机械电子工程毕业设计-液压缸的速度智能检测设计.doc

1、 本科毕业论文（20 届）液压缸的速度智能检测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：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文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 日毕业设计任务书设计题目： 液压缸的速度智能检测设计 1设计的主要任务及目标通过本次毕业设计使我们了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序，通过对机电液气综合实验台工作原理以及操作控制的学习，根据液压缸的速度要求，完成液压系统的设计，结合相关传感器技术，完成对液压缸的速度检测，来验证设计的合理性。2设计的基本要求和内容1、通过阅读相关资料，了解液压系

2、统的工作原理及控制方式。2、根据液压缸的工作速度，设计液压系统，3、采用传感器技术对液压缸的速度进行检测，验证设计的合理性。3主要参考文献1.苪延年. 液压与气压传动M.苏州市：苏州大学出版社,20052.张勤. 液压与气压传动技术M.北京市：机械工业出版社，20013.李旭. 基于 VB 的液压缸自动检测系统设计J.机床与液压，20134.李新德. 液压缸运行速度低于设定速度的原因J.工程机械与维修，20125.李硕卫，张国贤. 现代液压技术的发展现状J.机械工程师，20094进度安排设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期1 选定毕业设计课题，查阅相关资料 2013.12-2014.012

3、撰写开题报告，进行开题答辩 2014.02-2014.033 完成液压系统实验台的搭建及初步控制 2014.04-2014.044 中期检查与修改 2014.05-2014.055 毕业设计总体修改，进行毕业答辩 2014.05-2014.06液压缸的速度智能检测设计摘要：本文通过机电液实验台上液压系统的运动，柱塞的伸出、返回，应用 PLC 对液压回路进行控制，使用传感器进行距离检测，单片机对液压缸的速度进行检测。使用以单片机STC89C52RC 为控制核心的开发板，采集数据，处理数据，计算出液压缸的平均速度，最终结果由数码管显示出来，实现对液压缸速度的智能化的检测。由于 PLC 存在较大的

4、I/ O 响应滞后的缺陷，造成定位时有较大的随机误差，以及超声波传感器的误差，使得运动精度不高。应用 C 语言对单片机进行编程，通过单片机对液压缸的速度进行检测，并利用流量传感器对进出液压缸的流量进行测量，将理论计算出速度和单片机检测的速度进行比较，验证相关结论。从而实现对液压缸速度进行智能检测。关键词： 液压传动 ，PLC 控制，单片机，速度检测，流量Design of hydraulic cylinder speed detectionAbstract: In this paper, by imitating the movement of machine tool feed system

5、, forward, feeding and returning, we design a similar hydraulic transmission circuit and use PLC to control it. Then we use the SCM (Single-chip microcomputer) detection speed of hydraulic cylinder. Using STC89C52RC MCU (Micro Control Unit) development board, after data acquisition and processing, S

6、CN calculates the average speed of hydraulic cylinder. The results displayed on the digital tube. It completes the intelligent detection of hydraulic cylinder speed. Due to the existence of PLC defects larger I/ O response lag, positioning is the big random error. When control the high speed hydraul

7、ic cylinder, accuracy is not high. In order to realize the detection of the speed of the hydraulic cylinder by SCM, I use C language to write a program. Moreover, we measure the flow of hydraulic cylinder using the flow sensor. In order to verify the relevant conclusion，we compare the theoretical sp

8、eed with the speed of the single chip microcomputer detection.Keywords: hydraulic transmission, PLC control, single chip microcomputer, speed detection, flowI目录1 前言 .11.1 液压系统在工业中的应用 .11.2 智能检测概述 .11.3 现代测试技术发展趋势及其与传感器的联系 .31.4 课题的意义 .42.1 液压系统 .52.1.1 液压系统的简介 .52.1.2 液压系统组成 .62.2 现代智能检测的原理 .112.2.1

