我的机械工程师规划 机电类--毕业论文

分 类 号 ： 单位代码 ： 本科专业职业生涯设计 我的机械工程师规划我的机械工程师规划 姓 名 学 号 年 级 专 业 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 系 （院） 指导教师 20 年 月 日 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 1 目目 录录 第一部分第一部分 前前 言言.4 1 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化的化的发发展展.4 1.1 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化的含化的含义义4 1.2 未来机械未来机械设计设计制造及其自制造及其自动动化的化的发发展展趋势趋势4 1.3 机械行机械行业业就就业业分析分析6 2 自我分析自我分析.7 2.1 个人个人兴兴趣趣爱爱好好7 2.2 我的我的优优点点7 2.3 我的缺点我的缺点8 3 克服自身缺点克服自身缺点.8 4 对职业对职业的分析的分析.8 5 强强化个人能力的途径化个人能力的途径.9 5.1 在校期在校期间间学学习计习计划划9 5.2 校外学校外学习计习计划划9 6 我的工作我的工作规规划划.10 7 总结总结.10 第二部分第二部分 前前 言言.13 1 绪论绪论.14 1.1 基于基于 PLC 的多路信息采集系的多路信息采集系统统概述概述14 1.1.1 信息采集技信息采集技术术概述概述14 1.1.2 液液压压系系统统概述概述14 1.2 课题课题背景、提出及相关技背景、提出及相关技术术的的发发展展现现状状 .16 1.2.1 课题课题背景背景16 1.2.2 课题课题的提出的提出18 1.2.3 相关技相关技术术的的发发展展现现状状19 2 硬件系硬件系统简统简述述.23 2.1 硬件硬件设计设计概述概述23 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 2 2.2 硬件系硬件系统统控制控制单单元元23 2.2.1 CPM2A 的系的系统结统结构和性能介构和性能介绍绍.23 2.2.2 CPM2A 的的 I/O 端子端子.26 2.3 信息采集部分信息采集部分28 2.3.1 温度温度传传感器感器 Pt-10028 2.3.2 3200 系列系列 OEM 型型压压力力传传感器感器 .30 2.3.3 A/D7705 模模拟拟量采集量采集处处理模理模块块30 2.4 PLC 与上位机的与上位机的连连接接33 3 系系统软统软件件.36 3.1 VB6.0 人机通人机通讯讯界面的界面的设计设计39 3.2 VB6.0 串行通信控件串行通信控件 MSComm.41 3.2.1 MSComm 通信通信处处理理 .41 3.2.2 MSComm 控件数据通信方式控件数据通信方式 .42 3.3 CX-Programmer.43 参考文献参考文献.45 致致 谢谢.46 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 3 第一部分第一部分 我的机械工程师规划我的机械工程师规划 前 言 在今天这个人才竞争的时代，职业生涯规划开始成为在人争夺战中的另一重要利 器。对企业而言，如何体现公司“以人为本”的人才理念，关注员工的人才理念，关 注员工的持续成长，职业生涯规划是一种有效的手段；而对每个人而言，职业生命是 有限的，如果不进行有效的规划，势必会造成生命和时间的浪费。作为当代大学生， 若是带着一脸茫然，踏入这个拥挤的社会怎能满足社会的需要，使自己占有一席之地？ 因此，我试着为自己拟定一份职业生涯规划，将自己的未来好好的设计一下。有了目 标，才会有动力。 1 机械设计制造及其自动化的发展 1.1 机械设计制造及其自动化的含义 机械设计制造及自动化专业是集机械,电子,信息技术为一体的综合性专业。以机 械工程为主要学科,设有机械电子工程,机械设计及信息处理技术,数控技术及工业过程 控制 3 个专业方向。主要培养既有机械工程领域知识与技能,数控加工技术与技能,机 械电子技术与技能,又有计算机软件开发知识与技能,适应市场经济发展需要,富有创新 精神,实践能力和国际视野的高级工程专业人才和管理人才。 1.2 未来机械设计制造及其自动化的发展趋势 目前，各行业对自身产品结构也积极作出相应调整，对生产工艺、装备设备不断 进行技术改造，自动化和大型化成套设备的开发为机械行业提供了先进、现代化的产 品。未来相当长的一段时期内，对机械装备的需求将稳定增长，但需求结构将不断调 整和变化。一般性产品产能过剩的情况将更加严重，高精尖产品、技术现代化产品和 新领域产品需求将不断上升。此外，道路、交通等运输行业在推进结构调整、促进产 业升级中，对机械产品的品种、水平、质量和性能的需求也将有较大提高。同时，机 械行业自身进行产业升级和技术改造也需要大量先进加工设备和测试仪器。市场竞争 加剧以及企业技术升级的速度加快，企业技术改造投资将保持一定规模，同时，国家 政策也鼓励企业加大新设备的投资强度，国内对高精尖机械设备产品的需求将不断增 加。因此，在很长时期内国民经济的结构调整和产业升级都将对机械装备工业形成较 大的需求。 随着经济危机的逐渐淡出人们的视野，每个行业都在进行着行业的复苏，抓住 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 4 这个既是危机又是机会的关键时刻充分发挥产业的优势，便能够摆脱经济危机所带来 的不利影响。