毕业设计（论文）PLC升降式工作台自动控制系统的设计

1、电子与信息工程学院本 科 毕 业 论 文论文题目 升降式工作台自动控制系统的设计 学生姓名 学 号 专 业 电气工程及其自动化 班 级 08电气（2） 指导教师 2010年5月摘 要升降式工作平台广泛适用于汽车、集装箱、模具制造，木材加工，化工灌装等各类工业企业及生产流水线，为了满足生产工作中对升降式工作台平稳性及自动化多样控制的需求，本文通过电脑软件仿真模拟的方法，对升降式工作台自动控制系统的设计进行了探讨。该系统采用液压驱动，利用梯形图对plc进行编程，实现了升降平台的手动、自动控制，其中自动控制又分为回原点、单步、单周期、连续四种模式。关 键 词：plc，液压传动，自动控制系统，升降式工

2、作台abstractmovements of working platform widely used in automobiles, container, mould making, wood processing, chemical filling etc all kinds of industrial enterprise and production assembly line, in order to satisfy the production of movements of workbench stability and automation control of diverse

3、 demand, this article through computer software simulation method, the movements of the design of the automatic control system is discussed. the system adopts hydraulic drive, use ladder diagram to plc for programming, realize the lift platform manual, automatic control, among them the automatic con

4、trol and divided into back to a single step, single origin, continuous cycle, four mode.key words: plc, hydraulic transmission, the automatic control system, the movements of workbench目 录1.绪 论12. 课题设计方案32.1 升降式工作台的种类选择32.2 控制器的选择42.2.1 继电器控制42.2.2 51系列单片机控制42.2.3 plc控制43.系统整体设计分析63.1 认识液压系统63.2三菱fx-

5、2n系列plc简介94. 液压系统设计134.1引言134.2液压系统的结构134.3参数计算144.4小结155控制系统设计165.1材料分析与接口设计165.2梯形图设计176编程仿真实验256.1 仿真环境256.2 梯形图在线仿真调试及结果分析267. 结论与展望45参考文献47附录a（完整梯形图）：491. 绪 论在工厂生产中，经常会用到升降式工作台。例如，在铸造、焊接、喷涂、搬运、装配等工作场合就有各种升降式工作台被用作输送和定位的工具。1764年，瓦特发明了蒸汽机，1800年开始美国煤矿用此类升降机从下往上运煤，1850，美国出现了以蒸汽为动力的升降平台，1852年e.g.oti

6、s为美国杨克斯的一家公司制成了安全升降机，而1857年第一台客用安全升降机安装在一座高五层的百货大楼里，这类升降机都以液压或气压为动力。此后升降机高度发展，而目前，升降机已经有很多种类，包括乘客电梯，载货电梯，液压电梯，杂物电梯，自动电梯，自动人行道，特殊类型电梯，起重机等。目前世界工程起重机年销售额已达75亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有10多家，世界市场主要集中在北美、日本/亚洲和欧洲，因为汽车行业的告诉发展，国外随车起重机发展极为迅速。升降机技术最发达的几个国家并是美国，日本和德国，日本的升降机年产量居世界第一，美国则是升降机最大的市场，欧洲市场潜

7、力最大，而我们国内的市场在高速发展的今天也预示着未来起重机的市场潜力也非常大。 我国建筑业，房地产业和汽车产业高速发展，带动了电梯业和升降机业的发展，因此迫切需要一系列与之适应的升降平台技术2. 课题设计方案2.1 升降式工作台的种类选择固定式升降平台升降稳定性好，适用范围广的货物举升设备主要用于生产流水线高度差之间货物运送；物料上线、下线；工件装配时调节工件高度；高处给料机送料；大型设备装配时部件举升；大型机床上料、下料；仓储装卸场所与叉车等搬运车辆配套进行货物快速装卸等。 根据使用要求，可配置附属装置，进行任意组合，如固定式升降平台的安全防护装置，电器控制方式、工作平台形式、动力形式等。各

