變速箱箱體臥式雙面銑削組合機床控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　變速箱箱體臥式雙面銑削組合機床控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課題是根據(jù)已給出的參數(shù)，設(shè)計出某組合機床的液壓系統(tǒng)，具體包括液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　對于液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計，要使系統(tǒng)完成“夾緊缸夾緊工作臺快速接近工件工作臺進給工作臺后退夾緊缸松開原位

2、停止”的工作循環(huán)。根據(jù)此要求，設(shè)計出液壓回路，再根據(jù)參數(shù)，選擇符合要求的液壓元件，例如液壓泵、液壓閥、濾油器、行程開關(guān)等；對于非標準件液壓缸，則要確定所有尺寸，選擇合理結(jié)構(gòu)形式，用AUTOCAD軟件繪制出裝配圖；系統(tǒng)設(shè)計完成后，要對系統(tǒng)進行性能驗算，例如回路壓力損失驗算、油液溫升驗算等，以確定系統(tǒng)是否符合實際要求。</p><p>　　對于電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，現(xiàn)在，由于PLC可靠性高、編程簡單、使用方便、體積小、重

3、量輕等優(yōu)點，普遍采用PLC控制來代替繼電器接觸器控制，本系統(tǒng)也采用PLC控制。根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出性質(zhì)、對相應(yīng)功能、I/O點數(shù)、系統(tǒng)容量的要求，選擇合適型號的PLC，PLC選定后，分配I/O點并繪制PLC外部接線圖，確定輸入輸出信號與I/O點的對應(yīng)關(guān)系，最后設(shè)計出程序，并修改，直至符合要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓傳動；液壓控制；PLC</p><p>　　GEAR-BOX HOR

4、IZONTAL DOUBLE-SIDED MILLING COMBINATION MACHINE TOOLS CONTRONL SYSTEM DESIGN</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This topic is already given parameters according to, the design gives

5、a combination machine tools system, specific including hydraulic transmission system design and electrical control system design.</p><p>　　For the hydraulic transmission system design，to make the system to a

6、ccomplish the job cycle of combination machine tools system --clamping cylinder for clamping –workbench fast approaching workpiece—workbench feeding—workbench back —clamping cylinder loosen— In-situ stop. According to th

7、is requirement, design a hydraulic circuit, then, according to parameters, select to meet the requirements of hydraulic components, such as hydraulic pumps, hydraulic valves, filters, Travel switch, etc. For non-</p&g

8、t;<p>　　To electrical control system, nowadays, to PLC, because of its high reliability, convenient use, simple programming, small size, light weight, etc., it is widely used to instead of relay and contactor. So,

9、 this electrical control system uses PLC, too. According to the nature of the system input and output, the demand of corresponding functions, I/O points and system capacity, choose the suitable type of PLC, after that, d

10、istribute I/O points and external wiring diagram of PLC to determine the in</p><p>　　Keywords:Hydraulic transmission;Hydraulic control; PLC</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>&l

11、t;b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　液壓傳動是流體傳動的一種，它起源于17世紀的液體靜壓力傳動原理，在現(xiàn)代被明確定義為一種通過液體作為介質(zhì)來傳遞能量和進行控制的傳動形式，液壓傳動技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門都有著極大的應(yīng)用空間，其水平的高低已經(jīng)成為國家工業(yè)發(fā)展程度的標志之一。</p><p>　　液體傳動的先驅(qū)者是英國的約瑟夫?布拉曼，他于1795年在倫敦制造

12、了世界上第一臺水壓機，這是液壓傳動技術(shù)以水為介質(zhì)的第一次工業(yè)應(yīng)用，后來到1905年時，約瑟夫?布拉曼將工作介質(zhì)從水改為了油，使得液壓機械又向前邁進了一步。</p><p>　　液壓傳動技術(shù)的廣泛研究是開始于第一次世界大戰(zhàn)之后，從1920年開始液壓傳動技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，液壓傳動技術(shù)領(lǐng)域涌現(xiàn)了一批杰出的人才，液壓元件也逐步走入了正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。</p><p>　　液壓傳動技術(shù)和液壓元

13、件工業(yè)在1925年迎來了維克斯（F.Vikers），他發(fā)明的壓力平衡式葉片泵為后來者奠定了基礎(chǔ)。到20世紀初葉，康斯坦丁?尼斯克提出了能量波動傳遞理論，而后在1910年又在液力傳動方面提出了自己的理論見解，為這一領(lǐng)域的發(fā)展做出了貢獻。</p><p>　　液壓傳動技術(shù)被工業(yè)企業(yè)所應(yīng)用則是開始于第二次世界大戰(zhàn)期間，在這個時期美國已經(jīng)有30%的機床應(yīng)用了液壓傳動。液壓傳動技術(shù)現(xiàn)居世界領(lǐng)先位置的日本，其科研活動實際上比

14、歐美等國晚了將近20年，但是靠著后期的努力，日本在現(xiàn)代液壓傳動領(lǐng)域得到了巨大發(fā)展。</p><p>　　液壓技術(shù)與現(xiàn)代社會中人們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究活動產(chǎn)生著日益密切的關(guān)系，已成為現(xiàn)代機械設(shè)備和裝置中的基本技術(shù)構(gòu)成、現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素和工業(yè)及國防自動化的重要手段，自上世紀60年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展又一次將液壓技術(shù)推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測

15、在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，使它在國民經(jīng)濟的各方面都得到了應(yīng)用。其在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢，例如，國外今日生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動[4]。因此液壓技術(shù)的發(fā)展程度現(xiàn)在已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。</p><p>　　1.2液壓傳動技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p>　　液壓傳動作為一種傳動方式，由于具備功率密度高，結(jié)