机械产品市场发展的有利因素有：振兴装备制造业的政策已为各界接受， 将逐步发生积极影响；国家加大节能减排的政策力度，将促使相关行业技术改造的深 入，这无疑为机械工业提供新的发展机遇；增加消费、增加支农力度和加强基础设施 建设，也为机械产品提供可观的市场空间；机械产品出口将在质的方面继续改善，调 整出口退税有利于出口产品结构的调整，汽车、高档机电设备等的出口将得到更好的 发展，形成出口主打产品。 不利的因素是：机械工业仍将面临严峻的生产成本压力和部分原材料短缺的考验； 根据有关部门关于鼓励进口先进机械装备进口的政策，下半年部分高档机电产品的进 口会增加，这将会挤占部分国内市场；以大型联合收割机和大中型拖拉机为代表的农 机产品的生产增长乏力。 预计明年机械工业经济运行将延续今年下半年的下行走势，增长速度估计将比今 年回落 10 个百分点左右。即：明年全年产销预计增长 15%左右，利润预计增长 10%左 右，出口创汇预计增长 15%左右。 据了解汽车行业增长 10%左右；电工行业增长 20%左右；农机、工程机械、重矿机 械、石化通用设备、机械基础件增长 20%左右；机床行业增长 15%左右；内燃机、仪器 仪表、食品包装机械行业增长 10%左右；文化办公设备增长 5%左右。 机械设计制造及其自动化专业是研究各种工业机械装备及机电产品从设计、制造、 运行控制到生产过程的企业管理的综合技术学科。机械设计制造及其自动化专业研究 的主要内容包括机械与机器的组成原理、运动分析方法、力学分析方法及电气控制原 理，各种机电产品的设计技术、制造技术与控制技术、计算机辅助设计技术、现代机 械制造技术与方法，机电一体化技术，计算机辅助制造技术，特种加工技术，自动化 制造系统，机器人技术，计算机集成制造技术，计算机原理及应用等。 随着微电子技术、信息技术、计算机技术、材料技术和新能源技术等高新技术与 机械设计制造技术的相互交叉、渗透、融合，使传统意义上的机械设计制造技术在原 有基础上得到了质的飞跃，形成了当代的先进设计制造技术，与传统的机械设计制造 技术相比既有继承，又有很大发展。如今，先进的设计制造技术正成为经济发展和人 民生活需要的主要技术支撑，成为加速高技术发展和国防现代化的主要支撑，成为企 业在激烈市场竞争中能立于不败之地并求得迅速发展的关键技术。计算机技术引入机 械领域，使机械设计制造及其自动化技术产生了深刻变化。利用计算机辅助设计与优 化设计技术，使设计过程实现了自动化和最优化；微电子技术与机械技术的结合，实 现了机电产品的一体化，出现了数控机床和加工中心、机器人、微型机电系统等；利 用计算机控制技术使机械制造过程实现了自动化和智能化，传感技术、计算机技术和 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 5 机械设计制造的结合；机器的设计与运行过程的紧密结合，可以对机电产品的设计过 程、制造过程、销售过程、安装与运行过程实现综合的自动化控制。 机械设计制造及其自动化学科在国民经济中处于极其重要的地位，它对其他技术 领域起着支撑性作用，成为国民经济各行业的基础。机械工业的发展也必将带动其他 技术及行业的发展。各种自动化机械设备大大提高了劳动生产率，降低了工人的劳动 强度，各种大型成套设备的开发成功使得各种重点工程的建设成为可能；机械设备的 精密化带动了微电子工业和计算机工业，实现了集成电路的高度集成制造并使存储器 的容量成倍提高；航空航天及各种武器装备的研制与生产、科学技术和教育事业的发 展均需依赖于机械设计与制造技术的进步。 1.3 机械行业就业分析 在中国，工业设计就业前景现在正值上升的时期，因为在这个行业里面，过去我 们是以加工为主，现在随着我们国家经济的高速增长，在这种情况下，我们现在的加 工业务和外加工订单越来越少了，所以现在这些加工企业都开始要树立自己的品牌， 所以目前工业设计是处在一个高速增长的环境.但是作为工业设计来讲，第一点就是要 技术上的创新，工业设计绝对不是一个外观造型，所以要做出一个好产品来，第一点 就是技术的更新，所以这对人才的要求就相对来讲比较高。对于一个要做工业设计的 设计师来说，要具备整合技术的能力，在学校里面应该多学一些跟科学技术相关的知 识不是说要他当一个科学家，也不是说让他去发明什么技术，但是他要了解技术， 新材料现在发展到什么水平了等等，这是设计师对新材料发展的了解，他才能知道把 这些东西引进来。作为工业设计师，一方面是要大量地学习这些新知识，要有对知识 的整合能力；另一方面是文化的积淀，这种文化的积淀也不是我们读几本好书，把古 代的某个物品搬出来，把它翻翻新，这就叫创新了，而是怎么去结合中国文化元素， 提取当中的文化底蕴的东西，这又是一个需要修炼的内功；第三点是作为工业设计师， 对手段的能力要强，从做工业设计的角度上来讲，你所掌握的计算机软件要远远多于 做平面和装璜的。工业设计除了有 CAID 等辅助工业设计的软件以外，还有许多的渲染、 结构的软件，像 CAD、PROE 等各种加工的软件，直至和加工设备的接口的编程，这都 需要工业设计师掌握和了解。所以工业设计师在世界上之所以能够成为高端的人才， 他应该是从整体的设计业务当中成长起来的最高端的一批人。 机械行业是为各行各业制造并提供机械设备和电器装置的部门，被誉为“国民经 济的装备部” 。它也是提供就业岗位的“大户” 。这一行业中，国有大中型企业居多， 由于过去没有按市场经济组织生产，致使生产与市场脱节，同时这些老企业历史包袱 沉重。冗员过多，经济效益普遍不好。所以近几年机械行业在人们心目中的地位大打 折扣。