8、种配置的正确选择，可最大限度地发挥升降平台的功能，取得最佳的使用效果。固定式升降平台的可选配置有人工液压动力、方便与周边设施搭接的活动翻板、滚动或机动辊道、防止轧脚的安全触条、风琴式安全防护罩、人动或机动旋转工作台、液动翻转工作台、防止升降平台下落的安全支撑杆、不锈钢安全护网、电动或液动升降平台行走动力系统、万向滚珠台面。 车载式升降平台 车载式升降平台是为提高升降平台的机动性，将升降平台固定在电瓶搬运车或货车上，它接取汽车引擎动力，实现车载式升降平台的升降功能。以适应厂区内外的高空作业。 广泛应用于宾馆、大厦、机场、车站、体育场、车间、仓库等场所的高空作业；也可作为临时性的高空照明、广告宣传

9、等。液压升降平台广泛适用于汽车、集装箱、模具制造，木材加工，化工灌装等各类工业企业及生产流水线，满足不同作业高度的升降需求，同时可配装各类台面形式（如滚珠、滚筒、转盘、转向、倾翻、伸缩），配合各种控制方式（分动、联动、防爆），具有升降平稳准确、频繁启动、载重量大等特点，有效解决工业企业中各类升降作业难点，使生产作业轻松自如。曲臂式高空作业平台 曲臂式高空作业平台能悬伸作业、跨越一定的障碍或在一处升降可进行多点作业；平台载重量大，可供两人或多人同时作业并可搭载一定的设备；可以旋转360，具有一定的作业半径；升降平台移动性好，转移场地方便；外型美观，适于室内外作业和存放。动力目前有柴油机、柴油机和

10、电双用、纯电瓶驱动三种，适用于车站、码头、商场、体育场馆、小区物业、厂矿车间等大范围作业。套缸式液压升降平台套缸式液压升降平台为多级液压缸直立上升，液压缸高强度的材质和良好的机械性能，塔形梯状护架，使升降平台有更高的稳定性。即使身处30米高空，也能感受其优越的平稳性能。 适用场合：厂房、宾馆、大厦、商场、车站、机场、体育场等主要用途：电力线路、照明电器、高架管道等安装维护，高空清洁等单人工作的高空作业。按照要求选择固定式升降台。2.2 控制器的选择 工业上控制系统一般主要有继电器控制、单片机控制、plc控制三大类，下面进行简单的介绍。2.2.1 继电器控制继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利

11、用继电器机械触点的串联或并联等组合成控 制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。从工作方式上在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态即该吸合 的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并 行工作方式。从控制速度上继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。从可靠性和可维护性上由于继电器控控制系统使用了大量的机械触点，连线多，触点开闭时存在机械磨

12、损、电弧烧伤等现象，触点寿命短，所以可靠性和可维护性较差。总的来说继电器控制得优点是：成本低，只要懂电工基础即可。其缺点也很明显： 接线比较复杂，功能单一。2.2.2 51系列单片机控制单片机,也叫微控制器(英文为microcontroller), 与控制技术之间有着不可分割的联系,是自动控制方面必不可少的先备知识。现代控制技术是以微控制器作为核心部件的技术。由此构成的控制系统作为当今工业控制的主流系统，已取代常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备和很大部分操作管理的人工职能，并具有较高级复杂的计算方法和处理方法，使受控对象的动态过程按规定方式和技术要求运行，以完成各种过程控制、操作管理等

13、任务。特别是近年来随着嵌入式系统在交通、通信、工业、仪器、医疗等领域的广泛应用而深入到各行业的诸多领域。51系列8位单片机既经典又具生命力，其历史可以划分三个发展阶段。第一阶段是mcs51系列迅速推进到80c51系列，满足各种嵌入式应用要求。第二阶段是基于flash rom技术的at89cxx系列，目前国内使用较多。第三阶段是当前推出的c8051f产品，其性价比更具优势。同时，16位、32位处理器的强大发展势头，特别是32位嵌入式cpu的丰富功能，如arm7、arm9等系列芯片，在工业控制领域不断占据了高端微控制器市场的较大份额，同时也在逐步向低端控制器领域扩展。2.2.3 plc控制plc，