16、構(gòu)小巧 ，配置靈活，組裝方便，可靠耐用等獨到的特點，已成功地用于一切需要中等以上功率輸出，且需對運動過程進行靈活控制和調(diào)節(jié)的地方，是現(xiàn)代化傳動與控制 的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　2 l 世紀是一個高度自動化的社會 ，隨著科技的發(fā)展和人類的新需要，大型智能型行走機器人將應(yīng)運而生。資料表明，液壓技術(shù)作為能量傳遞或做功環(huán)節(jié)是其中必不可少的一部分。故無論現(xiàn)在還是將來 ，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟中都占有重要的一席之地

17、，發(fā)揮著無法替代的作用。 </p><p>　　現(xiàn)代液壓技術(shù)與微電子技術(shù) 、計算機控制技術(shù)、傳感技術(shù)等為代表的新技術(shù)緊密結(jié)合，形成一個完善高效的控制中樞，成為包括傳動、控制檢測、顯示乃至校正、預(yù)報在內(nèi)的綜合自動化技術(shù)。它是中大功率機械設(shè)備實現(xiàn)自動化不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)，應(yīng)用面極其廣泛。下面從考查其主要服務(wù)領(lǐng)域需求入手，來展望液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　1 ． 可靠性和性能穩(wěn)定

18、性逐漸提高 </p><p>　　可靠性和性能穩(wěn)定性是涉及面最廣的綜合指可靠性設(shè)計 、制造以及可靠性維護三大方 面。隨著諸如工程塑料、復(fù)合材料、高強度輕合金等新材料的應(yīng)用，新工藝新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，元、器件性能的可靠性得以大大增加 。系統(tǒng)可靠性設(shè)計理論的成熟與普及，使合理地進行元器件的選配有了理論依據(jù)。此外，過濾技術(shù)的完善和精度的提高(過濾器精度可達1～3 pm，而典型現(xiàn)代液壓元件的動態(tài)間隙為0.5～5um) ，除了能

19、徹底清除固體雜質(zhì)外，還能分離油中的氣體和水分。在線實時油污檢測器和電子報警邏輯系統(tǒng)的應(yīng)用，使得液壓系統(tǒng)的維護從過去的簡單拆修發(fā)展到主動維護，對可預(yù)見的諸因素進行全面分析，最大限度地提前消除誘發(fā)故障的潛在因素。</p><p>　　2 ．增強對環(huán)境的適應(yīng)性，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域液壓傳動雖然具有很多優(yōu)點，但由于存在著熱、噪聲、工作介質(zhì)污染等不盡人意的地方，其應(yīng)用受到某種程度上的制約。面對環(huán)保意識來越強的未來，應(yīng)采取相應(yīng)措施逐

20、步解決和改以上問題。比如，對于泵電動機全封閉式動力組合，通采用降噪、隔聲結(jié)構(gòu)，并用專門材料做外殼，可將噪聲降至6 0dB以下。又如，選擇環(huán)保介質(zhì)、水基介質(zhì)和新型的“ 電流變”液體作為介質(zhì)，將優(yōu)化系統(tǒng)性能，控制污染 ，擴大其應(yīng)用場合。此外，能耗控制技術(shù)也越來越受到重視，因為這不僅意味著節(jié)約能源，降低損耗，而且能消除發(fā)升溫這個誘發(fā)液壓系統(tǒng)故障的根本潛因，提高統(tǒng)的工作可靠性和性能穩(wěn)定性，更重要的是它使冷卻系統(tǒng)的必要性不斷縮小。通過采用集成回路

21、和鑄造流道以減少管道損失，減少非安全要的溢流量，減少系統(tǒng)的節(jié)流損失等，以達到控制系統(tǒng)的能耗。</p><p>　　3 ． 機電液一體高度集成化 </p><p>　　微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為液壓技術(shù)的進步注入了新的活力。液壓器件是機電一體化的重要接口器件，充分考慮到液壓技術(shù)的特點，而開發(fā)研制出的集液壓、電子、傳感技術(shù)于一體的新產(chǎn)品及其組成系統(tǒng)，兼?zhèn)淞穗姎夂鸵簤杭夹g(shù)的雙重優(yōu)勢。如低耗高速 (

22、10mA以下響應(yīng)時間在2ms以內(nèi))電磁鐵及數(shù)字式電液器件，可作為直接接口的電液轉(zhuǎn)換器。內(nèi)藏位移傳感器的液壓缸用于高精度閉環(huán)控制時，可實現(xiàn)工況監(jiān)視和傳感功能。液電技術(shù)的融合使得液壓技術(shù)的發(fā)展超出自身傳統(tǒng)的科學(xué)領(lǐng)域，向著包括傳動、控制、檢測在內(nèi)的綜合自動化技術(shù)方向發(fā)展。為提高液壓技術(shù)的應(yīng)用水平和加速拓展其應(yīng)用領(lǐng)域并最大限度地方便用戶，發(fā)展集成式多功能元器件已成為必然的趨勢。集成化發(fā)展分為三個層次：首先是單功能元件的組合向多功能元件的發(fā)展，如

23、用于工程機械閉式泵一馬達系統(tǒng)的一 種多功能閥，能完成單向補油、高壓溢流、旁路和壓力釋放。其次是集成器件子系統(tǒng)化。最后，是開發(fā)智能型一體化器件，它可以實現(xiàn)功率的合理分配，修正人為控制信號，使元器件或系統(tǒng)自動保持最佳工作狀態(tài)。如此一來，組成系統(tǒng)時技術(shù)含量高的部分工作就逐漸向生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)移，這樣就可最大限度地方便用戶，普及其應(yīng)用。 </p><p>　　4 ．液壓 CAD技術(shù) </p><p>　

24、　CAD技術(shù)使人工設(shè)計方式變?yōu)樽詣踊桶胱詣踊姆绞?，尤其是CAD／CAM／CAPP的推廣和應(yīng)用使液壓技術(shù)得到迅速發(fā)展。在液壓CAD的開發(fā)和研究方面應(yīng)注意以下幾點 ：( 1 )充分利用現(xiàn)有的液壓CAD設(shè)計軟件，進行二次開發(fā)，建立知識庫信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設(shè)計—制造—銷售—使用—設(shè)計的閉式循環(huán)系統(tǒng)。(2)將計算機的仿真及適時控制結(jié)合起來，將模型放入“硬”件和系統(tǒng)中，借此在建造實際樣機之前，便可在軟件里修改其特性參數(shù)，以達到最佳設(shè)計結(jié)果。下一