尽管如此，由于机械行业的重要性和庞大规模，机械类大部分专业毕业生在人 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 6 才市场上仍属“热销”人才（原机械类历个专业调整后合并为“机械设计制造及其自 动化” 。 “材料成型及控制工程” 、 “工业设计” 、 “过程装备与控制工程”四个专业） 。人 们预测，机械类人才今后仍会有较大需求。高层次技术人才将成为各企业争夺的对象。 机械行业毕业生总体需求较大，而且相当一部分的工程技术人员缺口较大。最为缺的 是数控机床专业技术工程师人员。机械行业的很多企业均已进行现代生产技术 CIMS 系 统方面的技术更新与改造，数控机床、加工中心等先进设备逐步替代原有的生产设备， 企业生产一线的原有技术工人已不能满足数字化设备操作与维护的要求，急需数控技 术应用方面的高级技术人才。从国外引进先进的数控机床，却没多少人会操作。而国 内高校的机械类专业都还在讲授“齿轮传动” ，这也说明了机械专业一些课程内容陈旧， 跟不上时代要求，亟待更新。目前全国只有南京机械专科学校和华北航天工业学院设 有数控机床专科，本科层次数控机床人员几乎没有。具有开发能力的数控人才成为各 企业争夺的目标。机械设计制造与加工专业人才近年供需比也很高。铸造、热加工专 业（现并入调整后的“材料成型及控制工程”专业）由于条件相对艰苦，一直是学生 报考和择业的冷门。很多企业的一些车、钳、铣、电等岗位技术工人得不到补充，艰 苦岗位不得已聘用了不少农民合同工。飞速发展的中国需要机械工程师。 机械专业刚毕业的本科生，现在一般行情在 800-1500 元/月。其中有很多行业， 外人看起来不够体面，但当你做到专家的水准时，待遇确实很诱人。比如设备维护、 数控维修、环保设备的设计等，这些方面的工程师收入非常高，比如有些工程师年薪 超过 30 万。还有一些行业，需要多方面的知识，涉及到学科交叉，待遇也惊人。而且， 中国加入 WTO 后，机械方面的人才需求复苏是早晚的事情。 2 自我分析 2.1 个人兴趣爱好 我喜欢读书阅报与写作。它成了我业余生活的主要内容。 “书中自有黄金屋，书中 自有颜如玉” 。这虽然折射出明显的阶级铬印，但也明示着书籍对于我们人类的巨 大 作用。我在书中找到了现实生活中的答案，我在书中看到了人间欢乐与苦难，我在书 中窥测到人的崇高与卑劣，我也在书中映照出自己的暗弱与瑕疵。我爱书，正 是因为 它早已成为我的知已。写作，是一种很好的缎练思维的方式，也是一种提升思想的过 程。课余时间我喜欢打篮球，经常运动既能强身健体又能增强抵抗力。 2.2 我的优点 做事仔细认真、踏实，友善待人，做事锲而不舍，勤于思考，考虑问题全面。善 良的、乐于助人的、有洞察力、重视社交和友谊、支配的、好发表自己的意见和见解、 善于质疑、想象力丰富. 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 7 2.3 我的缺点 性格偏内向，交际能力较差，过于执着偏固执，胆小，思想上属保守派，缺乏自 信心和冒险精神，积极主动性不够，做事爱拖拉机，惰性较大。 3 克服自身缺点 （1）加强思想修养。人的自制力在一定程度上取决于他们的思想素质。一般来说， 具有崇高理想抱负的人决不会为区区小事而感情冲动产生不良行为。因此，要提高自 制力最根本的方法是树立正确的人生观、世界观，保持乐观向上的健康情绪。 (2)提高文化素养。一般来说，一个人的文化素养同其承受能力和自控能力成正比。 文化素质比较高的人往往能够比较全面正确认识事物，认识自我和他人的关系，自觉 地进行自我控制、自我完善。 (3)稳定情绪。用合理发泄、注意力转移、迁移环境等方法，把将要引发冲动的情 绪宣泄和释放出来，保持情绪稳定，避免冲动。 (4)要强化自我意识。遇事要沉着冷静，自己开动脑筋，排除外界干扰或暗示，学 会自主决断。要彻底摆脱那种依赖别人的心理，克服自卑，培养自信心和独立性。 (5)要强化实践锻炼。一方面要加强学习，积累知识，开阔视野，用知识来武装 和充实自己，提高自己分析问题和解决问题的水平，并通过学习别人经验来扩展自己 决断事情的能力；另一方面，要积极投身到部队生活实践中去，刻苦锻炼，不断丰富 经验，提高自己的适应能力。 (6)要强化意志力量。要培养自己性格中意志独立性的良好品质。对自己奋斗的 目标要有高度的自觉。只要你经过自己的实践认准的事，就应义无反顾地走下去，想 方设法达到预期目的。不必追求任何事情都做得十全十美，不必苛求自己没有一点失 败，不必过多地注意别人怎样议论你。 (7)调整好需要结构。当需要不能同时兼顾时，抑制一些不可能实现的需要。如 古人所云：“鱼我所欲也，熊掌亦我所欲也，两者不能兼得，舍鱼而取熊掌也。“ (8)要强化积极思维。俗话说：“凡事预则立，不预则废。“平时注意经常思考问 题，增强预见性，关键时刻才能及时、果断、准确地做出选择。 4 对职业的分析 机械工业是我国调正经济结构的重头戏。机械工业关系到经济的造血能力，扩大 内需能力，科技的蓄积能力和开发创新能力，也是提升生产效率最重要的手段。很长 一段时间，我们依靠进口外国先进机械改善我们的轻重工业体系，竟造就了一个世界 最大的机械产品市场。如：我们的先进纺织机械，大部份是进口的，技术被外国控制 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 8 着，虽为纺织大国，属于自己的技术寥寥无几。这都怪自己设计不出引领世界潮流的 纺织机械。而每年几十亿美元的纺机定单，足以让一门产业有用武之地，让几十万人 得到工作岗位。进而拉动上百亿计的内需。