14、现代机械设备的大脑！现代自动化机械设备上使用plc非常普遍，取代了很大一部分传统继电器控制电路，这是因为plc具有先天的综合优势，下面是我结合了近十年的自动化控制经验来告诉大家十大优势：1、功能强，性能价格比高一台小型plc内有成百上千个可供用户使用的编程元件（如计时器，计数器，继电器等），有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，

15、一般用接线端子连接外部接线。plc有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。3、可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，plc用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。plc采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，plc已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。4、系统的设计、安装、调试工作量少plc用软件

16、功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。plc的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。plc的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过plc上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。5、编程方法简单梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图

17、语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。6、维修工作量少，维修方便plc的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。plc或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据plc上的发光二极管或编程器提供的实时梯形图的状态迅速的查明故障的原因，用修改程序或更换模块的方法可以迅速地排除故障。7、体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用plc后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型plc的体积相当于几个继电

18、器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。plc的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。8、与时俱变，能实现网络通讯 plc可以与电脑及智能仪表等通过通信联网，实现分散控制，集中管理。并能实现地显示出当前机械设备的工作状态和工作流程，对生产管理和现场维修带来极大的方便。9、提升产品技术含量，增加产品形象！对于复杂的机械设备，如果还使用传统的继电器控制，则不单加大的控制电箱的配制难度，还让产品的最终客户觉得产品不够先进，使用信心不足，因为现在主流机械设备都用上plc，有plc的机械品质或许更有保证，同时使用pl

19、c加大了同行的仿制难度！10、对未来机械升级很方便对于复杂的机械设备，如果随着时间的推移而不能满足使用的话，就必须要进行机械设备升级改造，如果是用传统继电器控制的，则会很麻烦，基本上要把以前的控制电箱宣布报废，但是用plc控制的电箱的话就很方面，只要扩展一个相关的i/o点，修改一下相关的控制程序就可以了！本课题采用三菱fx-2n-32mr plc作为升降式工作台自动控制系统的核心控制器。3.系统整体设计分析3.1 认识液压系统液压与气压传动相对于机械传动来说是一门较新的技术。液压与气压传动是以有压流体（液体和气体）作为工作介质，进行能量的传递和控制的一种方式。由于流体这种工作介质具有独特的物理

20、性能，相对于机械、电气等传动和控制方式来说具有很多的优点，所以液压传动技术发展十分迅速，因此，在我国工业、农业、国防等各个行业中的机电设备上得到了广泛的应用。3.1.1液压传动系统的工作原理液压传动的工作原理，可以用一个液压千斤顶的工作原理来说明。图1-1液压千斤顶工作原理图1杠杆手柄2小油缸3小活塞4，7单向阀5吸油管6，10管道8大活塞9大油缸11截止阀12油箱图1-1是液压千斤顶的工作原理图。大油缸9和大活塞8组成举升液压缸。杠杆手柄1、小油缸2、小活塞3、单向阀4和7组成手动液压泵。如提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部真空，这时单向阀4打开，通过吸油管5从油箱1

21、2中吸油；用力压下手柄，小活塞下移，小活塞下腔压力升高，单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，从而保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入举升缸下腔，使重物逐渐地升起。如果打开截止阀11，举升缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。通过对上面液压千斤顶工作过程的分析，可以初步了解到液压传动的基本工作原理。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质。压下杠杆时，小油缸2输出压力油，是将机械能转换成油液的

22、压力能，压力油经过管道6及单向阀7，推动大活塞8举起重物，是将油液的压力能又转换成机械能。大活塞8举升的速度取决于单位时间内流入大油缸9中油容积的多少。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。3.1.2液压传动系统的组成从上述的例子可以看出，液压传动系统均由以下五个部分组成：1能源装置能源装置是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的装置，是系统的能量来源，系统由此取得能量。液压系统的能源装置为液压泵。2执行装置执行装置是将液体的压力能转换成机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度（或力矩和转速），以驱动工作部件，是系统的输出。它可以是作直线运动或摆动的液压缸，也可以是作回转运动

