环境条件进行选择。③选用电动机的类型，除满足工作机械的要求外，还需满足电网的要求。如启动时能维持电网电压水准，保持功率因数在合理的范围内等。④电动机功能应有适当的备用容量。通常对在变载荷作用下，长期稳定连续运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。(2)选取电机：（3.5）本设计选用了电动机功率7.5KW，转速，同步转速，电流，该电动机的特性：Ｙ系列电动机是封闭风扇自冷式鼠笼式三相异步电动机。我国统一设计的取代系列的更新换代产品。Ｙ系列电动机效率高、节能、启动转矩高、噪声低、振动小、运行安全可靠。安装尺寸和功率等级完全符合国际标准（IEC）Ｙ系列电动机为一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如金属切削机床、鼓风机、水泵等[33]。4.3.4设计液压系统图由以上各个单独回路与阀的组合，我们可以组合成本液压系统的原理图，如图4.3.1所示。图4.３.1液压系统原理图5液压装置的结构设计[34]5.1滤油器5.1.1滤油器的功用和安装滤油器的功用是滤去油液中的杂质，维护油液的清洁，防止油液污染，保证液压系统正常工作。(1)液压传动系统中工作介质含有各种杂质，其主要来源有：虽经清洗仍残留在液压系统中的机械杂质，如水锈、铸砂、焊渣、铁屑、涂料、油漆皮和棉纱丝等；外部进入液压系统的杂质，如经注液口、防尘圈等进入的灰尘；工作过程中产生的杂质，如密封件受液压作用形成的碎片、运动件相对磨损产生的金属粉末、液体因氧化变质产生的胶质、沥青质、碳渣等。上述杂质将起到破坏作用，严重防碍液压系统的正常工作。如：使节流口卡死或堵塞；加剧介质的化学作用，使工作介质变质。据统计，液压系统中的故障，有75%以上是因为工作介质中混入杂质造成的。为此，应维护工作介质的清洁，防止其污染。(2)过滤器在液压系统中的安装位置：①安装在液压泵的吸油管路上，主要目的是保护液压泵，防止吸油时将较大颗粒的杂质吸入泵内。为了不影响液压泵的吸油能力，装在吸油管路上的过滤器的通流能力应大于液压泵流量的两倍。吸油过滤器的压差受液压泵吸油特性的限制，使用中最大压差一般不大于0.02MPa，最高过滤精度不超过30~50μm。②安装在压油管路上，在压油管路上可以安装各种型式的精过滤器，用来保护液压泵以外的其他液压元件。过滤精度一般为3~20μm，工作时滤芯的最大压差一般为0.35~0.5MPa，且过滤器要有一定强度。③安装在回油路上，在系统回油路上安装过滤器是比较理想的。在系统油液流回油箱前，过滤器将外界浸入系统和系统内产生的污染物滤除，为液压泵提供清洁的油液。回路上过滤器承受的压力为回油路的背压。一般不超过1MPa，因而结构尺寸可适当加大，以提高纳垢容量。回油路过滤器可采用高精度滤芯，最大允许压差一般为0.35MPa。5.1.2选取滤油器本液压系统共使用了三个滤油器：吸油滤油器，压力管路滤油器，回油滤油器。其中吸油滤油器要有足够的通流能力。因为需经常清洗过滤器，所以在油箱结构上要考虑拆卸方便。本设计选用了YLX-63×80箱上吸油过滤器，用于油泵吸油口处滤除油液中的杂质，用以保护油泵及其他液压元件，有效地控制液压系统污染。本滤油器的吸油能力大，阻力小。可直接安装在油箱的盖板上，筒体伸入油箱的油液中。当滤芯堵塞需清洗或更换时，只须打开过滤器上盖，即可取出滤芯进行清洗或更换，十分方便。压力管路滤油器采用了ZU-H40×20L型纸质过滤器。本过滤器适用于液压系统压力管路上精过滤。用以滤除油液中的机械和化学杂质，从而防止阀芯卡死，节流小孔间隙和阻尼孔的堵塞，减弱液压元件的磨损。其主要的性能特点有：(1)过滤器直接安装在系统的压力管路上，进出油口均采用螺纹连接，安装简单，更换滤芯方便。(2)滤芯采用纸质和新型化纤滤材，具有过滤精度高，通流能力大，压力损失小，纳污量大等优点。本液压系统的回油滤油器选用了LHN-25×3L型微型直回式回油过滤器。该过滤器安装在油箱的顶部，筒体部分浸于油箱内并设置旁通阀，扩散器等装置[35]。5.2油箱和压力表辅件5.2.1油箱(1)油箱的用途及选择油箱在液压系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液中的气体及沉淀物的作用。本系统选用了开式油箱。因为开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通。为防止油被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。(2)油箱的构造与设计要点①油箱必须有足够的容量，以保证系统工作时能保持一定的液位高度。此外，还要考虑到液压系统回油到油箱不至溢出。②底部做成适当斜度，并在油箱底部最低位置安设放油塞，以便于换油时油液和污物能顺利地从防油孔流出，油箱内沉淀物的定期清理。油箱上盖上应安放空气滤清器，其通气流量不小于泵流量的1.5倍，以保证具有较好的抗污能力。③油箱侧壁安装油位指示器，以指示最低、最高油位。