9、 信号采集和输出 .112.3 辅助采集 .143 实验台硬件搭接及速度智能检测 .183.1 总体概述 .183.1.1 交流转直流的方法 .183.1.2 液压泵驱动模块的用法 .183.2 液压速度换接回路的搭建 .203.3 速度检测 .223.3.1 速度检测装置及 STC89C52 单片机 .223.3.2 液压缸的速度直接检测 .254 设计结论和成果 .294.1 由超声波传感器直接测速与理论上计算速度存在的误差 .294.2 开发板所显速度不稳定的原因 .294.3 设计成果 .30结 论 .31致 谢 .33附 录 .3411 前言随着社会的发展，在机械工程领域，微电子技术

10、和计算机技术在机械领域中应用越来越普及，自动化控制的作用越来越大，给人们带来了越来越多的便利。工程中，机电一体化的实现对速度的要求越来越高，如何智能的检测速度和控制速度成为了不可回避的问题。1.1 液压系统在工业中的应用液压系统一般应用于重型、 大型 、特大型设备，如冶金行业轧机压下系统，连铸机压下系统等；军工中高速响应场合，如飞机尾舵控制，轮船舵机控制，高速响应随动系统等工程机械，抗冲击，要求功重比较高系统一般都采用液压系统以上三个领域是应用液压技术的最大领域。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到

11、广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。1.2 智能检测概述随着计算机控制技术的普及和发展，智能控制设备和智能仪器仪表在工农业生产和日常生活中的使用越来越普遍。这些应用都具有一个共同的过

12、程和一个共同的特点。共同的过程就是信号的采集、传输和处理过程；共同的特点就是使用传感器完成信号的采集，使用微处理器或单片机（微控制器）完成信号的处理。近十年来，由于包括微处理器、单片机在内的大规模集成电路的成本和价格不2断降低，功能和集成度不断提高，使得许许多多以单片机、微处理器或微型计算机为核心的现代检测仪器（系统）实现了智能化，这些现代检测仪器通常具有系统故障自测、自诊断、自调零、自校准、自选量程、自动测试和自动分选功能，强大数据处理和统计功能，远距离数据通信和输入、输出功能，可配置各种数字通信接口，传递检测数据和各种操作命令等，还可方便地接入不同规模的自动检测、控制与管理信息网络系统。与

13、传统检测系统相比，智能化的现代检测系统具有更高的精度和性能价格比。（1） 优点强大的控制力智能检测在测量过程中采用了计算机技术，不仅简化了硬件结构，提高了可靠性，增加了灵活性，而且还使仪器的自动化程度更高。强大的数据处理功能智能仪器检测最突出的特点是它的数据处理功能，主要表现在改善测量的精度及对测量结果的处理两方面。在提高测量精度方面，智能仪器采用软件对测量结果进行及时的在线处理，对各种误差进行计算和补偿，精度和数据处理的质量都大为提高。实现仪器功能多样化智能检测利用计算机具备的功能，可以使性能得到提高，功能得到扩展。对于测量所得的数据，可以进行多种运算、比较、逻辑判断等数据处理，然后再按要求

14、输出显示。（2） 缺点从检测技术方面,大量应用新技术和新的物理效应的传感器得到了广泛应用，如光纤,超声,红外,光电等,应适当引进相应的实验仪器和项目,引导学生了解和掌握这些新型的检测技术。从单片机方面,MCS-51 系列 8 位单片机由于使用时间长,性能价格比高等特点,在国内仍然有比较广泛的应用,但是,单片机发展速度极快,大约每二、三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番,大量其他系列的单片机不断投入市场,以其多功能、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强 I/O 功能等优势在设计中占有越来越重要的地位,因此需要增加 AVR,DSP,ARM 等系列单片机的相关实验。另一方面，智能检测技术

15、要求实验的成本较高，而且由于器件的误差引起测量3结果的不准确也是不可避免的。1.3 现代测试技术发展趋势及其与传感器的联系(1)智能化 随着微电子技术的进步、专用集成电路的飞速发展以及 DSP(Digital signal processor)芯片的兴起，超大规模集成的新器件、表面贴装技术、多层线路板印刷、圆片规模集成和多芯片模块等新工艺以及 CAD、CAM、CAPP、CAT 等计算机辅助手段的使用，多媒体技术、大机交互、模糊控制、人工神经元网络等新技术也在智能仪器仪表中得到了广泛应用，使仪器智能化水平不断提高。（2）多传感集成化目前，现代测试技术向着多传感集成数据融合技术飞速发展，它具体包括