23、的液压马达。3控制调节装置控制调节装置是对系统中流体的压力、流量、流动方向进行控制和调节的装置。如溢流阀、节流阀、换向阀等。它们通过控制与调节流体的压力、流量和流向，以保证执行元件完成预期的工作运动。控制调节装置是指各种阀类元件，它们的不同组合就组成了能完成不同功能的液压传动系统。4辅助装置辅助装置是指除上述三个组成部分以外的其他装置。如油箱、滤油器、蓄能器、管道、管接头、压力表、流量表等。这些元件分别起散热、贮油、过滤、输油、连接、测量压力和测量流量等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分。5工作介质工作介质即传递能量的流体。通常液压系统为液压油。3.2 三菱fx-2n系列p

24、lc简介fx2n系列是fx系列plc家族中最先进的系列。由于fx2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟i/o，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为j和k型热电偶或pt传感器开发了温度模块。对每一个fx2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络 cc-link，profibus dp和devicenet或者采用传

25、感器层次的网络解决您的通信需要其它功能：内置式24v直流电源24v、400ma直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。时钟功能和小时表功能 在所有的fx2nplc中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能 可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。run/stop

26、开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护 远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据密码保护 使用一个八位数字密码保护您的程序。 交流电源、24v直流输入类型模型i/o总数输入输出尺寸mm(英寸)(宽)*(厚)*(高)数目类型数目类型fx2n-16mr-001168漏型8继电器130*87*90() fx2n-16mt-001晶体管fx2n-32mr-0013216漏型16继电器150*87*90(5.9*3.4*3.5) fx2n-32mt-001晶体管fx2n-48mr-0014824漏型24继电器182*87*90(7.2*3.4*3.5)fx2n-48mt-00

27、1晶体管fx2n-64mr-0016432漏型32继电器220*87*90(8.7*3.0*3.5)fx2n-64mt-001晶体管fx2n-80mr-0018040漏型40继电器285*87*90(11.2*3.4*3.5) fx2n-80mt-001晶体管fx2n-128mr-00112864漏型64继电器350*87*90(13.8*3.4*3.5) fx2n-128mt-001晶体管直流电源、24v直流输入类型模型i/o总数输入输出尺寸mm(英寸)(宽)*(厚)*(高)数目类型数目类型fx2n-32mr-d3216漏型16继电器150*87*90(5.9*3.4*3.5) fx2n-3

28、2mt-d晶体管fx2n-48mr-d4824漏型24继电器182*87*90(7.2*3.4*3.5) fx2n-48mt-d晶体管fx2n-64mr-d6432漏型32继电器220*87*90(8.7*3.4*3.5) fx2n-64mt-d晶体管fx2n-80mr-d8040漏型40继电器285*87*90(11.2*3.4*3.5) fx2n-80mt-d晶体管fx2n性能规格项目规格备注运转控制方式通过储存的程序周期运转i/o控制方法批次处理方法(当执行end指令时)i/o指令可以刷新运转处理时间基本指令：0.8s/指令应用指令：1.52至几百s/指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用

29、步进梯形图能生成sfc类型程序程式容量8000步内置使用附加寄存盒可扩展到16000步指令数目基本顺序指令：27步进梯形指令：2应用指令：128最大可用298条应用指令i/o配置最大硬体i/o配置点256，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入256、输出256）辅助继电器（m线圈）一般500点m0至m499锁定2572点m500至m3071特殊256点m8000至m8255状态继电器（s线圈） 一般490点s0至s499锁定400点s500至s899初始10点s0至s9信号报警器100点s900至s999定时器（t）100毫秒范围：0至3276.7秒200点t0至t19910毫秒范围：0至

30、327.67秒46点t200至t2451毫秒保持型范围：0至32.767秒4点t246至t249100毫秒范围：0至3276.7秒6点t250至t255计数器（c）一般16位范围：0至32767数200点c0至c199类型：16位上计数器锁定16位100点（子系统）c100至c199类型：16位上计数器 一般32位15点c200至c219类型：16位上/下计数器 锁定32位15点c220至c234类型：16位上/下计数器 高速计数器（c）单相范围：-2147483648至+2147483647数一般规则：选择组合计数频率不大于20khz的计数器组合注意所有的计数器锁定 c235至c240 6点