25、個比較長遠的目標是，利用技術(shù)全面支持液壓產(chǎn) 品從概念設(shè)計、外觀設(shè)計、性能設(shè)計、可靠性設(shè)計到零部件詳細設(shè)計的全過程，并把計算機輔助設(shè)計、計算機輔助分析、計算機輔助工藝規(guī)劃、計算機輔助檢驗、計算機輔助測試和現(xiàn)代管理系統(tǒng)集成在一起，建立計算機制造系統(tǒng)，使液壓設(shè)計與制造技術(shù)有一個突破性的進展。 </p><p>　　5 ．新材料新工藝的應(yīng)用 </p><p>　　新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或

26、涂料，可使液壓技術(shù)的發(fā)展有一個新的飛躍。為了保護環(huán)境，減少漏油對環(huán)境的危害，可采用生物降解迅速的壓力流體，如菜油基和合成脂基的傳動用介質(zhì)將得到廣泛應(yīng)用。據(jù)專家預(yù)測，今后10年大部分行走機械中使用的液壓油(礦物油)將會為生物降解迅速的流體所替代。鑄造工藝的發(fā)展，將促進液壓元件性能的提高，如鑄造流道在閥體和集成塊中的廣泛使用，可優(yōu)化元件內(nèi)部流動，可減少壓力損失和降低噪聲，實現(xiàn)元件小型化。如果上述提高液壓技術(shù)的方向得到充分實現(xiàn)，可以肯定，液壓

27、技術(shù)和其他傳動方式相比將繼續(xù)持其有力的競爭地位。 </p><p>　　總之，液壓技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用面，它作為一種重要的工業(yè)自動化基礎(chǔ)件，已與微電子技術(shù)、傳感技術(shù)緊密結(jié)合，形成并發(fā)展成為包括傳動、控制、檢測、校正在內(nèi)的綜合自動化技術(shù)，其內(nèi)涵較之傳統(tǒng)的液壓技術(shù)更加豐富而完整 。 </p><p>　　1.3液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　液壓傳動是以流

28、體作為工作介質(zhì)對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經(jīng)由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力拖動和機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于工程機械，建筑機械和機床等設(shè)備上。由于要使用原油煉制品來作為傳動介質(zhì)，近代液壓傳動技術(shù)是由19世紀崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦船上的炮塔轉(zhuǎn)位器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用車床到2

29、0世紀30年代末才用上了液壓傳動。第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些兵器上用上了功率大，反應(yīng)快，動作準的液壓傳動和控制裝置，大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標準的不斷制訂和完善，各類元件的標準化，規(guī)格化，系列化而在機械制造，工程機械，材料科學(xué)，控制技術(shù)，農(nóng)業(yè)機械，汽車制造等行業(yè)中推廣開來。由于軍事及建設(shè)需要的刺激，液壓技術(shù)日益成熟。20世紀60年代后，原子能技術(shù)，空間技術(shù)，計算機技術(shù)等的發(fā)

30、展再次將液壓技術(shù)推向前進，使它發(fā)展成為包括傳動，控制，檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟的各個方面</p><p>　　液壓技術(shù)的智能化階段雖然開始不久，但是從它的星星點點實踐成功的事例來看，成果已非常誘人。例如，折臂式小汽車裝卸器能把小汽車吊起來，拖入集裝箱內(nèi)，按最緊湊的排列位置堆放好，最多時能裝入8輛。裝卸器內(nèi)裝有微型計算機，它能按預(yù)定程序操縱8個液壓缸，在傳感器的配合下協(xié)調(diào)連桿機構(gòu)的動作，完成堆裝任

31、務(wù)。卸車時的操作按相反的順序協(xié)調(diào)動作，以使受訓(xùn)練的波音民航噴氣客機駕駛員不用上天就可以經(jīng)歷6個自由度的顛簸搖擺，座椅振動，著陸彈跳等項的運動感覺，并能對駕駛員的操作作出擬真的響應(yīng)?？傊簤杭夹g(shù)在與微電子技術(shù)緊密結(jié)合后，在微型計算機或微處理機的控制下，可以進一步拓寬它的應(yīng)用領(lǐng)域，形形式式機器人和智能元件的使用不過是它最常見的例子而已。</p><p>　　1.4本文主要研究內(nèi)容</p><p&

32、gt;　　某臥式雙面銑削組合機床用于加工鑄鐵變速箱箱體的兩個端面，試設(shè)計該機床的液壓控制系統(tǒng)。</p><p>　　機床的動作循環(huán)為夾緊缸夾緊工作臺快速接近工件工作臺進給工作臺后退夾緊缸松開原位停止。要求夾緊力可調(diào)并保壓，工作臺運動平穩(wěn)且進給速度可調(diào)。 </p><p>　　已知參數(shù)如下：夾緊缸：夾緊力800N， 快進行程30mm、快退行程30mm，快退的速度4000。工作臺：重量40

33、00N，軸向最大工作負載為12000N，快進行程100mm，速度3500，工進200mm，速度80~300，快退300mm，速度6000，加減速時間0.2s，工作臺為平導(dǎo)軌，靜、動摩擦系數(shù)分別為0.2，0.1.</p><p><b>　　2液壓系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　2.1液壓系統(tǒng)原理及組成</p><p>　　以液體作為工作介

34、質(zhì)來進行能量傳遞和控制的傳動形式稱為液壓傳動，與利用液體動能的液力傳動不同的是它以液體的壓力能來傳遞動力，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出液體靜壓力傳動原理來實現(xiàn)的。</p><p>　　液壓系統(tǒng)一般是由以下5個部分組成：</p><p>　　動力源——用來將原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的壓力能，輸出有一定壓力的油液，最常見的形式就是液壓泵。</p><p>　　執(zhí)行器——用來

