畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC的速度控制回路設(shè)計(jì).docx

太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC的速度控制回路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 張敬賢 學(xué)號(hào)： 102012101 系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 指導(dǎo)教師： 王玉玲 二零一四年六月誠(chéng)信聲明 本人鄭重聲明：本設(shè)計(jì)及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成設(shè)計(jì)時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。 本人簽名： 年 月 日基于PLC的速度控制回路設(shè)計(jì)摘要：隨著液壓技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的缺陷愈來(lái)愈明顯，為了更好的適應(yīng)教學(xué)的發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及滿足現(xiàn)代科研的需求，在傳統(tǒng)液壓試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，加入PLC先進(jìn)控制技術(shù)，構(gòu)建了由PLC作為下位機(jī)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，由PC作為上位機(jī)在線監(jiān)控的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)的完美結(jié)合。本設(shè)計(jì)完成了對(duì)調(diào)速運(yùn)動(dòng)回路、快速運(yùn)動(dòng)回路、速度換接回路這三種速度控制回路的設(shè)計(jì)，最后利用JDY-B 機(jī)電液氣綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的速度控制回路及PLC程序。關(guān)鍵詞：液壓試驗(yàn)臺(tái)，速度控制回路，PLCBased on the speed of the PLC control circuit design Abstract：With the development of hydraulic technology and modern control technology, the deficiency of the traditional hydraulic experimental platform becomes more and more clear, in order to better adapt to the development of teaching, enhance the ability of students to solve practical problems, and meet the needs of modern scientific research, on the basis of the traditional hydraulic test bench, to join the advanced PLC control technology, built by PLC as lower machine control field device, is controlled by a PC as a PC online monitoring system, can realize the perfect combination of machine, electricity, liquid, and computer. This design completed for speed regulation circuit, fast motion loop, speed in the three speed control circuit design, finally using JDY - B liquid gas comprehensive test bench test of mechanical and electrical design of speed control circuit and the PLC program. Key words:hydraulic test bench, speed control circuit, PLC 目 錄1前言11.1 速度控制在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用11.2 課題的意義22 實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹42.1 液壓元件介紹42.1.1 液壓系統(tǒng)42.1.2 齒輪泵52.1.3 液壓缸72.1.4 液壓控制閥82.2 實(shí)驗(yàn)所用各模塊介紹112.3 輔助開(kāi)關(guān)173 PLC介紹193.1 PLC的特點(diǎn)193.2 PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語(yǔ)言203.3 PLC的功能與應(yīng)用214 速度控制回路設(shè)計(jì)234.1概述234.1.1 交流轉(zhuǎn)直流234.1.2 液壓泵驅(qū)動(dòng)模塊234.2 液壓速度控制回路設(shè)計(jì)254.2.1調(diào)速回路254.2.2快速運(yùn)動(dòng)回路284.2.3速度換接回路32結(jié) 論37參考文獻(xiàn)38致 謝3921前言隨著社會(huì)的發(fā)展，在機(jī)械工程領(lǐng)域，自動(dòng)化控制的作用越來(lái)越大，給人們帶來(lái)了越來(lái)越多的便利。工程中，機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的要求越來(lái)越高，如何使各個(gè)液壓回路的自動(dòng)化越來(lái)越改成為了不可回避的問(wèn)題。液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分，而且液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)是一門新技術(shù)，隨著流體力學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)技術(shù)、機(jī)電一體化的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，并且在工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備控制等方面都得到了廣泛應(yīng)用1。1.1 速度控制在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用(1) 速度控制在生產(chǎn)機(jī)械中的應(yīng)用調(diào)速指在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)分檔（有級(jí)）地或平滑（無(wú)級(jí)）地調(diào)節(jié)生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速。