31、单相c/w起始停止输入 c241至c245 5点双相c246至c250 5点a/b相c251至c255 5点数据寄存器（d） 一般200点d0至d199类型：32位元件的16位数据存储寄存器对 锁定7800点d200至d7999类型：32位元件的16位数据存储寄存器对 文件寄存器7000点d1000至d7999通过14块500程式步的参数设置类型：16位数据存储寄存器 特殊256点从d8000至d8255类型：16位数据存储寄存器 变址16点v0至v7以及z0至z7类型：16位数据存储寄存器 指标（p）用于call128点p0至p127用于中断6输入点、3定时器、6计数器100*至150*和1

32、6*至18*(上升触发*=1，下降触发*=0，*=时间(单位：毫秒)嵌套层次用于mc和mrc时8点n0至n7常数十进位k16位：-32768至+3276832位：-2147483648至+2147483647 十六进位h16位：0000至ffff32位：00000000至ffffffff浮点32位：1.175*10-38，3.403*10-38（不能直接输入）4. 液压系统设计4.1 引言在工厂生产中，经常会用到升降式工作台。例如，在铸造、焊接、喷涂、搬运、装配等工作场合就有各种升降式工作台被用作输送和定位的工具。较大型的升降式工作台的驱动装置一般选用液压缸，这是因为液压缸工作可靠、费用较低。

33、此外，利用液压系统的储能作用，还可以使工作台的能耗较低。 在升降式工作台携带着工件上升时，需要液压缸向其提供驱动力，即液压缸向工作台输出能量；而在工作台携带着工件下降时，其势能将释放出来。这种势能如果不能有效地利用，则会造成能量浪费。这种能量浪费对于小型工作台来说尚不显严重，但对于较大工作台来说，就非常可惜了。因此，对于较大工作台，需在其液压系统中加入储能装置，在工作台下降时将其势能储存起来，以便在工作台上升时重新释放出去，使能量的利用更加合理，并同时达到保护系统安全的目的。 在一些液压系统中，采用蓄能器来储存液压能。这种方法结构简单，易于实施。然而，由于蓄能器的容积有限，因此对于较大工作台来

34、说，就难以满足要求了。在本文中，采用了两个液压缸互补的方法，即通过两个液压缸间的液压油互补，实现两者间的能量互补，从而达到节能效果，同时又使液压系统工作平稳、可靠性高。 4.2 液压系统的结构升降式工作台液压系统基本结构如图1所示。 图1-1升降式工作台液压系统工作原理图1工作台2液压缸3活塞4换向手柄5换向阀6，8，16回油管7节流阀9开停手柄10开停阀11压力管12压力支管13溢流阀14钢球15弹簧17液压泵18滤油器19油箱图12液压传动系统原理下面分析该升降式工作台的液压传动系统。如图1-2所示，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接

35、头组成。其工作原理如下：液压泵由电动机驱动后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，油液在泵腔中从入口低压到泵出口高压，在图1-2(a)所示状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸上腔，推动活塞使工作台向下移动。这时，液压缸下腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。如果将换向阀手柄转换成图1-2(b)所示状态，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸下腔、推动活塞使工作台向上移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管6排回油箱。工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减小，工作台的移动速度减小。为

36、了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力所产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力越高；反之压力就越低。这种现象正说明了液压传动的一个基本原理压力决定于负载。液压传动是以液体的静压力传递动力为特征，以区别于以液体动能（或动量）来传递动力的液力传动。4.3 参数计算 技术要求：工作台升降高度为1000cm,提升重量为2000kg 1.液压元件选择 (1)液压缸参数确定及选型 系统压力的初选是按最大载荷选取的，按技术要求可知系统工作压力p/为3 mpa。根据液压缸内径计算公式，得出其内径为79.8 mm。按液压缸内径系列参数表，选取缸筒内径