35、將液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，來驅(qū)動工作機構(gòu)帶動負載工作，可實現(xiàn)往復(fù)直線運動、連續(xù)回轉(zhuǎn)運動、擺動等。有液壓缸、液壓馬達等。</p><p>　　控制調(diào)節(jié)裝置——控制液壓系統(tǒng)油液壓力、流量和方向，以保證執(zhí)行器驅(qū)動的工作機構(gòu)完成預(yù)期動作。有各種液壓閥。</p><p>　　輔助裝置——用來存放、提供、回收油液，濾除油液雜質(zhì)，給油液降溫；存儲、釋放液壓能或吸收液壓脈動、沖擊；顯示系統(tǒng)壓力、油溫等。

36、有郵箱、管件、過濾器、熱交換器、蓄能器、各種指示儀表等。</p><p>　　液壓工作介質(zhì)——傳遞能量的介質(zhì)，同時起著潤滑、冷卻等作用。有各種液壓油。</p><p>　　2.2 雙組合銑面床液壓系統(tǒng)主功能結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖2.1所示為雙面組合銑床主機結(jié)構(gòu)布局示意圖</p><p><b>　　圖2.1</b>

37、;</p><p>　　1，3-底座；2-中間底座；4，16-縱向底座；5-縱向滑臺；6-立柱；7-立置滑座；8-立置滑臺；9，13-洗削頭；10-加緊液壓缸；11-夾緊機構(gòu)支架；12-壓板；14-縱向滑臺；15-橫向滑座（兼做縱向滑臺）</p><p>　　該銑床的主機結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它采用了立，臥復(fù)合式雙面雙主軸洗削頭跨兩個工位的大主軸箱配置方案。穿越本機床及自動線中其他各機床中間

38、底座的運輸帶完成工件的自動拔銷，向前和定位；門式夾緊機構(gòu)安裝在中間底座2上方，由兩個同規(guī)格液壓缸10分別驅(qū)動兩個壓板12完成工件1和工件2的夾緊，松開。銑床左面的雙面洗削頭9由立置動力滑臺8驅(qū)動，完成洗削加工時的垂直進給和復(fù)位動作，立柱6安裝在臥式縱向動力滑臺上，故滑臺5用以驅(qū)動立柱與滑臺8完成洗削前后的空程快速進退動作。機床右面的兩個滑臺均臥式配置，橫向動力滑臺14驅(qū)動雙軸洗削頭13完成洗削加工時的橫向進給和復(fù)位動作，縱向動力滑臺15

39、兼作滑臺14的滑座，來驅(qū)動滑臺14完成洗削前后的空程快速進退動作?？涨涣⒅?裝有鑄鐵塊平衡錘，用以平衡立置滑臺8及洗削頭9的自重?；_5及滑臺15快速前進采用可調(diào)限位擋塊限位，以防止沖程。除洗削頭的旋轉(zhuǎn)切削動力是由電動機提供外，夾具及各動力滑臺的動力均由液壓系統(tǒng)提供。</p><p><b>　　2.3負載分析</b></p><p>　　負載分析中，暫不考慮回油腔的

40、背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：切削力，導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為Ffs，動摩擦力為Ffd則 </p><p>　　工作負載Fft =12000N </p><p>　　G=4000N g=10 =0.2s</p><p>　

41、　=3500-300=3200=0.0533</p><p>　　慣性負載Fm===106.7N</p><p>　　=0.2 =0.1 </p><p>　　阻力負載 靜摩擦 Ffs =0.24000=800N </p><p>　　動摩擦 Ffd=0.14000=400N</p><p>　　

42、如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機械效率，則液壓缸在各工作階段的總機械負載可以算出，見表2.1</p><p>　　表2.1 液壓缸各運動階段負載表</p><p>　　根據(jù)負載計算結(jié)果和已知的各階段的速度，可繪制出負載圖（F-l）和速度圖（F-2）</p><p><b>　　圖2.2</b></p>

43、<p>　　2.4液壓缸主要參數(shù)的確定</p><p>　　表2.2按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力</p><p>　　組合機床液壓系統(tǒng)的最大負載約為14000N，初選液壓缸的設(shè)計壓力P1=3MPa，為了滿足工作臺快速進退速度相等，并減小液壓泵的流量，這里的液壓缸課選用單桿式的，并在快進時差動連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿

44、直徑d應(yīng)滿足：d=0.707D。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，暫取背壓為0.5并取液壓缸機械效率=0.9。則液壓缸的平衡方程：</p><p>　　故液壓缸無桿腔的有效面積：</p><p><b>　　液壓缸內(nèi)徑： </b></p><p>　　按GB/T2348-1980，取標準值D=80mm；因A1=2A，故活塞桿

45、直徑d=0.707D=56mm（標準直徑）</p><p>　　則液壓缸有效面積為：</p><p>　　差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力P2必須大于無桿腔壓力P1，其差值估取P2－P1=0.5MPa，并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時△P=0；另外取快退時的回油壓力損失為0.5MPa。根據(jù)假定條件經(jīng)計算得到液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力.流量和功率，并可繪出其工況圖</p>

46、<p>　　表2.3液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值</p><p>　　注：1.差動連接時，液壓缸的回油口到進油口之間的壓力損失.</p><p>　　2.5液壓系統(tǒng)圖的擬定</p><p>　　2.5.1選擇液壓回路</p><p><b>　　1調(diào)速回路的選擇</b></p>&l

47、t;p>　　該機床液壓系統(tǒng)的功率?。?lt;1kw）,速度較低；鉆鏜加工時連續(xù)切削，切削力變化小，故采用節(jié)流調(diào)速的開式回路是合適的，為了增加運動的平穩(wěn)性，防止鉆孔時工件突然前沖，系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路中加背壓閥。</p><p>　　2油源及其壓力控制回路的選擇</p><p>　　該系統(tǒng)由低壓大流量和高壓小流量兩個階段組成，因此為了節(jié)能，考慮采用雙聯(lián)葉片泵油源