再如：造船业，本是一个科技含量极高， 牵涉面极广的体系 ，可以带动百业振兴，只要尽力做到国产化，足以搞活几千家相 关企业，那将拉动 GDP 上千个亿！有关船用的一切工业品生产，都是值得我们的企业 家专注，关心，努力开发的。最近媒体报道我国数控机床制造取得进展，这是对广大 机械工程师的一个鼓舞。这是因为，谁能掌握机床制造的尖端技术，就为制造最先进 的各种通用，专业机械创造了先决条件。机械工业是各种科技人才的蓄水池，生产人 员多须具备各种技能，机械工业越壮大，科技人才的效率越高，拉动全社会的生产力 发展越显著。一个欣欣向荣充满生机的机械工业体系的存在，可吸纳大量高素质生产 人员，是可持续发展的必要条件。应鼓励国营和私人企业积极投资参与。这就需要更 多得机械工程师来完成。具有创造性的机械工程师，才能把自然科学家的理论发明尽 可能的转化为真正的生产力。 5 强化个人能力的途径 5.1 在校期间学习计划 （1）学好专业知识，特别是要学好机械设计等有关机械设计制造的专业知识，为 初步就业做打算。 （2）课外充电，好好利用学院的图书馆和电子阅览室等学习资源，在闲余时刻， 多看一些与模具方面有关的书籍、论文、资料等，提高自己的专业知识，同时提高自 己的综合素质和竞争力，为将来有更好的发展打下基础。 （3）多与人接触，建立良好的人际关系，为将来的发展做准备 （4）多参加学校组织的活动 （5）利用好网络多搜集与自己就业相关的新闻信息 （6）制定一个长远的个人奋斗目标计划，按计划一步一个脚印的执行。 5.2 校外学习计划 及时的联系实习单位为自己踏上工作岗位大好基础。 (1)实习期间，要努力工作，增加技能，使自己的动手能力得到提高，从实习中获 得在课本上永远学不到的实践经验和知识，并且在实习期间，要多运用自己的理论知 识去解决实际问题，是自己在学校所学的知识得到充分的运用。 (2)要学习怎样与同事、领导相处，使自己的社交能力得到提高。 (3)在实习期间，还要学习企业的管理方法，并且注意这个企业的企业文化，为将 来更好的发展积累一点经验。 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 9 (4)学习各类机床的使用操作方法，为自己扩大就业的机会。 (5)多参加企业组织的活动，特别是经验交流会等。 6 我的工作规划 （1）毕业后 3 年内，希望找一家能给自己一些适当的发展空间的公司或者企业打 工，积累经验，见习于社会，并且好好利用这里的人际关系和社会关系去寻求更适合 自己发展的台阶。 （2）3 年后，通过自己的实践经验为成为机械工程师做好充分的准备。 （3）612 年内成为真正的机械工程师。 （4）15 年后在所在岗位上作出出色的成绩。 （5）20 年后继续学习知识，知识是无穷尽的，努力让自己的层次再提高一个台阶。 7 总结 计划固然好，但更重要的，在于其具体实践并取得成效。任何目标，只说不做到 头来都会是一场空。然而，现实是未知多变的，定出的目标计划随时都可能遭遇问题， 要求有清醒的头脑。其实，每个人心中都有一座山峰，雕刻着理想、信念、追求、抱 负；每个人心中都有一片森林，承载着收获、芬芳、失意、磨砺。一个人，若要获得 成功，必须拿出勇气，付出努力、拼搏、奋斗。成功，不相信眼泪；成功，不相信颓 废；成功不相信幻影，未来，要靠自己去打拼！ 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 10 第二部分第二部分 基于基于 PLCPLC 的多路信息采集系统的多路信息采集系统 摘摘 要要 本设计主要介绍了可编程控制器的发展，多路信息采集技术的发展历程。通过对 液压油进行分析，利用各种压力、油温传感器，对液压系统的主要动态参数（温度、 压力）信号进行在线实时检测。实时准确的获得各项参数的真实信号，经过 PLC 的采 集分析后，能够与 PC 机进行通讯，并能够对检测的参数在线显示、存储、打印等。 关键字：可编程控制器；液压系统动态参数；人机界面；信息采集技术。 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 11 Abstract The design focuses on the development of programmable controllers, multi-path information collection technology development process. Through the hydraulic oil analysis, using a variety of pressure, oil temperature sensor on the hydraulic system of the main dynamic parameters (temperature, pressure) signal-line real-time detection. Real-time and accurate access to the parameters of the real signal, through the PLCs acquisition analysis, be able to communicate with the PC, and can detect the parameters of the online display, storage, printing, etc Key words: Programmable controller; hydraulic system dynamic parameters; man-machine interface; information collection technology. 