37、为82 mm 。再根据液压缸壁厚公式计算得出液压缸壁厚为8 mm，由此确定液压缸外径尺寸为98 mm 。 按照活塞杆直径计算公式，得出其直径尺寸为27 mm，再按活塞杆直径系列参数表，选取活塞杆直径为40mm 。根据安装尺寸和动作要求，活塞杆行程应为400mm 。根据以上分析和计算，最终决定选用tere3307型车转向助力器液压缸。该型液压缸是单级双作用液压缸，其内径d为82.6 mm，活塞杆行程s为460 mm，按照中等壁厚缸筒校核公式计算，满足强度要求。该液压缸的单程平均速度为4.6 m/min ，单个液压缸实际流量q为24.6 l/min ， 实际工作压力p为2.8 mpa 。 (2)液

38、压泵的选型 由于液压系统为2个液压缸串联，其工作压力应调整为3.3 mpa ，整个系统流量qs应调整为54 l/min。液压泵的流量q/应大于或等于系统流量qs，经计算额定工作压力p/h为5.28 mpa 。 根据以上分析计算，我们选用小松hd325车型的液压应急泵。此液压泵为直流电动机与齿轮泵一体化结构，额定工作压力为 7 mpa，额定流量为60 l/min，各项参数符合技术要求。 (3)其他液压元件的选择 按液压泵流量54 l/min、系统工作压力3.3 mpa以及通路要求，选用wmm型手动换向阀。为了减少连接管路，我们选取zfs型组合阀作为溢流阀、单向阀。选用y-100t弹簧式压力表，其

39、测量上限为10 mpa 。 根据液压泵推荐用油和实际工作情况，选用液力传动c-3液压油。油箱容量定为液压泵流量的2倍，即108 l，并选用通过能力为54 l/min的网式滤油器。2.电器元件的选择 (1)蓄电池的选型 蓄电池的容量是指在放电允许的范围内蓄电池输出的电量，它必须与设备上的用电系统相匹配，否则会影响蓄电池的使用寿命，其计算公式为：式中：qe蓄电池额定容量，a.h； p直流电动机功率，3.5 kw； u 直流电动机电压，24 v。 查蓄电池规格型号表，选用2块6-q-105型蓄电池。 (2)蓄电池导线的选择 蓄电池导线截面积如果选取得过小，就会使电动机功率和转矩减小，导线发热。为此选

40、取橡皮绝缘电缆多股铜芯线，其截面积为50 mm2。 (3)继电器和搭铁开关的选择 带动液压泵工作的是串激式直流电动机，其工作时电枢绕组电流很大（达几百安培），因此选择了触点可承载大电流的继电器和搭铁开关。4.4 小结本章讨论了一种升降式工作台的液压系统的设计问题，并给出了这种液压系统的可行方案。该液压系统中通过两个液压缸间的液压油互补，实现两者间的能量互补，从而达到了节能效果，同时又使液压系统工作平稳、可靠性较高。 5控制系统设计5.1 控制系统整体分析为了满足生产的需要，该升降式工作台设置了多种工作方式吗，有手动方式和自动工作方式，自动方式又分为连续、单周期、单步和自动返回初始状态四种工作方

41、式。如何实现多种工作方式，并将它们融合到一个程序中，是梯形图设计的难点之一。升降台是用来将物体从低处搬到高处(见图5.1)，控制面板如同5.2，图5.3是plc的外部接线图。工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作方式，操作面板左下部的2个按钮是手动按钮。为了保证在紧急情况下（包括plc发生故障时）能可靠地切断plc的负载电源，设置了交流接触器km(见图5.3)。在plc开始运行时按下“电源”按钮，使km线圈得电并自锁，km的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。图5.1 升降台示意图图5.2 控制面板图5.3 外部接线图由下图5.4可知，选择手