48、供油。</p><p>　　3快速運動與換向回路</p><p>　　由于系統(tǒng)要求快進與快退的速度相同，因此在雙泵供油的基礎(chǔ)上，快進時采用液壓缸差動連接快速運動回路，快退時采用液壓缸有桿腔進油，無桿腔回油的快速運動回路。</p><p><b>　　4速度換接回路</b></p><p>　　由工況圖可以看出，當動力頭部

49、件從快進轉(zhuǎn)為工進時滑臺速度變化較大，可選用行程閥來控制快進轉(zhuǎn)工進的速度換接，以減少液壓沖擊。</p><p><b>　　5壓力控制回路</b></p><p>　　在泵出口并聯(lián)一先導(dǎo)式溢流閥，實現(xiàn)系統(tǒng)的定壓溢流，同時在該溢流閥的遠程控制口連接一個二位二通電磁換向閥，以便一個工作循環(huán)結(jié)束后，等待裝卸工件時，液壓泵卸載，并便于液壓泵空載下迅速啟動。</p>

50、<p>　　6行程終點的控制方式</p><p>　　這臺機床用于鉆、鏜孔（通孔與不通孔）加工，因此要求行程終點的定位精度高因此在行程終點采用死擋鐵停留的控制方式。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　2.5.2組成液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　將上述所選定的液壓回路進行組合，并

51、根據(jù)要求作必要的修改補充，即組成如下圖2.3所示的液壓系統(tǒng)圖。為便于觀察調(diào)整壓力，在液壓泵的進口處、背壓閥和液壓缸無腔進口處設(shè)置測壓點，并設(shè)置多點壓力表開關(guān)。這樣只需一個壓力表即能觀測各點壓力。</p><p>　　圖2.3液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　1，夾緊缸；2，行程開關(guān)；3，調(diào)速閥；4，工作缸；5，卸荷閥；6，二位三通換向閥；7，單向加壓閥；8，調(diào)速閥；9，調(diào)速閥；10，三位

52、四通換向閥；11，三位四通換向閥；12，液壓泵；14，油箱；15，單向閥</p><p>　　液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表2.4所示。</p><p>　　表2.4電磁鐵動作順序</p><p>　　1）工作臺夾緊：啟動電機，點擊按鈕使電磁閥1YA得電，使三位四通換向閥10開到左路，推動夾緊缸1活塞桿前進</p><p>　　進油路：液壓

53、泵12的壓力油——換向閥10的左路——通過單向節(jié)流閥——夾緊缸1左腔——使夾緊缸1的活塞桿伸出（夾緊）。</p><p>　　回油路：油由夾緊缸1的右腔流出，通過單向節(jié)流閥和換向閥10的左路，返回油箱。</p><p>　　2）工作臺快進 夾緊缸1得活塞桿完全伸出，壓下行程開關(guān)SQ2，使電磁鐵3YA得電，使三位四通換向閥11開到左路，推動工作缸活塞桿前進。</p><

54、;p>　　進油路：液壓泵12的壓力油——換向閥11左路——單向節(jié)流閥——工作缸4的左腔，使活塞向右運動。</p><p>　　回油路：油由工作缸4的右腔流出——換向閥5左路——換向閥11左路——液壓泵12</p><p>　　3）工作缸工進：工作缸4的活塞運動到100mm，壓下行程開關(guān)SQ4，使電磁鐵5YA得電，此時的油液流動路線如下。</p><p>　　進

55、油路：液壓泵12的壓力油——換向閥11左路——單向節(jié)流閥——工作缸4的左腔，推動工作缸活塞桿前移。</p><p>　　回油路：油液由工作右腔流出——換向閥6右路——調(diào)速閥——換向閥11左路——油箱。</p><p>　　4）工作缸快退 工作缸4活塞至最右邊，觸動行程開關(guān)SQ5，使電磁鐵3YA斷電，4YA得電，此時的油液流動路線如下。</p><p>　　進油路

56、：液壓泵12的壓力油——換向閥11右路——單向節(jié)流閥——換向閥6右路，使活塞向左運動。</p><p>　　回油路：油由工作缸4的左腔流出——單向節(jié)流閥——換向閥7左路——油箱。</p><p>　　5）插銷缸拔銷 定位缸5活塞至最頂上，觸動行程開關(guān)SQ6，使電磁鐵YA5斷電（換向閥7回到中位），同時使YA4得電，此時的油液流動路線如下。</p><p>　　進

57、油路：泵13的壓力油——換向閥8右路——單向節(jié)流閥——插銷缸3的上腔，使活塞向下運動。</p><p>　　回油路：油由插銷缸3的下腔流出——調(diào)速閥——換向閥11右路——油箱。</p><p>　　6）夾緊缸放松：當工作缸活塞回到缸底，壓下行程開關(guān)SQ3，使電磁鐵4YA斷電（換向閥11回到中位），同時使2YA得電，此時的油液流動路線如下。</p><p>　　進油路

58、：液壓的壓力油——換向閥10右路——夾緊缸1的右腔，推動夾緊缸活塞桿返回。</p><p>　　回油路：油液由夾緊缸左腔流出——溢流節(jié)流閥——調(diào)速閥——換向閥10右路——油箱。</p><p>　　2.5.3液壓元件的選擇</p><p>　　首先確定液壓泵的最高壓力：前已經(jīng)算出步移缸的工作壓力p1=4.52Mpa,考慮到本系統(tǒng)油路較為簡單，故取泵至缸間的壓力損失為

59、=0.4Mpa，</p><p><b>　　根據(jù)式pp（pa）</b></p><p>　　所以Pp=4.52+0.4=4.92Mpa</p><p>　　然后確定液壓泵的流量：液壓泵的最大供油量Qp由表2.6可知，按液壓缸的最大輸入流量2.21*10-3m3/s進行估算。由式Qp（m3/s）得</p><p>　　式