为了防锈、防凝水，新油箱内经喷丸、酸洗和表面清洗后，可涂一层与工作油液相容的塑料膜或是耐油清漆。④油管及回油管要用隔板分开，增加油液循环的距离，使油液有足够的时间分离气泡，沉淀杂质。隔板高度一般取油面高度的3/4。⑤GB766-85中5、2、3a规定：“油箱的底部应离地面15mm以上，以便于搬移、放油和散热。”(3)空气滤清器在液压系统中，净化工作油液是相当重要的环节。空气滤清器能防止空气中的污染颗粒进入油箱，起到延长油液及元件的工作周期和使用寿命的作用，从而保证了液压系统的正常工作。此外，液压系统工作时，空气滤清器能维持油箱内的压力和大气压力平衡，以避免可能出现的空穴现象。本设计中采用了EF4-50空气滤清器，其结构由空气过滤和加油过滤两部分组成，直接安装在油箱盖板上，既可以滤除液压系统工作时由空气中带入油箱内的尘埃，又可以滤除加油过程中带入油箱的颗粒杂质，从而简化了油箱的结构，有利于油液的液化[36]。5.2.2压力表辅件主要包括压力表及压力表开关。(1)压力表液压系统各工作点的压力一般都用压力表来观测，以调整到要求的工作压力。一般机械设备液压系统采用1.5-4级精度等级的压力表。在选用压力表的量程时，应选比液压系统压力要高，即压力表量程均为系统最高工作压力的1.5倍左右。压力表安装在调整系统压力时能直接观察到的部位。压力表接入压力管道时，应通过压力表开关，以防止系统压力突变或压力脉动而损坏压力表。(2)压力表开关压力表开关用于切断和接通压力表与油路的通道，压力表开关相当于一个小型的截止阀。5.3管接头管接头是油管与液压元件、油管与油管之间可拆卸的连接件。管接头必须在强度足够的前提下，在压力冲击和振动下要保持管路的密封性、连接牢固、外形尺寸小、加工工艺性好、压力损失小等要求。液压系统选用了焊接式管接头。焊接式管接头利用接管与管子焊接。接头体与管子之间用Ｏ形密封圈端面密封。这种管接头结构简单，易制造、耐压高（可达32MPa或更高）、密封性好、而对管子的尺寸精度要求不高。但是要求焊接质量高。在本设计中采用了端直通焊接式管接头、直角焊接式管接头、四通焊接式管接头[37]。5.4阀集成块当液压控制阀采用板式连接时，将阀集中安装在专用的阀块，不仅便于集中管理，而且可以减少连接管路，提高液压系统的工作可靠性。5.4.1阀集成块的设计原则(1)选择集成阀的个数，若集成阀的个数太多，会使阀块的体积过大，设计、加工困难；集成阀太少，集成的意义又不大。(2)在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔。(3)阀块设计时还要考虑有水平或垂直安装要求的阀，必须符合要求。5.4.2阀集成块的结构设计(1)液压阀位置的确定在认真分析液压系统原理图的基础上，根据油口就近连通的原则，应将有互通关系的阀安装在相邻的表面。布置阀的位置时，除需保证阀的互通油口位于同一层，互通的油道有足够的壁厚外，还必须考虑阀的上、下、左、右安装空间，保证阀与阀之间，阀与安装底板之间不得有相碰的情况。(2)视图及尺寸标注阀块加工图一般用六个视图表示，每个视图表示一个面的阀的安装螺孔和油口的尺寸。在标注尺寸时一般以主视图的左下角为尺寸标准标注阀安装螺孔的坐标尺寸，再以螺孔为基准标注该阀其它孔口的位置尺寸。标注阀的一组尺寸时应严格按照安装底板尺寸图。一般安装螺孔之间的位置偏差为mm，油口的位置尺寸偏差为mm。然后在阀块加工图中列表标注：孔号－孔径－孔深－相交孔号。6电气控制6.1电气驱动任何生产过程和生产设备都需要能源。由于电能具有便于远距离传送、分配和灵活控制等特点，因此，它成为普遍应用的一种能量形式。将电能变为机械能的电动机和电磁阀等必然成为现代生产的主要动力机械。生产过程的运行、生产机械的起动、停止以及速度调节等，都可以通过对电动机和电磁阀等的控制来实现。电动机和电磁阀等动力电器具有控制方便、效率较高的特点。用动力电器驱使生产机械的工作结构的电气机械装置称为电气驱动[38]。6.2星－三角起动的控制这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程，所不同的是起动时间将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/，从而减小了起动电流对电网的影响。待起动后期按预先整定的时间换接成三角形接法，使电动机在额定电压下正常运转。星－三角形起动的优点在于星形起动电流只是原来三角形接法的1/3，起动电流特性好、结构简单、价格便宜[39]。6.3PLC控制系统设计6.3.1可编程控制器基本概念[20]~[27]可编程控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC，最初是专门为取代继电器控制线路，采用存储程序指令完成顺序控制而设计的，仅限于逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，用于开关量控制，因此称为可编程逻辑控制器[62][63]。