42、动工作方式时手动开关x10为on,将执行共用程序和调用手动子程序。选择自动回原点方式时x11为on，将调用回原点程序。选择其他工作方式时将调用自动程序。图5.4 程序的总体结构升降台在最下面时称系统处于原点状态（或称初始状态）。如果选择的是单周期工作方式，在初始状态下按下启动按钮x16，从初始步m0开始，升降台按顺序功能图（见图5.5）的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。如果选择连续工作方式，在初始状态下按启动按钮升降台从初始步开始一个周期一个周期地反复连续工作。按下停止按钮，并不马上停止工作，完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。在单步工作方式，从初始步开始，按一下

43、启动按钮，系统转换到下一步动作，完成该步任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，才往前走一步。单步工作方式常用于系统调试。在选择单周期、连续、单步工作方式之前，系统应处于原点状态，如果不满足这一条件，可以选择回原点工作方式，然后按启动按钮x16，系统自动返回原点状态。在原点状态，顺序功能图中的初始步m0为on,为进入单周期、连续和单步工作方式做好了准备。项目所需设备、工具、材料见表5-1表5-1 项目所需设备、工具、材料名称型号或规格数量名称型号或规格数量可编程控制器fx-2n32mr1台熔断器rc1a-30/151只交流接触器cj10-203只行程开关lx192只按钮la10-3

44、h6个组合开关hz10-10/51个热继电器jr16-20/31个连接导线若干输入点和输出点分配如表13-2所示。输入信号输入信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号下限位sq1x1单周期x13上限位sq2x2连续x14上升sb1x6启动sb3x16下降sb2x7停车sb4x17手动x10输出信号回原点x11上升y0单步x12下降y15.2梯形图设计5.2.1、梯形图的编程方法 1 起保停电路的编程方法2 以转换为中心的编程方法3 使用stl指令的编程方法5.2.2、公用程序与手动程序设计 1公用程序设计公用程序的作用：自动程序和手动程序相互切换的处理。 当系统开始执行自动程序时，要求系统处于

45、与自动程序的顺序功能图中初始步对应的初始状态。如开机后系统没有处于初始状态，则应进入手动工作方式，用手动操作使系统进入初始状态，再切换到自动工作方式。也可以设置使系统自动进入初始状态， 系统进入自动运行之前，公用程序应将顺序功能图的初始步对应的编程元件置位，将除初始步以外的各步对应的辅助继电器复位，避免系统返回自动工作方式时出现同时有两个活动步的异常情况。2 手动程序设计 手动程序比较简单，可以用经验法设计。下图5.7是手动子程序，手动操作时用x6/x7对应的按钮控制升降台的上升与下降。为了保证系统的安全性，在手动程序中设置了必要的连锁，如在上升与下降之间的互锁，以防止功能相反的两个输出继电器

46、同时为on。上下限位开关x1/x2的常闭触电分别与控制升降台上下的y0/y1的线圈串联，以防止升降台行进超限出现事故。可以独立地对plc的输出量进行控制 图5.73自动回原点程序图5.8是自动回原点程序用起保停电路设计的梯形图。在回原点工作方式（x11为on）按下启动按钮x16,m10变为on，升降台下降，下降到下限位开关x1变为on，同时y0被复位。图中x1的常闭触点断开使m10的线圈断电。由公共程序知，这时原点条件满足，m5为on，初始步m0被置位，为进入连续、单周期和单步工作方式做好了准备。4 自动程序自动程序由图5.31中的孔子单周期、连续和单步的程序及图5.32中的输出程序组成。图5

47、.30是升降式工作台控制系统程序的顺序功能图。该图是一种典型结构，这种结构可以用于别的具有多种工作方式的系统，最上面的转换条件和公用程序有关。图5.31是用起保停电路设计的单周期、连续和单步程序（不包括输出电路），这3中工作方式主要是用连续标志m7和转换允许标志m6来区别的，m0和m20、m24用典型的起保停电路来控制。1单步与非单步的区别2单周期与连续的区别3单周期工作过程4单步工作过程上述系统的顺序功能图：单步运行控制：n 转换运行标志：辅助继电器m6n 当处于单步运行方式时，常闭触点x12为0状态，转换允许继电器m6是否“通电”由启动按钮x16的上升沿检测触点控制。n 当处于非单步运行方