調(diào)速系統(tǒng)由生產(chǎn)機(jī)械和調(diào)速器所組成。調(diào)速器通過(guò)適當(dāng)改變流進(jìn)和流出生產(chǎn)機(jī)械的能量來(lái)調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速。調(diào)速器不僅可使生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行在某個(gè)指定的轉(zhuǎn)速，而且還能在負(fù)載變動(dòng)時(shí)保持轉(zhuǎn)速恒定或基本不變。保持轉(zhuǎn)速恒定的調(diào)速器稱為無(wú)差調(diào)速器。只能使轉(zhuǎn)速基本不變的調(diào)速器稱為有差調(diào)速器。穩(wěn)速可使生產(chǎn)機(jī)械以一定的精度穩(wěn)定在所需轉(zhuǎn)速上運(yùn)行的一種速度控制。在穩(wěn)速系統(tǒng)中，調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用能使生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速（速度）完全或基本上不受負(fù)載變化、電源電壓變化、溫度變化等外部和內(nèi)部擾動(dòng)的影響。加減速控制常用于頻繁起動(dòng)和制動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械。對(duì)加減速控制的基本要求是盡量縮短起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間以提高生產(chǎn)效率，并使生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程盡量平穩(wěn)。在生產(chǎn)過(guò)程中，從工藝要求出發(fā)，不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速（速度）的控制形式具有不同的要求。例如軋鋼機(jī)主、輔傳動(dòng)要求盡可能地縮短起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的時(shí)間，同時(shí)又能在較大范圍內(nèi)調(diào)速。而高速卷紙機(jī)則既要求有高的穩(wěn)速精度和一定調(diào)速范圍，又要求起動(dòng)和制動(dòng)平穩(wěn)。(2)速度控制在其它方面的應(yīng)用運(yùn)行的電梯，在開(kāi)始運(yùn)行和到達(dá)目的地之前，都會(huì)有一個(gè)加速和減速的過(guò)程，在二者又要要求運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，給人一種安全平穩(wěn)的乘坐環(huán)境。自動(dòng)化生產(chǎn)線上，機(jī)械手去放物件時(shí)，在接近起點(diǎn)和終點(diǎn)還有一段距離時(shí)，就會(huì)開(kāi)始變速，慢慢靠近，這樣既可以避免過(guò)大的剛性沖擊給機(jī)器或者貨物造成破壞，又可以保證工作的精度。在日常生活中，速度無(wú)處不在，對(duì)速度的控制也隨處可見(jiàn)，速度的變化對(duì)我們的生產(chǎn)生活都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。1.2 課題的意義 液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成部分，而且液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)是一門新技術(shù)，隨著流體力學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)技術(shù)、機(jī)電一體化的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，并且在工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備控制等方面都得到了廣泛應(yīng)用。液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)是生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)液壓元件和液壓系統(tǒng)的重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備2。 液壓傳動(dòng)以易獲得很大的推力或力矩、運(yùn)動(dòng)傳遞平穩(wěn)、均勻、準(zhǔn)確可靠特點(diǎn),極其廣泛地用于機(jī)床的控制中,特別是與PLC 技術(shù)相結(jié)合的機(jī)床電液控制系統(tǒng),大大提高了機(jī)床的靈活性和自動(dòng)化程度,為大規(guī)模發(fā)展自動(dòng)化生產(chǎn)線提供了廣泛的應(yīng)用前景。 隨著液壓技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的缺陷愈來(lái)愈明顯，已不能很好地適應(yīng)生產(chǎn)和研究的需要。為了可以更好的適應(yīng)教學(xué)的發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及滿足現(xiàn)代科研的需求，在傳統(tǒng)液壓試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，加入PLC先進(jìn)控制技術(shù)，構(gòu)建了由PLC作為下位機(jī)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，由PC作為上位機(jī)在線監(jiān)控的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)處理的自動(dòng)化，實(shí)時(shí)監(jiān)控等。采用了由PLC控制技術(shù)來(lái)控制液壓試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)控制響應(yīng)快、智能化，學(xué)生不僅可以根據(jù)需求搭建各種液壓回路或液壓系統(tǒng)，還可以獨(dú)立的進(jìn)行液壓設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、故障排除、編寫PLC程序、等，有利于提高學(xué)生在機(jī)電液計(jì)算機(jī)綜合控制等方面的綜合能力。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠更加熟悉的運(yùn)用Step7編程軟件,掌握編程技術(shù)進(jìn)一步加深對(duì)指令集的理解.從而為以后從事專業(yè)奠定基礎(chǔ).鍛煉了對(duì)程序控制設(shè)備及系統(tǒng)的獨(dú)立維護(hù)及設(shè)計(jì)能力。還有學(xué)生的邏輯思維能力。對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度變化從原理上有了一個(gè)較為深刻的認(rèn)識(shí)。本設(shè)計(jì)有以下要點(diǎn)：通過(guò)模擬現(xiàn)代機(jī)床加工生產(chǎn)過(guò)程中的快進(jìn)，工進(jìn)，差動(dòng)快進(jìn)，速度調(diào)節(jié)，快速返回等，設(shè)計(jì)出了與其相似的液壓變速回路。