基于plc控制的多功能液压实验台设计

1、基于plc控制的多功能液压实验台设计（王挺）（西南科技大学网络学院机电一体化技术专业 13年秋季）【摘要】：本文介绍了plc控制的液压系统分析和多功能液压实验台设计，以液压系统设计为工程应用背景，探讨了面向对象的分析方法在工程系统分析中的应用。分析液压系统的类层次构成及液压实验太设计。 【关键词】：液压系统 液压实验太设计目录一、液压系统的分析简介3（一） 组成部分31、动力元件32、执行元件33、控制元件44、辅助元件45、液压油4（二）系统结构4二、液压系统面向对象的分析6（一）问题描述6（二）标识类和对象61、标识结构72、标识主题83.标识服务及消息通信9结论11参考文献：12一、液压

2、系统的分析简介 液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。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。液压系统可分为两类：液压传动系统和液压控制系统。液压传动系统以传递动力和运动为主要功能 。液压控制系统则要使液压系统输出满足特定的性能要求（特别是动态性能）， 通常所说的液压系统主要指液压传动系统。（一） 组成部分图1:铲运机液压系统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。1、动力元件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，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式

3、一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵。2、执行元件执行元件(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。3、控制元件控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀包括溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。4、辅助元件辅助元件包括油箱、滤油器、冷却器、加热器、蓄能器、油管及管接头、

4、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位计、油温计等。5、液压油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。（二）系统结构液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。 空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。图

5、2：破碎床液压系统基本液压回路中的动作顺序控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。 对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。 不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。DIN ISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识

6、符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。 这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应。二、液压系统面向对象的分析 （一）问题描述 液压系统分为液压传动系统和液压控制系统两种类型，本文的研究对象是液压传动系统。液压系统是能实现系统功能的液压回路的总和。液压回路又是能实现某种规定功能的液压元件的组合。液压元件是组成液压系统的基本单元。主要的液压元件有液压泵、执行元件（液压缸、液压马达）、液压控制阀（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等）、液压辅件（密封圈

7、、滤油器、蓄能器、油箱及其附件、管件、热交换器等）。液压控制阀按照其安装形式的不同又可分为普通阀、叠加阀、插装阀。液压回路是液压元件组成的功能单元。液压回路主要有压力控制回路、流量（速度）控制回路、方向控制回路、安全回路、定位回路、同步回路、顺序动作回路等。以上分类只是粗略分类，限于篇幅，详细分类此处不一一列出。液压系统设计就是根据机械师提出的主机的动作循环要求、静、动态性能及液压系统工作环境等方面的要求，进行系统的工况分析，确定主要参数（包括系统压力、系统流量、液压执行元件类型及主要参数等），选择合理的液压回路和液压元件，设计工作的最终形式是液压系统原理图和各种技术文件。（二）标识类和对象

8、类和对象是对应用论域中的概念的标识，是系统分析的基础。这一过程要考虑许多情况，以形成软件复用的基础。类和对象的标识是从对问题描述的分析开始的。在液压系统中抽取出如下对象（本文的类即对象都是以大写字母表示）：液压系统（HYDRAULIC SYSTEM）、执行元件（ACTUATOR）、液压缸（CYLINDER）、液压马达（MOTOR）、液压回路（CIRCUIT）、压力控制回路（PRESSURE CONTROL）、流量（速度）控制回路（SPEED CONTROL）、方向控制回路（DIRECTIONAL VALVE CONTROL）、安全回路（SECURITY CONTROL）、定位回路（POSITI

9、ON CONTROL）、同步回路（SYNCHRONISE CIRCUIT）、顺序动作回路（SEQUEUNT CIRCUIT）、液压泵（PUMP）、阀（VALVE）、压力控制阀（PRESSURE VALVE）、流量控制阀（FLOW VALVE）、方向控制阀（DIRECTIONAL VALVE）、液压辅件（ACCESSORY）普通阀（COMMON VALVE）、插装阀（CARTRIDGE VALVE）、叠加阀（SUPERIMPOSED VALVE）。因为液压系统是一个很复杂的系统，在此不可能将所有的对象都列出，本文只列出了部分对象，为下文继续分析提供依据。1、标识结构 结构层反映了对象之间的组装及