48、式时，常闭触点x11为1状态，转换允许继电器m6“通电”，允许步与步之间的转换连续运行控制：n 连续运行标志：辅助继电器m7n 常开触点x14为1状态，使m7“通电”并自保持。n 当处于连续运行方式时， m7.x1使系统在左行结束后返回“装料”。n 当处于单周期运行方式时， m7.x1使系统在左行结束后返回初始步。 5 输出电路 下图是自动控制程序的输出电路，图中的常闭触点视为单步工作方式设置的。以控制下降的y1为例，当升降台碰到下限位开关x1时，在单步方式控制下降的辅助继电器m22不会马上变为off，如果y1的线圈不与下限位开关x1的常闭触点串联，升降台不能停在x1处，还会继续下降，这种情况

49、可能造成事故。6编程仿真实验本设计的调试部分主要利用软件模拟仿真，分别用到三菱plc的编程软件gx developer和三菱全系列plc仿真调试软件gx simulator。利用仿真软件对梯形图进行在线调试，得到一系列时序图仿真结果6.1 仿真环境gx developer是三菱plc的编程软件。适用于q、qnu、qs、qna、ans、ana、fx等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、sfc、 st及fb、label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写plc程序功能。 gx developer的特点：1. 软件的共通化 gx developer能够制作q

50、系列，qna系列，a系列（包括运动控制（scpu）,fx系列的数据,能够转换成gppq,gppa格式的文档。 此外，选择fx系列的情况下，还能变换成fxgp(dos),fxgp(win)格式的文档。 2. 利用windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将excel,word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。 3. 程序的标准化 (1) 标号编程 用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。 用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。 (2) 功能块（以下，略称作fb） fb是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能

51、。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。 4. 能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。 5. 能够用各种方法和可编程控制器cpu连接 (1) 经由串行通讯口 (2) 经由usb (3) 经由melsecnet/10(h)计算机插板 (4) 经由melsecnet()计算机插板 (5)

52、 经由cc-link计算机插板 (6) 经由ethernet计算机插板 (7) 经由cpu计算机插板 (8) 经由af计算机插板 6. 丰富的调试功能 (1) 由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。 (a) 没有必要再和可编程控制器连接。 (b) 没有必要制作条使用的顺序程序。 (2) 在帮助中有cpu错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。 (3) 数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。菱全系列plc仿真调试软件gx simul

53、ator： 一，仿真软件的功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行，如果没有编好的程序，是无法进行仿真的。 所以，在安装仿真软件gx simulator 6c 之前，必须先安装编程软件 gx developer，并且版本要互相兼容。 二，安装好编程软件和仿真软件后，在桌面或者开始菜单中并没有仿真软件的图标。 因为仿真软件被集成到编程软件gx developer中了，其实这个仿真软件相当于编程软件的一个插件6.2 梯形图在线仿真调试及结果分析选择手动控制手动控制 向上接通电源后选择x10，系统进入手动控制模式。按下向上按钮x6，输出y0通电，升降台上升，碰到上限位开关x2后，y0失电，升降台停止上

54、升。手动控制向下过程与之类似。注意：由于手动控制为点动控制，所以当松开控制按钮后升降台将停止动作。选择回原点控制接通电源后选择x11，系统进入回原点控制模式。按一下启动按钮x16，当升降台不在原点x1处时，输出y1通电，升降台下降，碰到上限位开关x1后，y1失电，升降台停止下降回到原点。选择单步控制接通电源后选择x11，系统进入单步控制模式。按一下启动按钮x16后 y0接通，升降台上升，接触到上限位开关x2后，y0失电，升降台停止上升。再次按一下动启动按钮x16后，系统进行下一步动作，y1接通，升降台开始下降下降至原点处，使下限位开关x1激活，y1失电，升降台停止下降选择单周期控制接通电源后选择x13，系统进入单周期控制模式。按一下启动按钮x16开始单周期执行，y0通电，升降台上升，上升碰到上限位开关x2后，停留