在液壓缸柱塞運(yùn)路徑上安裝接近開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)液壓缸的自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)。用PLC代替了手動(dòng)觸電和接觸器實(shí)現(xiàn)了回路的自動(dòng)控制。簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜程度。2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹2.1 液壓元件介紹2.1.1 液壓系統(tǒng)液壓傳動(dòng)又稱為容積式液壓傳動(dòng),是用液體作為介質(zhì),利用液體的壓力能和動(dòng)能來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)裝置.通常把剩用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液體介質(zhì)稱為液壓油. 液壓傳動(dòng)元件體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,容易進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速和容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,系統(tǒng)化,通用化.所以廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械,工程機(jī)械,礦山機(jī)械,農(nóng)業(yè)機(jī)械,汽車,船舶,飛機(jī)等.液壓系統(tǒng)雖然多種多樣,但從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看,它們的工作原理和組成基本相同，液壓系統(tǒng)的組成主要有：動(dòng)力元件液壓油泵；執(zhí)行元件液壓油缸、液壓馬達(dá)；控制元件液壓閥，控制液壓油的壓力、流量與方向；輔助元件管件、壓力表、儲(chǔ)能器、濾油器等等；工作介質(zhì)傳遞壓力的工作介質(zhì)，通常為液壓油，同時(shí)還可起潤(rùn)滑、冷卻和防銹的作用。（1）液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)相比較有以下優(yōu)點(diǎn)功率相同的情況下，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小，可快速啟動(dòng)和頻繁換向，能傳遞較大的力和轉(zhuǎn)矩。能方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍大，可達(dá)100：1至2000：1。而最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低至每分鐘幾轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)低速?gòu)?qiáng)力或低速大扭矩傳動(dòng)，不需減速器。傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平衡、方便可靠；負(fù)載變化時(shí)速度較穩(wěn)定?？刂普{(diào)節(jié)方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；與電氣控制或氣動(dòng)控制配合使用，能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，還可遠(yuǎn)程控制。易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；液壓元件可自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)。液壓元件易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，便于設(shè)計(jì)制造和推廣使用；元件之間用管路連接時(shí)，在系統(tǒng)中的排列布置有較大的機(jī)動(dòng)性。實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)一般比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。（2）液壓傳動(dòng)裝置存在的不足由于采用液體傳遞壓力，系統(tǒng)不可避免地存在泄漏，因而傳動(dòng)效率較低，不宜于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。對(duì)油溫變化較敏感，運(yùn)動(dòng)件的速度不易保持穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)油液的清潔程度要求高。為減少泄漏，液壓元件制造精度要求高，加工工藝復(fù)雜，因而成本較高。系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不易查找原因和維修。系統(tǒng)或元件的噪聲較大。2.1.2 齒輪泵 齒輪泵是一種常用的液壓泵，在結(jié)構(gòu)上可分為外嚙合輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵。 圖 2.1 齒輪泵圖 2.1 所示為普通常用的外嚙合齒輪泵的工作原理。當(dāng)齒輪按圖示的箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪齒從右側(cè)退出嚙合，使該腔容積增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下，經(jīng)泵的吸油管進(jìn)入右腔吸油腔，填充齒間。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)齒輪的齒間把油液從右腔帶到左腔，輪齒在左側(cè)進(jìn)入嚙合，齒間被對(duì)方輪齒填塞，容積減小，齒間的油液被擠出，使左腔油壓升高，油液從壓油口輸出，所以左腔便是泵的排油腔。外嚙合齒輪泵的排量 V，相當(dāng)于一對(duì)齒輪的齒間容積之總和。近似計(jì)算時(shí)，可假設(shè)齒間的容積等于輪齒的體積，且不計(jì)齒輪嚙合時(shí)的徑向間隙3。（1）齒輪泵存在的主要問(wèn)題：泄漏外嚙合齒輪泵高壓腔的壓力油可通過(guò)齒輪兩側(cè)面和兩端蓋間軸向間隙、泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙及齒輪嚙合線處的間隙泄漏到低壓腔中去。其中對(duì)泄漏影響最大的是端面間隙，可占總泄漏量的 75%80%。它是影響齒輪泵壓力提高的首要問(wèn)題。 徑向不平衡力，齒輪泵工作時(shí)，排油腔的油壓高于吸油腔的油壓，從排油腔起沿齒輪外緣至吸油腔的每一個(gè)齒間內(nèi)的油壓是不同的，壓力的分布是依次遞減的?？梢?jiàn)，泵內(nèi)齒輪所受的徑向力是不平衡的。這個(gè)不平衡力把齒輪壓向一側(cè)，并作用到軸承上,影響軸承的壽命。為了減小徑向不平衡力的影響，低壓齒輪泵中常采取縮小排油口的辦法。圖2.2 齒輪泵的徑向壓力分布圖2.3 齒輪泵的困油現(xiàn)象困油，為了使齒輪泵能連續(xù)平衡地供油，形成高低壓腔隔開(kāi)，必須使齒輪嚙合的重疊系數(shù)1。