60、中k——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1-1.3.這里取k為1.2。</p><p>　　——同時動作的液壓執(zhí)行器的最大流量；對于工作過程中始終用流量閥節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，尚需加上溢流閥的最小溢流兩，一般取2-3L/min.這里取2L/min</p><p>　　所以Qp=1.2*（2.21*10-3+0.03*10-3）=2.69*10-3m3/s=161.28L/min</p>&

61、lt;p>　　最后確定液壓泵及驅(qū)動電機的規(guī)格：根據(jù)以上計算結(jié)果查閱機械設(shè)計手冊，選用規(guī)格相近的YB-C171B型葉片泵，其額定壓力為7Mpa，排量為171.9mL/r，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，額定工況下能保證的輸出流量為157.6L/min。</p><p>　　又由表5-13可得，取泵的總效率為0.80，則所需電機功率為：</p><p>　　Pp=pp*Qp/=4.92*1

62、06*161.28*10-3/（0.80*60*1000）=16.53kW</p><p>　　選用電動機型號：查表5-14，選用規(guī)格相近的Y200L1-6型封閉式三相異步電動機，其額定功率為18.5kW，轉(zhuǎn)速為970r/min。</p><p><b>　　閥類元件及輔助元件</b></p><p>　　由表2.6、圖2.4可以得到各類閥類元

63、件及輔助元件的工作過程中的工作流量?？蛇x出各類閥類元件及輔助元件的型號在下表2.8。</p><p>　　表2.8 鑄型輸送機液壓控制系統(tǒng)元件類型規(guī)格</p><p><b>　?。ㄈ┯凸?lt;/b></p><p>　　各元件間的連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出油管則根據(jù)ISO6020/2，可知油口尺寸處連接螺紋為M22&#

64、215;1.5,根據(jù)表2-8（JB827-66）選外徑為22mm，壁厚為1.6mm的無縫鋼管。</p><p>　　表2-9 鋼管公稱通徑、外徑、壁厚、連接螺紋及推薦流量表</p><p><b>　?。ㄋ模┯拖?lt;/b></p><p>　　查閱《液壓工程手冊》，</p><p>　　V=ξ×qp，

65、 </p><p>　　取ξ=3，qp=132.6，帶入數(shù)據(jù)，得V=397.8L，</p><p>　　根據(jù)JB/T7938-1999規(guī)定，取標準值V=400L。</p><p>　　6.液壓缸的設(shè)計和計算</p><p>　　液壓缸的設(shè)計是在對整個液壓系統(tǒng)進行了工況分析，編制了負載圖，選定了工作

66、壓力之后進行的：先根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型，然后按負載情況、運動要求、最大行程等確定其主要尺寸，進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算，最后再進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　（一）液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的問題</p><p>　　液壓缸的設(shè)計和使用正確與否，直接影響到它的性能和易否發(fā)生故障，在這方面，經(jīng)常碰到的是液壓缸安裝不當、活塞桿承受偏載、液壓缸或活塞下垂以及活塞桿的壓桿失穩(wěn)等問題，所以，在設(shè)計液

67、壓缸時，必須注意如下幾點：</p><p>　　1. 盡量使活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。</p><p>　　2. 考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸的排氣問題。缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中須有相應(yīng)的措施。但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問題。</p><p>　　3. 正確確定液壓缸的安裝、固定方式。如承受彎曲的活

68、塞桿不能用螺紋連接，要用止口連接。液壓缸不能在兩端用鍵或者銷定位，只能在一端定位，為的是不致阻礙它在受熱時的膨脹。如沖擊載荷使活塞桿壓縮，定位件須設(shè)置在活塞桿端，如為拉伸則設(shè)置在缸蓋端。</p><p>　　4. 液壓缸各部分結(jié)構(gòu)須根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標準進行設(shè)計，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、加工、裝配和維修方便。</p><p>　?。ǘ┮簤焊字饕叽缂跋嚓P(guān)零件的確定</p>

69、<p>　　設(shè)計出的液壓圖，如圖2.5所示</p><p><b>　　圖2.5</b></p><p>　　1——活塞桿；2——缸蓋；3——防塵圈；4——擋油環(huán)；5、6、11、12——密封圈；7、13——密封環(huán)；8——缸體；9、14——排氣閥；10——活塞；15——墊圈；16——螺母；17——防松螺母；18——螺母；19——螺桿。</p>

70、<p><b>　　設(shè)計過程如下：</b></p><p>　　根據(jù)負載大小和選定的工作壓力，參照GB/T2348-1993,已經(jīng)選定了缸筒內(nèi)徑D=100mm，液壓缸活塞缸的直徑d=56mm。</p><p>　　根據(jù)新版機械設(shè)計手冊第四卷，表23.6-59工程機械用液壓缸外徑系列選取液壓缸</p><p><b>　　12

71、0mm。</b></p><p>　　由于活塞桿外伸時承受的力比較小，所以活塞桿和活塞的連接可以選用螺紋，選用螺紋連接，活塞的寬度根據(jù)其結(jié)構(gòu)，參考相關(guān)書籍，取為25mm。</p><p>　　液壓缸的缸筒長度由最大工作行程決定，缸筒的長度一般最好不超過其內(nèi)徑的20倍，本液壓系統(tǒng)行程為60mm，根據(jù)GB/T2349-1980，液壓缸活塞行程選取為60mm，活塞寬度25mm，結(jié)合具

72、體結(jié)構(gòu)，會有一定長度的預(yù)留，所以經(jīng)過綜合，缸筒長度為153mm，本液壓缸缸筒內(nèi)徑不大，缸筒厚度參考相關(guān)書籍取為5mm。</p><p>　　本液壓缸油口的開設(shè)，本液壓缸的油口開在缸筒加厚處。油口與油管的連接采用螺紋連接，根據(jù)表2-9，選進、出油口螺紋為M16×1.5，再查JB827-66，選擇進、出油口的油管，選公稱通徑為10mm，外徑為16mm，壁厚為1.6mm的無縫鋼管。</p>&l

