机械设计专业毕业论文-基于PLC的压力控制回路设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 PLC 的压力控制回路设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成设计时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日基于 PLC 的压力控制回路设计摘要：PLC 控制的液压系统克服了继电器控制系统手工接线、可靠性差、控制不方便、响应速度慢等不足，将 PLC 应用到液压系统，能较好地满足控制系统的要求，并且测试精确，运行高速、可靠，提高了生产效率，延长了设备使用寿命 5。本设计是通过查阅相关资料，设计出调压回路、卸荷回路和保压回路三种压力控制回路

2、，然后用西门子 PLC 编程实现控制，利用多功能液压试验台和西门子 S7-200 系列进行实验验证，达到本次设计的目的 2。关键词：PLC ，压力控制回路，试验台The design of the pressure control loop based on PLCAbstract：PLC-controlled hydraulic system overcomes the relay control system manual wiring, poor reliability, control inconvenient, slow response is insufficient, the P

3、LC is applied to the hydraulic system, the control system can meet the requirements and test accuracy, running speed, reliable, improve production efficiency, extended equipment life 5. This design is through access to relevant information, the regulator circuit design, unloading and packing circuit

4、 loop three pressure control loop, and then implement the control of Siemens PLC programming, using multi-function hydraulic test stand and Siemens S7-200 series of experimental verification to achieve the purpose of this design 2.Keywords: PLC, pressure control circuits, test-bedI目 录1.前言 .11.1 PLC

5、控制在国内外的发展近况 .11.2 液压技术的发展现状及趋势 .21.3 课题的研究意义 .42.压力控制回路的设计 .62.1 压力控制阀 .62.1.1 溢流阀 .62.1.2 减压阀 .82.1.3 顺序阀 .92.1.4 压力继电器 .102.2 调压回路 .112.2.1 定义、功用及分类 .112.2.2 调压回路的设计 .112.3 卸荷回路 .122.3.1 定义、功用及分类 .122.3.2 卸荷回路的设计 .122.4 保压回路 .132.4.1 定义、功用及分类 .132.4.2 保压回路的设计 .133.PLC 控制程序 .143.1 编程装置、软件、指令介绍 .143

6、.1.1 S7-200PLC 介绍 .143.1.2 编程软件介绍 .143.1.3 设计相关指令介绍 .153.2 调压回路的 PLC 控制 .193.2.1 I/O 地址分配表 .193.2.2 PLC 控制程序 .193.3 卸荷回路的 PLC 控制 .203.3.1 I/O 地址分配表 .20II3.3.2 PLC 控制程序 .203.4 保压回路的 PLC 控制 .213.4.1 I/O 地址分配表 .213.4.2 PLC 控制程序 .224.实验 .234.1 实验所需相关设备介绍 .234.1.1 实验台介绍 .234.1.2 实验装置组成 .234.1.3 实验台各模块介绍

7、.244.2 实验实物连接图 .314.2.1 调压回路 .314.2.2 卸荷回路 .324.2.3 保压回路 .334.3 实验结果 .344.3.1 调压回路 .344.3.2 卸荷回路 .344.3.3 保压回路 .34结 论 .35参考文献 .36致 谢 .3711.前言1.1 PLC 控制在国内外的发展近况世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，

8、使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获

9、得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

10、我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定2的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地 2。1.2 液压技术的

11、发展现状及趋势 液压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。从 1795 年世界上第一台水压机诞生起，已有几百年的历史，液压传动技术被广泛采用和有较大幅度的发展是由 19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到 20 世纪 30 年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化，规格化，系列化而在机械制造，工程机械，材料科学

12、，控制技术，农业机械，汽车制造等行业中推广开来。由于军事及建设需要的刺激，液压技术日益成熟。20 世纪 60 年代后，原子能技术，空间技术，计算机技术等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动，控制，检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个方面都得到了应用。如工程机械，数控加工中心，冶金自动线等。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性优势 1。液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。因而在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、空间技术

13、、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都很重视，所以采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。正是因为液压传动有着其独特的优点，所以液压在工业中的应用发展迅速，并涉及到诸多领 1。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面： 3（1）减少能耗,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在

14、系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题： 减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。 减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。 采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。 发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展 3 通径、4 通径电磁阀以及低功率电磁阀。 改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。为及时维护液压系统，防止污

15、染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。 （2）主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推

16、理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。（3）机电一体化 4电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下： 电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过

17、去的电气液压 on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。发展和计算机直接接口的功耗为 5mA 以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于 3mS)等。 液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”系统更有此要求。 由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。1.

18、3 课题的研究意义PLC 是一种专门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 2。它的优点如下：（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强；（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎；（3）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；（4）体积小，重量轻，能耗低。液压传动是利用各种控制元件组成所需要的各种控制回路，再有若干回路有机组合成能完成一定控制功能的传动系统来进行能量的传递、转换和控制。它的优点如下：（1）由于液压传动油管是连接所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构这是比机械传动优越的地方；（2）装置的重量轻结构紧凑惯性小；（3）可在大5范围内实现无级调速；（4）运动平稳；（5）易于实现过载保护；（6）易于实现自动化；（7）液压系统安装布置灵活；（8）液压系统设计、制造和使用维护方便。PLC 及其有关的外围设备都应按照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。因此可以将 PLC 运用于对压力控制回路的控制，来实现其自动化压力控制。