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“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储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。”八十年代以来，随着微电子技术、计算机技术、通信技术和集成电路的迅速发展，微电子技术和继电器常规控制发生有机结合，使PLC技术日臻完善，功能不断增强，成为以微电脑为核心的通用自动化控制装置，在工业生产中获得极其广泛的应用，已成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱的首位，其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。当然，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化设备中也有广泛应用。6.3.2可编程控制器的特点1、可靠性高，抗干扰能力强工业生产一般对控制设备的可靠性提出很高的要求，应具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间高，故障修复时间短。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器，触点接触不良，容易出现故障。PLC用代替中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施：在硬件方面采取了屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离等措施；软件方面则采取了定期故障检测、信息保护和恢复、设置警戒时钟、对程序及动态数据进行电池后备等措施，使其可靠性、抗干扰能力大大提高，已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。2、系统的设计、安装、调试工作量少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、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计，很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计继电37器系统电路图的时间要少得多。3、配套齐全，功能完善，适用性强现代PLC具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高。4、编程方法简单易学PLC主要采用梯形图编程，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，形象直观，易学易懂，同时配有相应地指令，控制线路清晰，易于接受。当生产工艺发生变化或生产线设备更新时，PC硬设备无须改变，只变换程序即可满足要求。5、硬件配套齐全，适应性强。PLC系统都采用的是模块化结构，除基本单元外，还包括多种扩展单元和各种各样的功能模块，可以根据不同的工业控制要求而自由组合，实现灵活的控制。6、体积小，能耗低。PLC是专为工业应用而设计的专用计算机，结构紧密、坚固、体积小巧，可以将一般继电器控制系统开关柜的体积缩小到原来的1/2到1/10。6.3.3PLC系统的组成PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，它的组成与一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。1、PLC的硬件系统PLC的硬件系统由基本单元、1/O扩展单元及外部设备组成。PLC的基本单元主要包括微处理器(CPU)、存储器、输入/输出(FO)部件、电源部件和编程器。CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行。PLC常用的CPU有通用微处理器、单片机和位片式微处理器。通用微处理器常用的是8位机和16位机，如8080、8086、M6800、M68000、80826和80386等。单片机常用的有8031、8051和8096。位片式微处理器常用的有AMD2901、AMD2903等。PLC的存储器有两种，系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统程序，用户存储器用来存放用户编制的控制程序。常用的存储器类型有CMOSRAM、EPROM和EEPROM。前者是一种可以进行读写操作的随机存储器，存放的用户程序可方便地进行修改，后两者是只读存储器，常用来保存系统程序和需要长久保存的用户程序。生产现场的各类开关信号或传感器信号需通过输入单元进入PLc，而PLC的发出的各种控制执行元件运动的各种信号必须经过输出模块。所以，输入输出部件实际上是CPU与现场输入输出设备之间的连接设备，起着PLC与被控对象间传递输入输出信息的作用。