73、t;p>　　關(guān)于密封，密封件及密封裝置的基本要求有如下幾點：</p><p>　　良好的密封性能，且密封能力隨壓力升高而升高，并在磨損后有一定的自動補償能力。</p><p>　　密封材料要與工作介質(zhì)有良好的“兼容性”，彈性好，永久變形小，有適當?shù)臋C械強度，耐熱耐磨性能好。</p><p>　　動密封裝置的動、靜摩擦阻力小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，與金屬接觸不相互粘著和

74、腐蝕；不出現(xiàn)運動偶合件卡死或運動不均與現(xiàn)象。</p><p>　　制造簡單，裝拆方便，成本低。</p><p>　　常用的密封件有壓緊型O形及滑環(huán)組合O形密封圈、Y形、V形唇形圈及雙向組合唇形密封圈等。O形圈可作動、靜密封使用，安裝方便，價格便宜，所以，活塞與缸筒之間，缸筒和缸蓋之間用O形圈密封，查閱O形圈的國標GB3452.1-1992，選106×3.55G GB3452.1-

75、92。膠型圈比O形圈壽命長，使用速度范圍寬，所以活塞桿與缸蓋之間用J形圈密封，據(jù)此選擇其d=56mm，D=60mm，L1=12mm，符號意義，參見標準。</p><p>　　為了排除液壓缸中剩留的空氣，缸蓋上設(shè)置有排氣孔，與排氣閥相連，可以排除缸內(nèi)空氣。</p><p>　　液壓回路中由于工作中的運行速度不是太快，并且加速的時間不是很長，所以液壓缸不需要再另外設(shè)置緩沖裝置。</p&g

76、t;<p>　　導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向套是裝在液壓缸有桿側(cè)的缸蓋內(nèi)，用以對活塞桿導(dǎo)向。導(dǎo)向套的內(nèi)側(cè)裝有密封裝置，保證缸筒有桿腔的密封性，外側(cè)裝有防塵圈，防止活塞桿內(nèi)縮時把雜質(zhì)、灰塵、水分帶到密封裝置區(qū)，以致破壞密封裝置，當導(dǎo)向套不是用耐磨材料制成時，其內(nèi)環(huán)可以裝導(dǎo)向環(huán)，用以對活塞桿導(dǎo)向。根據(jù)經(jīng)驗公式，導(dǎo)向套滑動面的長度取（0.6～1.0）d，其中d為活塞桿直徑，據(jù)此，取為20mm。</p><p>　　缸蓋

77、和缸筒用螺栓連接，經(jīng)過設(shè)計，左側(cè)選擇M5×35的螺栓，右側(cè)選擇M5×50。</p><p>　　液壓缸的缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋處固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進行強度校核，本系統(tǒng)壓力小，且選擇的尺寸、零件都有足夠的余量，完全符合強度要求，所以，不進行校核。</p><p>　　2.5.4液壓系統(tǒng)的性能驗算</p><p>　　驗算液壓系

78、統(tǒng)性能的目的在于判斷設(shè)計質(zhì)量，或從幾種方案中評選最佳設(shè)計方案。液壓系統(tǒng)的性能驗算是一個復(fù)雜的問題，目前只是采用一些簡化公式進行近似估算，以便定性地說明情況。當設(shè)計中能找到經(jīng)過實踐檢驗的同類系統(tǒng)作為對比參考，或可靠的實驗結(jié)果可供使用時，系統(tǒng)的性能驗算就可以省略。</p><p>　　液壓系統(tǒng)性能驗算的項目很多，常見的有回路壓力損失驗算和油液溫升驗算。</p><p>　?。ㄒ唬┗芈穳毫p失驗

79、算</p><p>　　壓力損失包括管道內(nèi)的沿程損失和局部損失以及閥類元件處的局部損失三項。管道內(nèi)的這兩種損失可才《液壓工程手冊》中的有關(guān)公式估算；閥類元件的局部損失則須從產(chǎn)品樣本中查出。當通過閥類元件的實際流量q不是其公稱流量qn時，它的實際壓力損失Δp與其額定壓力損失Δpn間將呈如下的近似關(guān)系</p><p>　　Δp=Δpn（q/qn）2

80、 (2-13)</p><p>　　計算液壓系統(tǒng)的回路壓力損失時，不同的工作階段要分開來計算?；赜吐飞系膲毫p失一般都折算到進油路上去。根據(jù)回路壓力損失估算出來的壓力閥調(diào)整壓力和回路效率，對不同方案的對比來說都具有參考價值，但在進行這些估算時，回路中的油管布置情況必須先行明確。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個回路的壓力損失無法估算，不過，本液壓

81、系統(tǒng)工作壓力小，各元件及泵的額定壓力遠大于系統(tǒng)所需最大壓力，故壓力損失再嚴重，也不會使系統(tǒng)所需壓力達到系統(tǒng)能提供的最大值。</p><p><b>　?。ǘ┯鸵簻厣炈?lt;/b></p><p>　　這項驗算是用熱平衡原理來對油液的溫升值進行估計。單位時間內(nèi)進入液壓系統(tǒng)的熱量Hi（以Kw計）是液壓泵輸入功率Pi和液壓執(zhí)行元件有效功率P0之差，假如這些熱量全部由油箱散發(fā)

82、出去，不考慮系統(tǒng)其它部分的散熱效能，則油液溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關(guān)的手冊中找出來。例如，當油箱三個邊的尺寸比例在1:1:1到1:2:3之間、油面高度是油箱高度的80%、且油箱通風良好時，油液溫升ΔT（以oC計）的計算式可以用單位時間內(nèi)輸入熱量Hi和油箱有效容積V（以L計）近似地表示成</p><p>　　ΔT=（Hi/ ）*103 (2-14)</

83、p><p>　　當驗算出的油液溫升值超過允許數(shù)值時，系統(tǒng)中必須考慮設(shè)置適當?shù)睦鋮s器。油箱中油液允許的溫升值隨主機不同而不同：一般機床為25～30oC，工程機械為35～40oC，等等。</p><p>　　本系統(tǒng)中，以最大速度時，系統(tǒng)的有效功率P0最小，所產(chǎn)生的功率損失最大，發(fā)熱量也最大，現(xiàn)把所有階段完全視為最大速度來計算溫升。</p><p>　　系統(tǒng)工進時，液壓缸的有