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 12 前 言 信号采集技术属于信息科学，是信息科学的一个重要分支，是由传感器、信号测 量与处理、计算机等综合形成的一门技术，它广泛应用于各个领域。信号采集系统是 信号与信息处理中不可缺少的重要组成部分。在液压设备的状态监测与故障诊断中,数 据采集系统提供设备的运行状态数据,其采集技术水平直接影响诊断结果。研制高性能 的液压数据采集系统将有利于设备维护的信息化、智能化,进一步提高设备利用率,减 少因设备故障带来的经济损失甚至人员伤亡。 多路信息采集是从多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发 展和普及，多路信息采集技术已成为日益重要的检测技术，被广泛应用于工农业等需 要同时监控温度、湿度和压力的场合。多路信息采集是工业控制等系统中的重要环节， 通常通过一些功能相对独立的单片机或 PLC 系统来实现，作为测控系统不可缺少的部 分，多路信息采集的性能特点会直接影响到整个系统。 要检测的液压系统，在大型施工设备中，液压油既是传递功率的介质，又对液压 元件起着润滑、密封和冷却作用，因此，液压油的状况对于液压系统的工作状况和工 作性能十分重要。液压油是液压系统不可缺少的组成部分。液压系统的故障大约有 70% 是由污染引起的，因而必须掌握有关油液状态的信号。 机械设备在正常工作情况下，液压系统中油液的工作温度一般都希望控制在 3580范围内，这一温度范围对机械的工作状况及液压油的寿命是最为理想的。 如果液压油温度超过这个范围将会对液压系统产生不良影响。同时工作压力是液压系 统最基本的参数之一，工作压力对液压系统有着至关重要的作用。工作压力的正常与 否在很大程度上会影响液压系统的工作性能。液压系统的工作压力失常经常表现为对 压力进行调解时出现调压阀失效、系统压力建立不起来、完全无压力、持续保持高压、 压力上升后又掉下来及压力不稳定等情况。一旦出现压力失常，液压系统的执行元件 将难以执行正常的工作循环，可能出现始终处于原始位置不工作，动作速度显著降低， 动作时相关控制阀组常发出刺耳的噪声等，导致机器处于非正常状态，影响整机的使 用性能。 由于液压系统中温度、压力的重要性，此次设计要求用可编程控制器 PLC，对液压 系统中液压油温度、有杆腔压力、无杆腔压力进行采集，并能够实现实时显示，存储， 打印功能。本文设计的多路信息采集系统采用 CPM2A 系列 PLC 作为核心控制元件。该 系统采用 Pt-100 作为温度传感器，采用 3200 系列 OEM 型压力传感器，通过 A/D7705 模拟量采集模块将模拟信号转变为数字信号并进行放大滤波等处理，使系统具有硬件 电路简单，功耗低的特点。同时 PLC 与上位 PC 机实现通讯是借助了 VB 的强大功能， 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 13 将采集的数据显示、打印等。使得该设计人机界面良好，对于其它相关设计具有很好 的借鉴价值。 1 绪论 1.1 基于 PLC 的多路信息采集系统概述 1.1.1 信息采集技术概述信息采集技术概述 信号采集技术属于信息科学，是信息科学的一个重要分支，是由传感器、信号测 量与处理、计算机等综合形成的一门技术。信号采集技术与传感器信号处理和计算机 技术是构成现代检测技术的基础，通过对信号进行一系列的检测、处理、控制等实现 相应的需求。 一个完整的信号（数据）采集系统由传感器、接口、采集硬件、软件等几部分组 成，如图 1 示： 传感器信号调理 传感器信号调理 传感器信号调理 P L C 硬 件 总 线 接 口 计 算 机 分 析 处 理 软 件 图 1 信号采集系统 信号采集技术的研究具有很强的实用性，如：在液压油箱温度、压力的检测中， 信号采集系统有着重要的地位。随着大规模集成电路技术与计算机技术的发展，信号 采集技术许多领域得到越来越多的应用，同时人们对信号采集系统的要求越来越高， 特别是系统的速度、分辨率等成为使用者和设计者共同关心的问题，故，进一步提高 信号采集系统的采集速度、精度成为信号采集领域的首要目标。信息采集系统的任务， 具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识 别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。 1.1.2 液压系统概述液压系统概述 （1）液压系统的组成 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅 助元件（附件）和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 14 泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞 泵。 执行元件(如液压缸和液压马达 )的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动 负载作直线往复运动或回转运动。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、 胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液 压油等几大类。 （2）工程机械液压系统质量优劣，可以按下面的指标进行比较： 系统的构成 在满足机器工作要求和使用条件的基础下，系统构成优势主要表现在系统简单、 紧凑、自重轻，元件选择合理，三化（标准化、系列化、通用化）程度高，便于安装、 调试、使用和维护，工作安全可靠，应急能力强等方面。要达到这些要求，不仅要有 良好的元件，还必须对系统进行合理的设计。 经济性 经济性指标包括系统的造价和使用费、系统传动效率和功率利用等。这几项指标 不是相互独立的，需要进行综合设计。 技术性能 技术性能包括微动性能，调速范围，传动平稳性，限速性，启动、制动及换向动 作灵敏性，缓冲、锁紧、限压、缸荷、补油等完善功能及振动、噪声和外泄大小等 。 （3）液压油箱的作用 储放系统工作用油 散发系统工作中产生的热量 分离油液中混入空气 沉淀污物 一般油箱中油温在 3050C 范围内比较合适，最高不超过 65C。固定装置油温应 在 4055C。移动装置，如车辆、工程机械等，最高温度允许达到 65C。特殊情况下 允许达到 85C。高压系统，为避免漏油，推荐油温不超过 50C。 （4）液压系统的液压油控制污染 液压系统故障多数起因于液压油的污染。为了保证系统正常工作，提高工作可靠 性，延长寿命，要采取有效措施，对液压油进行控制。 为了以简单的结构实现在任意方向上的各种不同形式的运动，现代机械，除了设 备必备的机械传动机构和电气设备之外，普遍采用液压传动。液压系统的工作载荷往 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 15 往是多变并伴有振动，工作速度经常处于瞬态转换兼有惯性冲击，因此对液压系统性 能提出了挑战。而液压油的温度，液压系统的压力是检验液压系统性能的两大重要标 准，所以对压力温度的检测成为当前的主要任务。 1.2 课题背景、提出及相关技术的发展现状 1.2.1 课题背景课题背景 为了以简单的结构实现在任意方向上的各种不同形式的运动，现代机械，除了设 备必备的机械传动机构和电气设备之外，普遍采用液压传动。液压系统的工作载荷往 往是多变并伴有振动，工作速度经常处于瞬态转换兼有惯性冲击，因此对液压系统性 能提出了挑战。而液压油的温度，液压系统的压力是检验液压系统性能的两大重要标 准，所以对压力温度的检测成为当前的主要任务。 机械设备在正常工作情况下，液压系统中油液的工作温度一般都希望控制在 3580范围内，这一温度范围对机械的工作状况及液压油的寿命是最为理想的。 如果液压油温度超过这个范围将会对液压系统产生不良影响。同时工作压力是液压系 统最基本的参数，工作压力的正常与否在很大程度上会影响液压系统的工作性能，所 以对压力、温度的检测是至关重要的。 液压系统故障多数起因于液压油的污染。为了保证系统正常工作，提高工作可靠 性，延长寿命，要采取有效措施，对液压油进行控制。 液压油是液压系统不可缺少的组成部分。它既是传递功率的介质，又对液压元件 起着润滑、密封和冷却作用，因此，液压油的状况对液压系统的工作状况和工作性能 十分重要。以下是有关液压油油温及压力不正常而产生的常见故障： 1液压油油温过高的原因： （1）油品选择不当 油的品牌、质量和黏度等级不符合要求，或不同牌号的液压油混用，造成液压油 黏度指数过低或过高。若油液黏度过高，则功率损失增加，油温上升；如果黏度过低， 则泄漏量增加，油温升高。 （2）污染严重 施工现场环境恶劣，随着机器工作时间的增加，油中易混入杂质和污物，受污染 的液压油进入泵、马达和阀的配合间隙中，会划伤和破坏配合表面的精度和粗糙度， 使泄漏增加、油温升高。 （3）液压油箱内油位过低 若液压油箱内油量太少，将使液压系统没有足够的流量带走其产生的热量，导致 油温升高。 （4）液压系统中混入空气 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 16 混入液压油中的空气，在低压区时会从油中逸出并形成气泡，当其运动到高压区 时，这些气泡将被高压油击碎，受到急剧压缩而放出大量的热量，引起油温升高。 （5）滤油器堵塞 磨粒、杂质和灰尘等通过滤油器时，会被吸附在滤油器的滤芯上，造成吸油阻力 和能耗均增加，引起油温升高。 （6）液压油冷却循环系统工作不良。 通常，采用水冷式或风冷式油冷却器对液压系统的油温进行强制性降温。水冷式 冷却器，会因散热片太脏或水循环不畅而使其散热系数降低；风冷式冷却器，会因油 污过多而将冷却器的散热片缝隙堵塞，风扇难以对其散热，结果导致油温升高。 （7）零部件磨损严重 齿轮泵的齿轮与泵体和侧板，柱塞泵和马达的缸体与配流盘、缸体孔与柱塞，换 向阀的阀杆与阀体等都是靠间隙密封的，这些元件的磨损将会引起其内泄漏的增加和 油温的升高。 （8）环境温度过高 环境温度过高，并且高负荷使用的时间又长，都会使油温太高。 2液压油油温过高的危害 （1）液压油黏度、容积效率和液压系统工作效率均下降，泄漏增加，甚至使机械 设备无法正常工作。 （2）液压系统的零件因过热而膨胀，破坏了相对运动零件原来正常的配合间隙， 导致摩擦阻力增加、液压阀容易卡死，同时，使润滑油膜变薄、机械磨损增加，结果 造成泵、阀、马达等的精密配合面因过早磨损而使其失效或报废。 （3）加速橡胶密封件老化变质，寿命缩短，甚至丧失其密封性能，使液压系统严 重泄漏。 （4）油液汽化、水分蒸发，容易使液压元件产生穴蚀；油液氧化形成胶状沉积物， 易堵塞滤油器和液压阀内的小孔，使液压系统不能正常工作。 3液压系统压力失常的原因： （1）液压泵、马达方面的原因 液压泵、马达使用时间过长，内部磨损严重，泄漏较大，容积效率低导致液压泵 输出流量不够，系统压力偏低。 发动机转速过低，功率不足，导致系统流量不足，液压系统偏低。 液压泵定向控制装置位置错误或装配不对，泵不工作，系统无压力。 （2）液压控制阀的原因 工作过程中，若发现压力上不去或降不下来的情况，很可能是换向阀失灵，导致 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 17 系统持续卸荷或持续高压。 溢流阀的阻尼孔堵塞、主阀芯上有毛刺、阀芯与阀孔和间隙内有污物等都有可能 使主阀芯卡死在全开位置，液压泵输出的液压油通过溢流阀直接回油箱，即压力油路 与回油路短接，造成系统无压力；若上述毛刺或污物将主阀芯卡死在关闭位置上，则 可能出现系统压力持续很高降不下来的现象；当溢流阀或换向阀的阀芯出现卡滞时， 阀芯动作不灵活，执行部件容易出现时有动作、时无动作的现象，检测系统压力时则 表现为压力不稳定。 有单向阀的系统，若单向阀的方向装反，也可能导致压力上不去。 系统内外泄漏，例如阀芯与阀体孔之间泄漏严重，也会导致系统压力上不去。 （3）其他方面的原因 液压油箱油位过低、吸油管太细、吸油过滤器被杂质污物堵塞会导致液压泵吸油 阻力过大（液压泵吸空时，常伴有刺耳的噪声） ，导致系统流量不足，压力偏低。 另外，回油管在液面上（回油对油箱内油液冲击时产生泡沫，导致油箱油液大量 混入空气） ，吸油管密封不好漏气等易造成液压系统中混入空气，导致系统压力不稳定。 4液压系统压力失常的危害 （1）压力过低 执行机构不足以克服外界载荷，系统建立不起压力，执行机构无动作；需要同时 联动的机构，不能联动。执行机构这种推不动、举不起、拉不走的现象严重影响工程 机械的工作效率。 （2）压力过高 运动件的相对运动副，管道连接，液压元件固定连接处漏油和渗漏，造成油液对 环境的污染，油液的浪费，机械效率降低，严重时还将引起系统工作的不稳定和系统 的破坏。 液压系统噪声强烈，甚至产生嚎叫，引起系统剧烈振动，不仅污染环境，而且可 能使系统工作丧失稳定性。 我们在使用液压设备的时候，除了避免外界原因引起的油温、压力异常之外，还 应该有一套完善的检测设备，以尽早发现问题提出对策。本文就是运用计算机、温度 传感器、压力传感器和 PLC 等组成的信号采集系统对油箱内液压油的温度、有杆腔压 力和无杆腔压力进行检测的。 1.2.2 课题的提出课题的提出 现代机械液压系统向着高性能、高精度和复杂的方向发展，液压系统的可靠性成 了一个十分重要的问题，除了对液压系统进行可靠性设计外，液压系统故障检测和诊 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 18 断技术越来越受到重视，成为液压技术发展的一个重要方向。由于液压系统工作元件 及工作介质的封闭性，给系统的在线检测及不解体在线故障诊断带来困难，目前，主 要还停留在人工巡回检测和定期检修的水平上。近年来，由于计算机技术、检测技术、 信息技术和智能技术的发展，大大促进了液压系统故障检测与诊断技术的发展。 现在的检测技术主要是以工况监视为特点，对机械设备的特征信号进行检测、分 析处理，利用特征信号进行故障诊断。本设计主要是利用各种传感器，对液压系统的 主要动态参数（温度、压力）信号进行在线实时检测。这是整个故障检测与诊断系统 的重要环节，要求实时准确的获得各参数的真实信号，经过 PLC 的采集分析后，能够 与 PC 机进行通讯，并能够对检测的参数在线显示、存储、打印等。 1.2.3 相关技术的发展现状相关技术的发展现状 随着计算机技术的飞速发展和普及，多路信息采集系统在多个领域有着广泛的应 用。在医药、化工、食品、机械等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节 的温度、湿度、流量及压力等参数，多路信息采集势必将会得到越来越多的应用，为 适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。总之，不论在哪个应用领域中，多 路信息采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。 此外，可编程控制器 PLC 的发展对信息采集起了巨大的推动作用。计算机和信息 采集系统的紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，对社会发展产生了深远的影响。 （一）PLC 技术的发展 可编程控制器（简称 PLC）是一种专用于工业环境下的数字式电子装置。它使用可 编程的存储器存储程序指令，完成逻辑运算、计数、定时和算术运算等功能，以便控 制各种机械和生产过程。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰 能力强、编程简单等特点，在现代工业中应用十分广泛。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30%40%。在这时期，PLC 处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力 得到大幅度提高。进入 21 世纪，可编程序控制器仍保持旺盛的发展势头，并不断扩大 其应用领域，如为用户配置柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。目 前可编程序控制器主要向两个方向扩展：一是综合化控制系统，它已经突破了原有的 可编程序控制器的概念，将工厂生产过程控制与信息管理系统密切结合起来，甚至向 上为 MES 和 ERP 系统准备了技术基础，这种发展趋势会使得举步为艰的 ERP 系统有了 坚实的技术基础，从而会带来工业控制的一场变革，实现真正意义上的电子信息化工 厂；二是微型可编程序控制器异军突起，体积如手掌大小，功能可覆盖单体设备及整 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 19 个车间的控制功能，并具备联网功能，这种微型化的可编程序控制器使得控制系统可 将触角延伸到工厂的各个角落。