10、继承关系。整体部分结构标识了组装结构，泛化特化关系反映了继承关系。如果父对象，或泛化对象的属性或特征可为其所有的子对象，或特化对象共享，就建立起了泛化特化关系。父对象和子对象的这种属性共享就称之为继承性。父对象是由若干子对象以某种方式组装而成的，就构成了整体部分关系。这种关系一般建立在物理组装的基础上。虽然整体部分关系不象泛化特化关系那样具有继承性，但它们也同样有重复度和参与度特征。重复度是指组成一个父对象的子对象的数量。（例如，一个液压系统中有若干个调速回路。）参与度是指父对象或子对象是否都必须在整体部分关系中出现。（例如，一个液压系统有若干个调速回路，而一个调速回路并不一定是一个液压系统的

11、一部分。）在液压系统中，由于液压回路组成了液压系统，液压元件组成了液压回路，所以整体部分结构较容易标识。以液压回路组成液压系统为例，可得到图3所示的组装结构。图3： 液压系统的组装结构示例图中数字表示了整体与部分之间的数量关系。1,m表示一个液压系统可由一个或多个泵源回路组成；0,m表示一个液压系统可以包含零个或多个相应回路；0,1表示该回路可以不作为该液压系统的组成回路，也可以作为该液压系统的组成回路。泛化特化关系在液压系统中也是广泛存在的。以阀的泛化特化关系为例，可得到如图4所示继承关系。图4 ：泛化-特化结构示例2、标识主题 过去的结构化模型的特征之一就是层次分解。而大多数OOA模型的结

12、构都相对平坦,除非应用论域使用泛化特化结构或整体部分结构。事实上，可以通过建立多个主题来处理规模比较大的复杂模型。每个主题可以看作一个子系统。主题的概念是从观察者的角度来看的。分析员可以依据子论域、子系统，甚至组织或地域等来区分主题，只要运用得当，所有这些规则都有助于主题划分。本文讨论的液压系统根据子系统原则划分为三个主题层。组成液压系统的液压回路对象及其对象之间的联系构成了回路层；组成液压回路的液压元件对象及其之间的联系构成了元件层。各主题层内对象之间与主题层间的对象之间都存在着实例连接和消息通信。两个主题层共同构成了一个复杂的液压系统。液压系统主题层如图5所示。图5： 主题层示例系统的实例

13、连接示例如图6所示（为简单起见，图中略去了属性标识）。图6： 实例连接示例3.标识服务及消息通信前面讨论的均是应用论域的某个静态方面。对象之间的动态关系可以表示为对象所执行的服务以及对象之间传递的消息。建立动态关系是为了说明所标识的各种对象是如何共同协作，使系统运作起来的。通常的步骤是，首先标识在每个对象中必须封装的一组服务；然后将服务与对象的属性相比较，验证其一致性。如果已经标识了某个对象的属性，那么每个属性就必须关联到某个服务，否则这个属性对于这个对象来说就形同虚设，永远不可能被访问。然后画出对象之间的消息通信路径，协调系统的行为。以“液压系统”这个最上层的类对象为例，它有五个属性(sys

14、tem_name，pressure_level，designer，pressure，max_flow_quantity)。“液压系统”具有的行为：Set_Name , Get_Name , Set_System_Level , Get_System_Level , Set_Pressure_Level , Get_Pressure_Level , Set_Designer , Get_Designer , Set_Pressure , Get_Pressure , Set_Max_Flow_Quantity , Get_Max_Flow_Quantity。“液压系统”与其它许多类-对象之间都有

15、消息通信。以“液压系统”与“执行元件”之间的消息通信为例。“液压系统”在计算系统压力（pressure）和系统最大流量（max_flow_quantity）时，需要各个执行元件的压力和流量参数，因此“液压系统”在计算系统压力和流量时，向“执行元件”发送消息，请求提供相关参数。两个对象及其消息通信如图7所示。图7： 服务及消息通信示例图中“执行元件”只有类边界而没有实例边界，因为在现实世界中它需要以“液压缸”和“液压马达”的形式出现。结论 本文以面向对象的分析方法进行了液压系统信息模型的分析研究，采用了Ed Yourdon的OOA分析和建模方法，讨论了液压系统的OOA模型的建立的过程。在此作者并未给出液压系统的详细OOA模型，原因有两个：液压系统是一个复杂的系统，在短短的几页内很难完善表达系统的整体模型；作者写作本文的主旨是希望和进行系统分析和设计的研究人员探讨面向对象的方法在工程设计中的应用，因此文中未涉及较深入的液压领域专业知识。面向对象的分析模型是软件系统开发的基础，最终要过渡到面向对象的设计模型和面向对象的程序设计。然而，面向对象的分析过程却是最重要的，因为在这里主要涉及应用论域的问题，分析过程是对应用论域