机械电子工程毕业设计-基于PLC的多缸工作控制回路设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 PLC 的多缸工作控制回路设计所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明:所呈交的设计是在老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,撰写成毕业设计说明书。在完成时所利用的一切资料均已经在参考文献中列出。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。本人签名： 日期： 年 月 日基于 PLC 的多缸工作控制回路设计摘要: 在大型液压设备中，多个执行元件按照一定的顺序动作或者同时动作，以实现规定的运动和速度。实现这些动作的回路有顺序动作回路、同步回路和互不干扰回路。本设计结合某工程应用中需要控制执行器顺序动作的情况, 设计了顺序动作液压回

2、路，结合立式车床横梁的升降运动设计了同步回路，结合组合机床多台动力头同时进给时，为防止油路间的相互干扰干扰，设计了互不干扰回路。本设计采用PLC 控制方案，实现对该液压系统的控制，即编制 PLC 程序，并利用多功能实验台进行实验验证。关键词：多缸工作回路，可编程控制器，多功能实验台Application of PLC in Hydraulic Power System Experimental Table ControlAbstract: In large hydraulic equipment, a sequence of multiple actuators movement or act

3、ion at the same time, in order to realize the rules of movement and speed. To implement these actions circuits with sequential circuits, synchronous circuit and each other circuits. This design combined with some engineering applications need to control the actuator order action, design sequence of

4、the action of the hydraulic circuit, combined with the vertical lathe beam lifting movement synchronization circuit is designed, combined with modular machine tool more power head feed at the same time, to prevent the mutual interference of interference between oil, mutual interference circuit is de

5、signed. This design uses the PLC control scheme, implementation of the hydraulic system, the control of PLC program, and experiment using the multi-function test bench.Key words: Multi-cylinder working circuit, PLC, Multi-function experimental platformI目 录1 绪论 .11.1 科学实验的重要性 .11.2 可编程控制器（PLC）简介 .11.

6、2.1 PLC 的定义 .11.2.2 PLC 的结构 .21.2.3 PLC 的特点 .31.2.4 PLC 的应用 .41.2.5 PLC 的分类 .51.2.6 PLC 控制的发展前景 .71.3 液压传动系统简介 .71.3.1 液压传动的定义 .71.3.2 液压传动系统的组成 .81.3.3 液压基本回路 .91.3.4 液压传动的特点 .101.3.5 液压传动的应用与发展 .111.4 PLC 用于液压传动系统的优点 .121.5 课题研究的目的和意义 .121.6 课题研究的主要内容 .132 液压系统设计 .142.1 多缸顺序动作液压系统 .142.1.1 多缸顺序动作液

7、压系统图 .142.1.2 液压系统图分析 .152.1.3 电磁铁动作顺序及功能转换表 .162.2 互不干扰回路 .162.2.1 多缸顺序动作液压系统图 .162.2.2 液压系统图分析 .172.2.3 电磁铁动作顺序及功能转换表 .182.3 同步运动回路 .192.3.1 同步运动回路液压系统图 .192.3.2 液压系统图分析 .202.3.3 电磁铁动作顺序及功能转换表 .203 PLC 控制设计 .213.1 顺序动作 PLC 控制设计 .213.1.1 PLC I/O 地址分配 .213.1.2 PLC 程序设计 .233.1.3 PLC 外部电路图设计 .253.2 互不

8、干扰回路 PLC 控制设计 .263.2.1 PLC I/O 地址分配 .263.2.2 PLC 程序设计 .283.2.3 PLC 外部电路图设计 .313.3 同步运动回路 PLC 控制设计 .32II3.3.1 PLC I/O 地址分配 .323.3.3 PLC 程序设计 .333.1.2 PLC 外部电路图设计 .344 利用液压实验台进行实验验证 .364.1 多缸顺序工作控制回路 .364.1.1 液压实验所需元件选择 .364.1.2 利用液压实验台验证 .364.1.3 实验结果分析 .374.2 多缸互不干扰工作控制回路 .374.2.1 液压实验所需元件选择 .374.2.

9、2 利用液压实验台验证 .384.2.3 实验结果分析 .39结 论 .40参考文献 .41致 谢 .4211 绪论1.1 科学实验的重要性众所周知,实践是检验真理的唯一标准。科学实验在人类认识和探索自然规律的过程中起着举足轻重的作用。可以说没有实验就没有现代科学。当然,在科学实验中人是应一直居于主导地位的。在实验的过程中,人们可以获得最初的感性认识。从获得的感性认识中,通过大脑理性的思维和总结,提出假设和规律性的东西。然而人们为了证明假设和规律的正确与否,还必须积极主动的投入到科学实验中去,用理论来指导实践,并从实验结果中分析、验证、发展以前的结论,增加原有结论的广度和深度。科学实验和理论就

10、这样在不断的循环过程中,相辅相成,相互提高。因此对于一个从事于科学研究的人,还有工程技术人员来讲,都应当对所从事的相关行业中的实验技术予以充分的重视。随着现代科学技术的发展,实验技术涉及的深度和广度在人类历史上都是空前的。实验技术涉及的知识面也相当的广泛,如:航空航天学、应用光学、电工学、计算机技术、机械学、液压流体力学、数理统计及现代控制理论等诸多方面,且实验技术本身随着科学技术的发展,也在与时俱进的更新和发展。近年来,液压技术的发展也异常迅速,广泛的应用于国民经济的各个领域。其应用范围愈来愈广,因而对它的元件和系统的性能要求也就愈来愈高。因此,对于液压系统的设计者、使用者、管理者以及初学者