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩對(duì)輪齒同時(shí)嚙合的情況，即前一對(duì)輪齒尚未脫離嚙合，后一對(duì)輪齒己進(jìn)入嚙合。這樣兩對(duì)嚙合的輪齒之間產(chǎn)生一個(gè)閉死容積，稱為“困油區(qū)”。齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，困油區(qū)的容積大小發(fā)生變化，如圖2.3所示。容積縮小(由圖a過(guò)渡到圖b)時(shí)，困油區(qū)的油液受到擠壓，產(chǎn)生很高壓力而從縫隙中擠出，油液發(fā)熱，并使軸承等零件受到額外的負(fù)載。容積增大(由圖b過(guò)渡到圖c)時(shí)，困油區(qū)形成局部真空，使溶于油液中的氣體析出，形成氣泡，產(chǎn)生氣穴，使泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。這種不良現(xiàn)象叫做“困油”現(xiàn)象。為了消除困油現(xiàn)象，通常在兩側(cè)端蓋上開(kāi)消除困油的卸荷槽，見(jiàn)圖2-3（d）中的虛線所示。（2）提高壓力的措施普通結(jié)構(gòu)的齒輪泵由于齒輪端面與端蓋的間隙和齒輪齒頂與泵體的徑向間隙都是比較大的，油液通過(guò)端面間隙的泄漏量占泵總泄漏量的2/3以上因此提高齒輪泵的工作壓力，主要是靠改善齒輪端面處的密封情況，使齒輪端面在磨損后其軸向間隙能自動(dòng)補(bǔ)償。在中高壓和高壓齒輪泵中，為了提高其容積效率，一般都采用軸向間隙自動(dòng)補(bǔ)償。軸向間隙的自動(dòng)補(bǔ)償一般是采用“彈性側(cè)板”或“浮動(dòng)軸套”。在液壓力作用下使“彈性側(cè)板”或“浮動(dòng)軸套”壓緊齒輪端面，使軸向間隙減小，以減少泄漏，使泵的工作壓力提高。（3）外嚙合齒輪泵的優(yōu)缺點(diǎn)及使用外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，體積小，重量輕，成本低，自吸性能好，工作可靠，對(duì)油液污染不敏感，維護(hù)方便。其缺點(diǎn)是容積效率較低，流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)較大，噪聲也大。低壓外嚙合齒輪泵廣泛應(yīng)用于機(jī)床(磨床、珩磨機(jī))的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和各種補(bǔ)油、潤(rùn)滑及冷卻裝置以及液壓系統(tǒng)中的控制油源等。中高壓齒輪泵主要用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、軋鋼設(shè)備和航空技術(shù)中。2.1.3 液壓缸執(zhí)行元件，依靠壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，能與各類泵相配合，能實(shí)現(xiàn)多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用廣泛。液壓缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：活塞式、柱塞式和組合式（圖2.4）。按作用方式分為：?jiǎn)巫饔煤碗p作用式。密封裝置：主要防止液壓油的泄露，密封裝置的優(yōu)略直接影響液壓缸的工作性能。常用的密封方法：間隙密封：依靠運(yùn)動(dòng)零件配合面間的微小間隙來(lái)防止泄露?；钊h(huán)密封：依靠裝在活塞環(huán)形槽內(nèi)的彈性金屬環(huán)緊貼剛桶內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)密封。圖2.4 液壓缸結(jié)構(gòu)圖2.1.4 液壓控制閥液壓控制閥是液壓系統(tǒng)中用來(lái)控制液流方向、壓力和流量的元件。借助于這些閥，便能對(duì)液壓執(zhí)行元件的啟動(dòng)和停止、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度、動(dòng)作順序和克服負(fù)載的能力等進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，使各類液壓機(jī)械都能按要求協(xié)調(diào)地工作。（1）普通單向閥普通單向閥是只允許液流單方向流動(dòng)而反向截止的元件。液壓系統(tǒng)中對(duì)普通單向閥的要求主要是液流正向通過(guò)閥時(shí)壓力損失??；反向截止時(shí)密封性能好；動(dòng)作靈敏，工作時(shí)沖擊和噪聲小等。如圖2.5a和圖2.5b，分別是管式連接的直通式單向閥和板式連接的直角式單向閥。圖2.5c為普通單向閥實(shí)物圖這里為了使看圖方便，沒(méi)有畫出管式連接的螺紋和板式連接的密封圈安放槽等（以下同）。當(dāng)液流從口流入時(shí)，作用在閥芯上的壓力油液克服彈簧力頂開(kāi)閥芯2，流向，實(shí)現(xiàn)正向?qū)ǎ划?dāng)液流從口流入時(shí)，由于閥芯上開(kāi)有徑向孔，液流流進(jìn)閥芯內(nèi)部，閥芯在液壓力和彈簧力的作用下關(guān)閉閥口，實(shí)現(xiàn)反向截止。圖2.5c為單向閥的圖形符號(hào)。圖2.5 單向閥從工作原理可知，單向閥的彈簧在保證克服閥芯和閥體的摩擦力及閥芯的慣性力而復(fù)位的情況下，彈簧的剛度應(yīng)該盡可能地小，以免在液流流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的能量損失。一般情況下，單向閥的開(kāi)啟壓力為0.0350.05MPa，通過(guò)額定流量時(shí)壓力損失不應(yīng)該超過(guò)0.10.3MPa。在液壓系統(tǒng)中有時(shí)也將普通單向閥作為背壓閥使用，這時(shí)一般要換上剛度較大的彈簧，此時(shí)單向閥的開(kāi)啟壓力一般為 0.20.6MPa。（2）電磁動(dòng)換向閥電磁動(dòng)換向閥簡(jiǎn)稱電磁換向閥，是靠通電線圈對(duì)銜鐵的吸引轉(zhuǎn)化而來(lái)的推力操縱閥芯換位的換向閥。電磁閥的工作原理：電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開(kāi)有通孔，每個(gè)孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過(guò)控制閥體的移動(dòng)來(lái)檔住或漏出不同的排油的孔，而進(jìn)油孔是常開(kāi)的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過(guò)油的壓力來(lái)推動(dòng)油剛的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。如圖2.6二臺(tái)肩結(jié)構(gòu)的三位四通O型中位機(jī)能的電磁換向閥，閥體的兩側(cè)各有一個(gè)電磁鐵和一個(gè)對(duì)中彈簧。圖示為電磁鐵斷電狀態(tài)，在彈簧力的作用下，閥芯處在常態(tài)位（中位）。當(dāng)左側(cè)的電磁鐵通電吸合時(shí)，銜鐵通過(guò)推桿將閥芯推至右端，則P、A和B、T分別導(dǎo)通，換向閥在圖形符號(hào)的左位工作；反之，右端電磁鐵通電時(shí)，換向閥就在右位工作。圖2.6 三位四通換向閥電磁鐵不僅有交流和直流之分，而且有干式和濕式之別。