16、两方面的内容：基于多传感集成的不同物理量(或环境参量)的检测技术。这是近年来测试技术的研究重点，如何把多种传感器集中于一个测试系统，综合利用来自多传感器的信息，便成了智能检测系统中正待解决的问题。目前，其集成方式还没有固定的模式，归纳起来有三种：集成于芯片中、集成于仪器中和集成于系统中。从现在国内外的研究看，目前多传感集成的传感类型多属同一类型的信号，适应于不同类型的多传感集成技术是测试技术的发展趋势，以提高系统的通用性，减少重复设计开销，从而减低硬件设计成本。（3）网络化随着计算机、通讯和网络技术的不断发展，一种涵盖范围更宽、应用领域更广的全新现代测试技术网络化测试技术逐步形成并目渐清晰，网

17、络化测试技术与具备网络功能的新型仪器应运而生 ，并使检测技术的现场化、远程化、网络化成为可能。这种测试网络将现场的智能仪表和装置作为节点，通过网络将节点连同控制室内的仪器仪表和控制装置联成有机的测试系统，各测控装置负责采集数据并进行处理，然后将数据通过网络传送给主控机，由主控机进行保存、综合、分析、判断，从而进行远程检测，集中控制，其功能将远远大于系统中各独立个体功能的总和。近年来，现场总线控制系统已成为检测技术发展的新热点，它是一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，一种用于各种现场仪表与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。现场总线控制系统是全数字化和模块化的4系统，具

18、有完全的开放性，不仅有利于系统性能最佳集成和扩展，并且工程设计、安装、调试与维护都非常简便，从而降低费用，缩短工期，有利于柔性生产的实现。1.4 课题的意义本次课题题目为液压缸的速度智能检测，智能检测是现代检测技术的发展方向，随着计算机控制技术的普及和发展，智能控制设备和智能仪器仪表在工农业生产和日常生活中的使用越来越普遍。使用传感器完成信号的采集，使用微处理器或单片机（微控制器）完成信号的处理的技术给我们带来了越来越多的便利。液压传动以易获得很大的推力或力矩、运动传递平稳、均匀、准确可靠特点,极其广泛地用于机床的控制中,特别是与 PLC 技术相结合的机床电液控制系统,大大提高了机床的灵活性和

19、自动化程度,为大规模发展自动化生产线提供了广泛的应用前景。如何对其速度进行智能检测并控制速度，将很大程度上决定它的自动化程度。本文的要点现列举如下：第一点: 通过模仿机床进给运动，设计出相应的液压回路。第二点: 运用接触器模块实现对液压系统的手动控制，并结合接近开关使液压缸实现自动运动。第三点: 运用 PLC 编程控制，实现对液压系统的自动控制。第四点: 使用超声波传感器出柱塞运动的距离，并对其编程，使得测出来的速度显示在 AT89C52 单片机开发板的数码管上。使得随着距离的变化显示出速度。第五点: 从理论上找到影响液压缸速度的因素，与单片机检测的结果进行比较，解释结果并得出结论。52 机电

20、液综合实验台及距离检测2.1 液压系统2.1.1 液压系统的简介液压传动又称为容积式液压传动,是用液体作为介质,利用液体的压力能和动能来传递能量和进行控制的传动装置.通常把剩用液体压力能的液压系统使用的液体介质称为液压油. 液压传动元件体积小,重量轻,结构紧凑,容易进行无级调速和容易实现标准化,系统化,通用化.所以广泛应用于冶金机械,工程机械,矿山机械,农业机械,汽车,船舶,飞机等.液压系统虽然多种多样,但从能量转换的角度来看,它们的工作原理和组成基本相同，液压系统的组成主要有：(1)动力元件液压油泵；(2)执行元件液压油缸、液压马达；(3)控制元件液压阀，控制液压油的压力、流量与方向；(4)

21、辅助元件管件、压力表、储能器、滤油器等等；(5)工作介质传递压力的工作介质，通常为液压油，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用。液压传动装置的不足：（1）液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。 （2）实现定比传动困难 液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。 （3）油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。（4）不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。 （5）油液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。（6）油液容易污染 油液污染后，会影响系统工作的可靠性。