11、来说,对液压系统和其组成元件的性能参数、品质指标等所进行的实验和测试工作,也就需要满足更高的要求。液压教学要与液压技术发展同步,需要引进先进的技术设备,让学生了解最新的液压技术状况,并通过教学和实验掌握实用的液压技术,以培养真正能够适应社会发展的现代液压技术人才。1.2 可编程控制器（PLC）简介1.2.1 PLC 的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用而2设计的。它采用可以编程序的存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，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。可编程序控制器（PLC）及其有关设备，都应

12、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。总之，可编程控制器（PLC）是一种以微处理器为核心，带有指令存储器和输入/输出接口，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。1.2.2 PLC 的结构经过几十年的发展，目前，PLC 主要由以下几大部分组成，如图 1.1 所示。图 1.1 PLC 基本组成（1）CPU（中央处理单元）CPU 是中央处理器（Central Processing Unit）的缩写，它是 PLC 的核心和控制指挥中心，主要由控制电路、运算器和寄存器组成，并集成在一块芯片上。（2）存储器存储器主要存放系统程序、用户程序和数据。根据存储器在

13、系统中的作用，可分为系统程序存储器和用户程序存储器。（3）输入、输出接口电路输入、输出（I/O）接口电路是 PLC 与现场 I/O 设备相连的部件。PLC 将输入信号转换为 CPU 能够接受和处理的信号，通过用户程序的运算，把结果通过输出模块输出给执行机构。（4）电源3PLC 一般采用 220 伏交流电源，经整流、滤波、稳压后变换成供 PLC 内部电路工作时所需的直流电压。（5）外设接口外设接口是在主机外壳上与外部设备配接的插座，通过电缆线可配接编程器、计算机等。（6）I/O 扩展接口I/O 扩展接口用来扩展输入、输出点数。当用户输入、输出点数超过主机的范围时，可通过 I/O 扩展接口与 I/

14、O 扩展单元相连接，以扩充 I/O 点数。1.2.3 PLC 的特点（1）可靠性PLC 不需要大量的活动元件和连线电子元件。它的连线打打减少。与此同时，系统的维修简单，维修时间短。PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率大大降低。（2）易操作性对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，

15、然后进行更改。PLC 有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。（3）灵活性PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单、应用而拓展。操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。以上特点使用 PLC 控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强，运行稳定等诸多优点今后 PLC 控制系统还会得到更广泛的使用。41.2.4 PLC 的应用PLC 在不断的发展，其性能在不

16、断的完善、功能在不断的增强。目前其主要功能有以下几方面：（1）开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是工业控制中应用最多的控制。PLC 的输入和输出信号都是通/断的开关信号。对控制的输入、输出点数可以不受限制，从几十个到成千上万个点，均可以通过扩展实现。在开关量的逻辑中，PLC 是继电器接触器控制系统的替代产品。用 PLC 进行开关量控制遍及许多行业，如机床电气控制、电机控制、电梯运行控制、冶金系统的高炉上料、汽车装配线、啤酒灌装生产线等。（2）模拟量控制PLC 能实现对模拟量的控制。如果配上闭环控制 PID 模块后，可对温度、压力、液面高度等连续变化的模拟量进行闭环过程控制。如锅炉、冷冻、反应堆、

17、水处理、酿酒等。（3）机械运动控制PLC 可采用专用的运动控制模块，对伺服电机和步进电机的速度与位置进行控制，以实现对各种机械的运动控制。如金属切削机床、数控机床、工业机器人等。（4）通信、联网及集散控制PLC 通过网络通信模块及远程 I/O 控制模块，实现 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机之间的通信；实现 PLC 分散控制、计算机集中管理的集散控制，增加系统的控制规范，甚至可以使整个工厂实现生产自动化。（5）数据处理PLC 具有很强的数学运算（包括逻辑运算、算术运算、矩阵运算及函数运算） 、数据传送、转换、排序、检索等功能；还可以完成数据采集、分析和处理功能。这些数据可以与存储

18、器中的数据进行比较，也可以传送给其他智能装置或打印机打印。较复杂的数据处理一般应用在大、中型控制系统中。（6）PLC 实际应用举例PLC 的实际应用比如：电动机的正反转、点动与长动控制；传送带控制；电梯控制与运行；交通灯的自动循环；机械手的操作；液体混合装置和机床的自动控制等等。51.2.5 PLC 的分类目前，PLC 的分类方法有以下三种。（1）按结构形式分PLC 按结构形式分为整体式 PLC 和模块式 PLC 两种。 体式 PLC 如图 1.2 所示，整体式 PLC 是将 I/O 接口电路、CPU、存储器、稳压电源封装在一个机壳内，机壳两侧分别装有输入输出接线端子和电源进线端，并在相应端子接有发光二极管以显示输入、输出状态。整体式结构紧凑、体积小、重量轻、价格低，便于装入设备内部。图 1.2 整体式 PLC 块式 PLC 如图 1.3 所示，模块式 PLC 为总线结构，在总线板上有若干个总线插槽，每个插槽上可安装一个 PLC 模块。图 1.3 模块式 PLC