交流電磁鐵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，啟動(dòng)力大，動(dòng)作快，但換向沖擊大，噪聲大，換向頻率不能太高（約 30次min），當(dāng)閥芯被卡住或由于電壓低等原因吸合不上時(shí)，線圈易燒壞。直流電磁鐵需直流電源或整流裝置，但換向沖擊小，換向頻率允許較高（最高可達(dá)240次min），而且有恒電流特性，電磁鐵吸合不上時(shí)線圈也不會(huì)燒壞，故工作可靠性高。二位三通電磁閥由閥體和電磁線圈兩部分組成，是自帶橋式整流電路，并帶過(guò)電壓、過(guò)電流安全保護(hù)的直動(dòng)式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中工作狀態(tài)一：電磁閥線圈不通電。此時(shí)，電磁閥鐵芯在回復(fù)彈簧的作用下靠在雙管端，關(guān)閉雙管端出口，單管端出口處于開(kāi)啟狀態(tài)，制冷劑從電磁閥單管端出口管流向冷藏室蒸發(fā)器、冷凍室蒸發(fā)器流回壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。系統(tǒng)中工作狀態(tài)二：電磁閥線圈通電。此時(shí)，電磁閥鐵芯在電磁力的作用下克服回復(fù)彈簧作用力移到單管端，關(guān)閉單管端出口，雙管端出口處于開(kāi)啟狀態(tài)，制冷劑從電磁閥雙管端出口管流向冷凍室蒸發(fā)器流回壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。電磁閥是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會(huì)用到電磁閥。（3）直動(dòng)式溢流閥圖2.7 普通直動(dòng)式溢流閥圖2.7為錐閥式和滑閥式普通直動(dòng)型溢流閥的結(jié)構(gòu)原理。對(duì)于錐閥式溢流閥，圖2.7a，當(dāng)進(jìn)油口P的油液壓力不高時(shí)，錐閥芯2被彈簧3壓緊在閥座上，閥口關(guān)閉。當(dāng)進(jìn)口油壓P升高到能克服彈簧阻力時(shí)，便推開(kāi)錐閥芯使閥口打開(kāi)，油液就從回油口T流回油箱（溢流），進(jìn)油壓力P也就不會(huì)繼續(xù)升高。對(duì)于滑閥式直動(dòng)溢流閥圖2.7b，其工作原理與錐閥式類似，進(jìn)口的壓力油通過(guò)閥體內(nèi)的通道a引入閥芯下端，直接與上端的彈簧相互作用，彈簧腔的泄漏油與出油口相連。當(dāng)進(jìn)口油壓升高到能克服彈簧阻力時(shí)，便推動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，油液就由進(jìn)油口P流入，從回油口T流回油箱。當(dāng)通過(guò)溢流閥的流量變化時(shí)，閥口開(kāi)度變化，彈簧壓縮量也隨之改變。在彈簧壓縮量變化甚小的情況下，可以認(rèn)為閥芯在液壓力和彈簧力作用下保持平衡，溢流閥進(jìn)口處的壓力P基本保持在彈簧調(diào)定值。擰動(dòng)調(diào)壓手輪4改變彈簧的預(yù)壓縮量便可調(diào)整溢流閥的溢流壓力。這種溢流閥因?yàn)槠渥饔迷陂y芯上的液壓力直接和調(diào)壓彈簧力抗衡，所以稱為直動(dòng)式溢流閥。由于液壓力直接作用于彈簧的結(jié)構(gòu)原因，需要的彈簧剛度很大，當(dāng)溢流量較大時(shí)，閥口開(kāi)度增大，彈簧的壓縮量增大，控制的油液壓力波動(dòng)大，手輪調(diào)節(jié)所需力量也大。所以普通直動(dòng)型溢流閥適用于低壓小流量系統(tǒng)。（4）單向調(diào)速閥單向調(diào)速閥如圖2.8所示，它帶壓力補(bǔ)償裝置，能維持穩(wěn)定的流量，不受出入口壓力差變化影響，能夠精確地控制執(zhí)行元件的速度。單向調(diào)速閥使一個(gè)方向的流量可以調(diào)節(jié)，而反向可自由流動(dòng)，根據(jù)標(biāo)牌刻度可方便調(diào)節(jié)或重新設(shè)定流量。適合控制機(jī)械動(dòng)作快速、慢速及快速返回之用，非常適于工具機(jī)使用。圖2.8 單向調(diào)速閥2.2 實(shí)驗(yàn)所用各模塊介紹（1）交流電源模塊 DB-1功能簡(jiǎn)介：該模塊為交流電源模塊，背面連接為其它模塊提供所需要的AC380V和AC220V電壓?；窘Y(jié)構(gòu)說(shuō)明：剩余電流動(dòng)作保護(hù)器：設(shè)備總電源開(kāi)關(guān),起到對(duì)地漏電保護(hù)作用，對(duì)地漏電不大于0.03mA；如果漏電跳閘，請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行檢修，查出問(wèn)題并解決后將漏電指示按鈕按下，開(kāi)關(guān)才能推上去使斷路器吸合（注：未解決跳閘問(wèn)題之前嚴(yán)禁合起斷路器，以免造成人身傷害）； 圖2.9 DB-1 實(shí)物圖和內(nèi)部電路圖（2）直流電源模塊DB-2 圖2.10 DB-2實(shí)物圖和內(nèi)部電路圖功能簡(jiǎn)介：該模塊為直流電源模塊，為其它模塊和元器件提供所需要的DC 5V、DC 12V和DC 24V電壓?；窘Y(jié)構(gòu)說(shuō)明：保險(xiǎn)管：對(duì)電路起過(guò)載保護(hù)作用(通常用2A的保險(xiǎn)管)；指示燈：提示AC 220V的通斷情況，燈亮表示模塊供電已導(dǎo)通，反之則斷開(kāi)；AC 220V電壓輸入：護(hù)套插座，連接配套的護(hù)套插線接受DB-1模塊供的AC 220V電壓；電源開(kāi)關(guān)：控制該模塊總電路的通斷；DC 12V電壓表：顯示DC 12V電壓輸出的實(shí)際電壓；DC 5V電壓輸出：大孔為護(hù)套插座，小孔為針式插線孔，相同顏色的三個(gè)孔是導(dǎo)通的；連接設(shè)備專用的插線給其他模塊提供DC 5V電壓；DC 12V電壓輸出：大孔為護(hù)套插座，小孔為針式插線孔，相同顏色的三個(gè)孔是導(dǎo)通的；連接設(shè)備專用的插線給其他模塊提供DC 12V電壓；DC 24V電壓輸出：大孔為護(hù)套插座，小孔為針式插線孔，相同顏色的三個(gè)孔是導(dǎo)通的；連接設(shè)備專用的插線給其他模塊提供DC 24V電壓；DC 5V電壓表：顯示DC 5V電壓輸出的實(shí)際電壓；DC 24V電壓表：顯示DC 24V電壓輸出的實(shí)際電壓。使用注意事項(xiàng)：使用本模塊，必須先用帶護(hù)套插導(dǎo)線從交流電源模塊DB-1的AC220V OUT與本模塊AC220V IN相連接，提供必要的供電電源；該電源模塊提供DC24V、DC12V、DC5V直流電源，最大負(fù)載電流4.5A，請(qǐng)注意外部負(fù)載必須在負(fù)載能力范圍以內(nèi)。（3）液壓泵控制模塊DB-5功能簡(jiǎn)介：該模塊為液壓泵控制模塊，有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式控制液壓泵站的啟停；基本結(jié)構(gòu)說(shuō)明：DC 24V電壓輸入：護(hù)套插座，連接設(shè)備專用的護(hù)套插線接受DB-2模塊供的DC 24V電壓；PC控制口：繼電器線圈，手動(dòng)控制時(shí)紅色端口接 DC 24V +、黑色端口接GND；自動(dòng)控制時(shí)紅色端口接PLC輸出端，黑色端口接GND；控制切換旋鈕：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制切換；泵站啟停旋鈕：控制泵站啟動(dòng)和停止；急停開(kāi)關(guān)：緊急切斷泵站電源，按下去就會(huì)直接切斷泵站電源，按下去后向右旋開(kāi)關(guān)再?gòu)椘?