PLC具有多种1/0模块，如数字量1/O模块、模拟量110模块、中断控制模块、高速计数模块、通信接口模块等等。FO模块的类型、品种与规格越多，PLC系统的灵活性越好。I/O扩展单元用来扩展输入、输出点数，以适应不同控制系统的要求。外部设备主要是指生产厂家提供的外部存储器、打印机和EPROM写入器等。2.PLC的软件系统PLC的软件系统是指所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由生产厂家提供，用于控制PLC本身的运行。系统程序固化在EPROM中。用户程序就是由用户根据控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序，以实现所需的控制目的。6.3.4可编程控制器的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环境保护及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为开关量逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网等几大类。权威人士预计，21世纪，可编程控制器会有更大的发展，从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展。从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现通用的编程语言。这是有利于可编程技术的发展及可编程产品的普及的。从网络的发展情况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统(DistrinutedControlSystem)中己有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要的组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。6.3.5控制系统设计可编程序控制器是专门为工业设计的一种顺序控制用电气控制设备。其主要特点是与控制对象有更强的接口能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制，即过程中数据的采集和控制信号的输出，以及数据的处理等要求而进行设计的。PLC的基本结构虽然与一般的微型机算计大体上相同，但是它的工作过程与之有很大的差异。这种差异主要是由操作系统和系统软件的不同而造成的。PLC工作的主要特点是输入信号集中批处理，执行过程集中批处理和输出控制集中批处理。这种差异的原因是PLC输入和输出端口通常都比较多，集中处理可以简化操作过程并便于控制，以提高系统运行的可靠性。其可靠性比相同规模的微型计算机高一个数量级。经过反复调试无误后的PLC控制系统就可以装运到现场进入实际系统运行。但在现场实际工作前，还必须首先对整个系统的接线和电源系统作仔细的检查。在试运行的阶段，系统的操作者还必须密切注视和观察系统的运行状况，以便及时发现问题，及时停机检查。分析本设计的工作过程为：螺杆夹紧、螺杆放松、螺杆摆出、螺杆摆进四个动作。４个动作的执行均用双线圈三位四通电磁阀控制液压缸或马达来完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作。例如一旦夹紧的电磁阀线圈通电，螺杆夹紧头上升，夹紧垫板，并保持夹紧状态，直到夹紧压力继电器发讯断电为止。当需要实现螺杆下降放松垫板时，给放松的电磁阀线圈通电，并保持放松的状态，直到放松压力继电器发讯断电为止。同样的，分别给控制摆进、摆出的电磁换向阀通电，夹紧头实现摆进、摆出的动作，并保持状态，直到摆进、摆出的压力继电器发讯断电。因为在实际应用中，动作的间隔时间长，采用手动控制。用按钮通过ＰＣ机对夹紧头的每一个动作单独进行控制。[48]设计ＰＣ的输入／输出端子输入有控制按钮和选择开关及压力继电器，共有19点。PLC输入、输出配置见图6.3.1图6.3.1电气控制图设计总结从本次设计得出，在现代化生产实际中，机械、电气、液压技术一体化的设计，能够更加有效的实现设计要求，得到最佳设计效果，使机械自动化技术代替传统的手动操作，提高生产效率和控制的灵活性。通过三个多月的毕业设计，使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤，不仅是对所学知识的一个巩固，也从中得到新的启发和感受，同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力，而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。在整个设计过程中，我本着实事求是的原则，抱着科学、严谨的态度，主要按照课本的步骤，到图书馆查阅资料，在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是大学四年来最系统、最完整的一次设计，也是最难的一次。在设计的时候不停的