84、效功率為</p><p>　　P0 =Fv=40000*0.25=10kW </p><p>　　這時泵通過卸荷閥卸荷，輸出功率</p><p>　　Pi=qp*η=156.7L/min*4.92*106*0.8=10.28kW </p><p>　　由此得到液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為&l

85、t;/p><p>　　Hi= Pi- P0=（10.28-10）kW=0.28kW </p><p>　　油液溫升ΔT（以oC計）的計算式可以用單位時間內(nèi)輸入熱量Hi和油箱有效容積V（以L計）近似地表示成</p><p>　　ΔT=（Hi/ ）*103</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)，求出油液溫升近似值</p><

86、;p>　　ΔT=（0.28*103）/ =5.16oC </p><p>　　溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不須設(shè)置冷卻器。</p><p><b>　　3控制系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　3.1可編程控制器的概述</p><p>　　可編程控制器（programmable con

87、troller）簡稱PC。它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。</p><p>　　它是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、

88、通訊技術(shù)等融合為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。PLC面向控制過程、面向用戶，被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，以成為一種最重要、最普及、工作方便、可靠性高、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制裝置，被公認為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。</p><p>　　3.1.1 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展</p><p>　　PLC的產(chǎn)生源于美國汽車制造業(yè)飛速發(fā)展的需要。19

89、68年美國通用汽車公司（G.M）為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新、生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期，于是就設(shè)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來制成一種通用控制裝置。由此提出了新型工業(yè)控制裝置的幾點招標要求。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制

90、成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。</p><p>　　早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制，通常稱為可編程控制器（PLC），即其英文全稱為Programmable Logic Controller，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，在20世紀70年代中期將微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使P

91、LC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20世紀80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示燈功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名副其實的多功能控制器

92、。</p><p>　　自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并取得了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲和日本等三個流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜，在世界市場上占有重要地位。著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（

93、General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司，歐姆龍（OMRON）公司，德國的AEG公司、西門子（Siemens）公司，法國的TE（Telemecanique）公司等。</p><p>　　3.1.2 PLC的組成和工作原理</p><p>　　PLC是微機技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心的用于控制的特殊計算機，因此

94、PLC的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似[7]。</p><p>　　1.PLC的硬件組成</p><p>　　PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等部分組成。其中CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接。</p><p>　

95、　1）中央處理單元（CPU）</p><p>　　同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU隨機型不同而不同，常用有三類：通用微處理器、單片微處理器、位片式微處理器。</p><p><b>　　2）存儲器</b></p><p>　　存儲器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM

96、、EPROM和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3）輸入/輸出單元</b></p><p>　　輸入/輸出單元通常也成為I/O接口電路或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入單元輸入被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的一句；同時PLC又通過輸出單元

97、將處理結(jié)果輸出到被控對象，以實現(xiàn)控制目的。</p><p><b>　　4）通信接口</b></p><p>　　PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機、其他PLC、計算機等設(shè)備實現(xiàn)通信。</p><p><b>　　5）智能接口模塊</b></p>

98、<p>　　智能接口模塊是一個獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個模塊，通過總線與PLC相連，進行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨立地進行工作。</p><p><b>　　6）編程裝置</b></p><p>　　編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和

99、參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護PLC不可缺少的工具。</p><p><b>　　7）電源</b></p><p>　　PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在額定值±15%的范圍內(nèi)波動。</p><p><b&

100、gt;　　8）其他外部設(shè)備</b></p><p>　　除了以上所述的部件和設(shè)備外，PLC還有許多外部設(shè)備，如EPROM寫入器、外存儲器、人/機接口裝置等。</p><p>　　PLC的工作原理為PLC掃面工作方式，執(zhí)行用戶程序時，掃面是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃面執(zhí)行，周而復(fù)始運行。PL

101、C在每次掃描工作過程中，除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)工作。整個掃描工作過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個階段。</p><p>　　3.1.3PLC的特點、應(yīng)用及發(fā)展趨勢</p><p>　　PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。

102、歸結(jié)起來，有如下優(yōu)點：</p><p>　　可靠性高、抗干擾能力強</p><p><b>　　編程簡單、使用方便</b></p><p><b>　　功能完善、通用性強</b></p><p>　　設(shè)計安裝簡單、維護方便</p><p>　　體積小、重量輕、能耗低</

103、p><p>　　目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，從應(yīng)用類型上看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個方面：</p><p><b>　　開關(guān)量邏輯控制</b></p><p><b>　　運動控制</b>

104、</p><p><b>　　過程控制</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理</b></p><p><b>　　通行聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　現(xiàn)在，隨著計算機、微電子等技術(shù)的發(fā)展，很好的帶動了PLC的發(fā)展，其發(fā)展趨勢大致可以歸納如下：</p>&

105、lt;p>　　1）向高速度、大容量方向發(fā)展 例如，目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。</p><p>　　2）向超大型、超小型兩個方向發(fā)展 如現(xiàn)在已有I/O點數(shù)達14336點的超大型PLC，也有最小配置的I/O點數(shù)為8~16點的。</p><p>　　3）PLC大力開發(fā)智能模塊

106、，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力 如高速技術(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。</p><p>　　4）增強外部故障的檢測與處理能力 目前，PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　5）編程語言多樣化 除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程

107、控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。</p><p>　　3.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計原則</p><p>　　任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量為目的。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：</p><p>　　最大限度地滿足被控

108、對象的控制要求</p><p>　　這是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，也是設(shè)計中最重要的一條原則。</p><p>　　2）保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠</p><p>　　保證PLC控制系統(tǒng)能夠給長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。</p><p&

109、gt;　　力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便</p><p>　　工程的實施，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。</p><p><b>　　適應(yīng)發(fā)展的需要</b></p><p>　　由于技術(shù)的不