；圖2.11 DB-5D實(shí)物圖和內(nèi)部電路圖轉(zhuǎn)速表：通過(guò)傳感器測(cè)量泵站電機(jī)轉(zhuǎn)速； 微型斷路器：泵站總電源開(kāi)關(guān)。使用注意事項(xiàng)：使用本模塊，必須先用帶護(hù)套插導(dǎo)線從直流電源模塊DB-2的DC24V O與本模塊DC24V IN相連接，提供必要的供電電源；非正常斷電后，一定要將泵站啟動(dòng)旋鈕撥到停止位置，并將溢流閥開(kāi)口調(diào)節(jié)至最大，以免再次啟動(dòng)時(shí)對(duì)元器件造成沖擊損壞；（4）繼電器模塊DB-6基本結(jié)構(gòu)說(shuō)明： 1常開(kāi)觸點(diǎn) 2線圈 3接觸器 4常閉觸點(diǎn)功能簡(jiǎn)介：主要完成液壓接觸器控制應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、氣動(dòng)回路繼電器控制實(shí)驗(yàn)、機(jī)電類電氣控制實(shí)驗(yàn)等主要輔助實(shí)驗(yàn)?zāi)K； 電源插孔全部采用帶護(hù)套保護(hù)的插座，保證了實(shí)驗(yàn)的安全性能。使用說(shuō)明：禁止帶電連接導(dǎo)線、帶電取放保險(xiǎn)管、用手指摳護(hù)套內(nèi)芯、觸摸繼電器觸頭等，以免觸電；使用該模塊前，必須仔細(xì)檢查電氣控制線路是否準(zhǔn)配無(wú)誤，確認(rèn)后再進(jìn)行電氣線路連接； 圖 2.12交流接觸器各個(gè)端口均與接觸器觸頭一一對(duì)應(yīng)，端口全部開(kāi)放，線路控制電壓DC24V，請(qǐng)勿將控制電壓連接錯(cuò)誤燒壞接觸器；在使用過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)外部控制有誤動(dòng)作、誤操作等危險(xiǎn)情況發(fā)生時(shí)，請(qǐng)及時(shí)切斷電源停止控制或操作。（5）可編程控制模塊 DB-8功能簡(jiǎn)介:該模塊為西門子S7-200 CPU224 CN可編程控制器模塊，輸入相對(duì)應(yīng)的程序就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制?；窘Y(jié)構(gòu)說(shuō)明I/O輸入端公共端：與M端口相連接；AC 220V電壓輸入：護(hù)套插座，連接配套的護(hù)套插線接受DB-1模塊供的AC 220V電壓；保險(xiǎn)管：對(duì)電路起過(guò)載保護(hù)作用(通常用2A的保險(xiǎn)管)；電源開(kāi)關(guān)：控制該模塊總電路的通斷；PLC模塊：S7-200 CPU224 CN繼電器輸出, I/O輸入點(diǎn)14個(gè)、輸出點(diǎn)10個(gè)；串行口：用配套的電纜線和電腦相連接用來(lái)下載程序程序；I/O輸出公共端:與DC24V+相連接，每個(gè)公共端的額定電流最大為10A；圖2.13 DB-8實(shí)物圖I/O輸出端：接負(fù)載，每點(diǎn)額定電流最大為2A；I/O輸入端：接開(kāi)關(guān)量與L+相連M端口: PLC內(nèi)部供電負(fù)極；L+端口：PLC內(nèi)部供電正極。 PLC控制器連接電路圖（圖2.14）圖2.14 S7-200 224CN PLC輸I/O點(diǎn)外部接線方法示意圖使用注意事項(xiàng)：下載程序時(shí)要將PLC上的開(kāi)關(guān)撥到stop位置，下載完程序運(yùn)行時(shí)再將其撥到run位置；（6）按鈕控制模塊DB-9結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹：1三位旋鈕 2按鈕3常開(kāi)觸點(diǎn) 4常閉觸點(diǎn)5急停按鈕使用說(shuō)明：禁止帶電連接導(dǎo)線，該模塊控制電壓為DC24V，請(qǐng)勿采用AC220V作為控制電壓；使用該模塊前，必須仔細(xì)檢查電氣控制線路是否準(zhǔn)確無(wú)誤，確認(rèn)后再進(jìn)行電氣線路連接；圖2.15 按鈕控制模塊各個(gè)端口全部開(kāi)放，電氣可根據(jù)自己實(shí)際需求在外部進(jìn)行連接；在使用過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)外部控制有誤動(dòng)作、誤操作等危險(xiǎn)情況發(fā)生時(shí)，請(qǐng)及時(shí)切斷電源停止控制或操作。2.3 輔助開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)又稱無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測(cè)有無(wú)物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)，就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)接近開(kāi)關(guān)的核心部分是“感辨頭”，它對(duì)接近的物體有很高的感辨能力，是一種非接觸測(cè)量。 接近開(kāi)關(guān)與被測(cè)物不接觸、不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷、工作壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)噪聲、防潮、防塵、防爆性能較好、輸出信號(hào)負(fù)載能力強(qiáng)、體積小、安裝、調(diào)整方便；但是 觸點(diǎn)容量較小、輸出短路時(shí)易燒毀 (如圖2.16)。圖2.16 接近開(kāi)關(guān)3 PLC介紹可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。3.1 PLC的特點(diǎn)PLC可編程控制器具有以下特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。（2）硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.2 PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語(yǔ)言（1）PLC軟件系統(tǒng)PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來(lái)進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。（2）PLC提供的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)：它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。語(yǔ)句表語(yǔ)言，類似于匯編語(yǔ)言。邏輯功能圖語(yǔ)言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來(lái)表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算框表示一個(gè)功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。本次設(shè)計(jì)是在MicroWinV3.2軟件（如圖3.1）中使用梯形圖編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制速度回路的目的。