因而现代制造业更加注重采用 PLC 控制。 长期以来，PLC 以其可靠性高、通用性强和使用简便等优点始终处于工业控制自动 化领域的主战场。它不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需求，而且将通信技 术和信息处理技术融为一体，使其功能更加完备，为各种各样的自动化控制设备提供 非常可靠的控制方案，广泛应用于各种工业场合。 在制造业领域，PLC 作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一， 成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，其发展日新月 异，大大超过出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、 数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量 和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发 展以及信息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它具有很强的联网通讯能力， 从而更广泛地应用于众多行业。 随着科学技术和微处理技术的迅猛发展，PLC 技术和产品日趋完善。PLC 的发展与 制造业的发展相辅相成，PLC 的发展推动了制造业的发展，而制造业的发展又对 PLC 的 发展提出了更高的要求，目前，为适应大中小型企业的不同需要，进一步扩大 PLC 在 工业自动化领域的应用范围，PLC 的发展趋势主要表现在： （1）多品种方向发展 A：结构、规模的发展：整体结构向小型模块化方向发展，使配置更加方便灵活， B：开发更丰富的 I/O 模块(包括智能模块)在增强 PLC 的 CPU 功能的同时，不断推 出新的 I/O 模块，如数控模块、高速计数模块、远程 I/O 模块、通讯和人机接口模块 等，另外，在模块上逐渐向智能化方向发展11。 （2）发展容错技术，进一步提高系统的可靠性。 （3）高性能，组态编程，随着工厂自动化和计算机集成制造系统的发展，功能强 大的 PLC 需求日益增加。其高功能主要体现在：函数运算及符点运算，数据处理和方 案处理，队列和矩阵运算，PID 运算以及超前、滞后补偿，多段斜坡曲线，配方和批处 理，菜单组合的多窗口技术，控制与管理综合，组态编程简便等。 （4）分散型、智能型和现场总线型 I/O 子系统。 （5）增强通信网络功能：PLC 的通信联网功能增强就可以使 PLC 与 PLC 之间，PLC 与计算机之间能够通信、交换信息，形成一个分布式控制系统。 （6）实现软、硬件标准化。 总之，PLC 正朝着体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉、大容量、高可靠性、 高速度、多功能、网络化的方向发展，微型化、网络化、PC 化和开放性是 PLC 未来发 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 20 展的主要方向。 PLC 本身就是一台适合工业现场使用的专用计算机，其硬件组成有下面 7 个部分， 如图 2 所示。 图 2 硬件组成 PLC 的工作方式有周期扫描方式、定时中断方式、输入中断方式和通信方式等，最 主要的方式是周期扫描方式。周期扫描方式大致可以分为 7 个过程，如图 3 所示 启 动 处 理 共 同 处 理 通 讯 服 务 外 设 服 务 输 入 刷 新 程 序 执 行 输 出 刷 新 图 3 PLC 的工作过程 （二） 多路信息采集技术的发展 随着大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，数字技术渗透到各个技术领域。 但是自然界中大多数物理信号却是模拟信号，因此，将模拟信号转化成数字信号是进 行信号处理和分析的首要前提。此次多路信息采集系统的设计就是完成对采集到的多 扫描周期 工学院本科专业职业生涯设计工学院本科专业职业生涯设计 21 路模拟信号转换成计算机能识别的数字信号并进行控制操作的任务。 随着计算机和 PLC 技术的飞速发展，越来越多的企业以计算机和 PLC 为平台，实 现生产控制，根据统计资料表明：在 PLC 控制系统的故障中，CPU 占 5%，I/O 接口占 15%，输入设备占 45%，输出设备占 30%，线路占 5%。前二项共 20%故障属于 PLC 的内 部故障，它可通过 PLC 本身的软、硬件实现检测、处理；而其余 80%的故障属于 PLC 的 外部故障。因此，PLC 生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块， 进一步提高系统的可靠性。在 PLC 系统结构不断发展的同时，PLC 的编程语言也越来越 丰富，功能也不断提高。除了大多数 PLC 使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要 求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼 容的高级语言等。多种编程语言的并存、互补与发展是 PL