圖 3.1 PLC編程軟件界面3.3 PLC的功能與應(yīng)用可編程控制器在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力、輕紡、電子信息產(chǎn)業(yè)等各行各業(yè)。目前典型的PLC功能有下面幾點(diǎn)：（1）順序控制：這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械，切紙機(jī)、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯控制等。（2）程控：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液體、速度、電流和電壓等，稱為模擬量?？删幊炭刂破饔蠥/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，這樣，可編程控制器可以作模擬控制用于程控。（3）數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設(shè)有四則運(yùn)算指令，可以很方便地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的資料進(jìn)行處理。用PLC可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理、控制生產(chǎn)過(guò)程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械的位置控制。（4）通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺(tái)PLC連接起來(lái)使用或者由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC組成分布式控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求。（5）顯示打印：可編程控制器還可以連接顯示終端和打印等外圍設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)顯示和打印的功能。4 速度控制回路設(shè)計(jì)4.1概述設(shè)計(jì)的整體思路如下：第一步，基于昆山巨林科教實(shí)業(yè)有限公司的機(jī)電液氣綜合試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的接觸器控制回路，進(jìn)一步了解相應(yīng)原件和模塊的使用方法； 第二步，搭接所用的變速回路，在實(shí)現(xiàn)接觸器控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)PLC進(jìn)行控制，并加入接近開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)回路的自動(dòng)化控制； 第三步，比較三種回路在控制液壓回路上的異同點(diǎn)456。現(xiàn)將液壓換接回路及其控制系統(tǒng)所要用到的元件使用方法簡(jiǎn)要介紹如下：4.1.1 交流轉(zhuǎn)直流 圖4.1 DB-2實(shí)物圖按圖4.1連好線路就可以分別輸出DC +5V, DC +12V, DC +24V的電壓。4.1.2 液壓泵驅(qū)動(dòng)模塊（1）液壓缸硬件連接方法按圖4.2 連將黑色旋鈕旋轉(zhuǎn)好線路供上電，將紅色旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)端，將黑色旋鈕旋轉(zhuǎn)到啟動(dòng)端即可啟動(dòng)液壓泵。至停止端即可停止液壓泵。當(dāng)然也可以將紅色旋鈕旋轉(zhuǎn)至PC端實(shí)現(xiàn)PC控制。圖4.2 液壓泵電源連接方法（2） PLC硬件接線方法圖4.3 PLC電源連接方法按圖4.3連好電路，即可用電腦通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程，并通過(guò)串口將PLC程序下載到可編程控制器模塊。4.2 液壓速度控制回路設(shè)計(jì)4.2.1調(diào)速回路調(diào)速是為了滿足液壓執(zhí)行元件對(duì)工作速度的要求，在不考慮液壓油的壓縮性和泄露的情況下，液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度為： （式4.1）液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為： （式4.2）式中，q為輸入液壓執(zhí)行元件的流量；A為液壓缸的有效面積；為液壓馬達(dá)的排量。由以上兩式可知，改變輸入液壓執(zhí)行元件的流量q或者改變液壓缸的有效面積A（或液壓馬達(dá)的排量）均可以達(dá)到改變速度的目的。但改變液壓缸工作面積的方法在實(shí)際中是不現(xiàn)實(shí)的，因此，只能改變進(jìn)入液壓執(zhí)行元件的流量或用改變變量液壓馬達(dá)排量的方法來(lái)調(diào)速，。為了改變進(jìn)入液壓執(zhí)行元件的流量，可采用變量液壓泵來(lái)供油，也可采用定量泵和流量控制閥，以改變通過(guò)流量閥的方法。節(jié)流調(diào)速回路可分為三種：進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，回油節(jié)流調(diào)速回路，旁油路節(jié)流調(diào)速回路，本次調(diào)速回路采用第一種進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路7（如圖4.4）。 圖4.4 調(diào)速回路的液壓原理圖在此圖中節(jié)流閥前增加一個(gè)減壓閥，并使減壓閥的泄油口接到節(jié)流閥與液壓缸之間，這樣處理可獲得如下效果:減壓閥能控制其閥后壓力為穩(wěn)定值。由于減壓閥的泄油口接到節(jié)流閥與液壓缸之間的管路上，當(dāng)液壓缸外載荷增大時(shí)，液壓缸的載荷壓力也就增大，于是減壓閥的泄油口壓力也增大，減壓閥的閥后調(diào)整壓力也增大，所以節(jié)流閥前后壓差基本不變;當(dāng)液壓缸載荷減小時(shí)，其載荷壓力也減小，減壓閥泄油口壓力也減小，減壓閥閥后調(diào)整壓力也減小，節(jié)流閥前后壓差仍基本不變。所以在外載荷變化時(shí)，節(jié)流閥仍可獲得穩(wěn)定的流量，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度穩(wěn)定。（1）調(diào)速回路I/O表表4.1 調(diào)速回路I/O輸入對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān) 功能描述輸出功能描述I0.0SB1液壓缸停止Q0.0YA1得電，液壓桿伸出I0.1SB2液壓缸啟動(dòng)Q0.1YA2 得電，液壓桿返回I0.2SB3液壓桿回到初始位置I0.3SQ1液壓桿換向前進(jìn)I0.4SQ2液壓桿換向后退（2）調(diào)速回路PLC程序圖 4.5 調(diào)速回路PLC程序圖(3) 調(diào)速回路PLC硬件連接圖：圖4.6 調(diào)速回路PLC硬件連接（4）調(diào)速回路實(shí)物圖圖4.7調(diào)速回路的實(shí)物圖（5）調(diào)速回路的具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下打開(kāi)電源，啟動(dòng)液壓泵的開(kāi)關(guān)，使液壓泵工作。按一下SB2接觸器KM1得電，KM1得電后電磁閥YA1得電使三位四通閥左位工作，此時(shí)液壓缸伸出。當(dāng)液壓桿伸出到觸發(fā)了開(kāi)關(guān)SQ2之后，接觸器KM2得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM1失電，KM2得電時(shí)電磁閥YA2得電使三位四通閥右位工作，此時(shí)液壓缸返回。當(dāng)液壓缸返回到出發(fā)了開(kāi)關(guān)SQ1之后，接觸器KM1得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM2失電，KM1得電時(shí)電磁閥YA1得電使三位四通閥右位工作，此時(shí)液壓缸伸出。如此循環(huán)當(dāng)需要停止時(shí)，按一下SB3液壓缸返回，即使經(jīng)過(guò)SQ1液壓缸也不會(huì)伸出?；蛘咧苯影聪耂B1會(huì)立刻停止在當(dāng)前位置。當(dāng)返回到最小位置時(shí)，按下SB1停止即可8。（6）調(diào)速回路的原理隨著負(fù)載的變化需要液壓缸提供不同的力，當(dāng)負(fù)載大時(shí)提供大的力，當(dāng)負(fù)載小時(shí)提供小的力，而液壓缸提供的力的大小是通過(guò)液壓桿運(yùn)動(dòng)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，速度越小提供的力越大，而流量的大小是通過(guò)調(diào)速閥來(lái)調(diào)節(jié)的，因此次調(diào)速回路的速度調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)速閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4.2.2快速運(yùn)動(dòng)回路快速運(yùn)動(dòng)回路又稱增速回路，其功用在于是液壓執(zhí)行元件獲得所需的高速，以提高系統(tǒng)的工作效率或充分利用效率，實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)視方法不同有多種結(jié)構(gòu)方案，本次設(shè)計(jì)采用液壓缸差動(dòng)連接回路來(lái)實(shí)現(xiàn)回路的快速運(yùn)動(dòng)（如圖4.8）。此回路是利用三位四通換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的液壓缸差動(dòng)連接回路，在這種回路中，當(dāng)閥1和閥3在左位工作時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接作快速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)閥3通電，差動(dòng)連接即被切除，液壓缸回路經(jīng)過(guò)調(diào)速閥，實(shí)現(xiàn)工進(jìn)，閥1切換至右位后，缸快退。這種連接方式，可在不增加液壓泵流量的情況下提高液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度，但是，泵的流量和有腔桿排出的流量合在一起流過(guò)的閥和管路應(yīng)按合成流量來(lái)選擇，否則會(huì)使壓力損失過(guò)大，泵的供油壓力過(guò)大，致使泵的部分壓力油從溢流閥回油箱而達(dá)不到差動(dòng)快的目的9。圖4.8 液壓缸快速運(yùn)動(dòng)回路（1）快速運(yùn)動(dòng)回路I/O表表4.2 快速運(yùn)動(dòng)回路 I/O表輸入對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)功能描述輸出功能描述I0.0 SB1液壓缸停止運(yùn)動(dòng)Q0.0YA1得電，液壓桿快速伸出I0.1 SB2液壓缸啟動(dòng)快速伸出Q0.1YA2得電，液壓缸返回I0.2 SB3液壓缸換速伸出Q0.2YA3得電，液壓缸工進(jìn)或返回I0.3 SB4液壓桿回到初始位置I0.4 SQ1液壓缸換向快速伸出I0.5 SQ2液壓缸換速伸出I0.6 SQ3液壓缸換向返回（2）快速運(yùn)動(dòng)回路PLC程序圖4.9 快速運(yùn)動(dòng)回路PLC程序圖（3）快速運(yùn)動(dòng)回路PLC硬件連接圖圖4.10 快速運(yùn)動(dòng)回路PLC硬件連接（4）快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)物圖圖 4.11 快速運(yùn)動(dòng)回路實(shí)物圖（5）快速運(yùn)動(dòng)回路的具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下打開(kāi)電源，啟動(dòng)液壓泵的開(kāi)關(guān)，使液壓泵工作。按一下SB2接觸器KM1得電，KM1得電后電磁閥YA1得電使三位四通閥左位工作，此時(shí)形成了差動(dòng)連接液壓缸快速伸出。當(dāng)液壓桿伸出到觸發(fā)了開(kāi)關(guān)SQ2之后，接觸器KM3得電，電磁閥YA3得電，差動(dòng)連接切除。液壓缸速度變化，工進(jìn)伸出。當(dāng)液壓缸伸出到出發(fā)了開(kāi)關(guān)SQ3之后，接觸器KM2得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM1失電，KM2得電時(shí)電磁閥YA1得電使三位四通閥右位工作，此時(shí)YA3繼續(xù)得電，液壓缸返回。當(dāng)液壓缸返回觸發(fā)了SQ1之后，接觸器KM得電，由于接觸器KM1和KM2之間互鎖，KM2失電，KM1得電時(shí)電磁閥YA1得電使三位四通閥左位工作，此時(shí)YA3失電，液壓缸伸出，如此循環(huán)。當(dāng)需要停止時(shí)，按一下SB3液壓缸返回，即使經(jīng)過(guò)SQ1液壓缸也不會(huì)伸出。或者直接按下SB1會(huì)立刻停止在當(dāng)前位置。當(dāng)返回到最小位置時(shí)，按下SB1停止即可10。（6）快速運(yùn)動(dòng)回路的原理加工零件時(shí)在離工件較遠(yuǎn)時(shí)需要快速運(yùn)動(dòng)很快的接近工件，當(dāng)靠近工件之后就需要降低運(yùn)動(dòng)速度慢速工進(jìn)，這樣可以提高效率?？焖龠\(yùn)動(dòng)是通過(guò)差動(dòng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的（開(kāi)始工作時(shí)差動(dòng)缸左右兩腔的油液壓力相同，但是由于左腔的有效面積大于右腔的有效面積，故活塞向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使右腔排出來(lái)的油液也進(jìn)入左腔，加大流入左腔的流量，從而也加快了活塞移動(dòng)的速度）當(dāng)需要工進(jìn)時(shí)，只需要切除差動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)工進(jìn)11。4.2.3速度換接回路速度環(huán)節(jié)回路的功能是使液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)工作循環(huán)中從一種運(yùn)動(dòng)速度變換到另一種運(yùn)動(dòng)速度，因而這個(gè)轉(zhuǎn)換不僅包括液壓執(zhí)行元件快速到慢速的換接，而且也包括兩個(gè)慢速之間的換接。實(shí)現(xiàn)這些功能的回路應(yīng)該