压力机液压及控制系统设计(plc控制)

plc课程设计Cad版本PLC控制图纸（整套）请添加626895124题目压力机液压及控制系统设计Cad版本PLC控制图纸（整套）请添加626895124目录1.工况分析与计算(P5)1.1工况分析(P5)1.2工作循环(P5)1.3压力机技术参数(P5)1.4负载分析与计算(P6)2.液压系统的设计(P8)2.1执行元件类型的选择(P8)2.2控制回路选择与设计(P8)2.2.1方向控制回路(P8)2.2.2速度控制回路(P9)2.2.3压力控制回路(P9)2.2.4液压油源回路(P9)如1-1图所示。图1-1液压机工作循环图1.3压力机技术参数(1)主液压缸(a)负载压制力:压制时工作负载可区分为两个阶段。第一阶段负载力缓慢地线性增加，初始压力为最大压制力的10%左右，其上升规律也近似于线性，第二阶段负载力迅速线性增加到最大压制N。回程力(压头离开工件时的力):一般冲压压力机的压制力与回程力之比为5~10，本压力机取为10，故回程力为N。滑块质量m=300kg。(b)行程及速度快速空程下行:行程，速度；工作下压:行程，初始速度，之后随着油缸压力的增大而减小;(2)顶出液压缸(a)负载:被压件质量液压缸采用V型密封圈，其机械效率。压头起动、制动时间:0.2s。1.4负载分析与计算1.主缸分析压力机的液压缸和压头垂直放置，其重量较大，为防止因自重而下滑:系统中设有平衡回路。因此在对压头向下运动作负载分析时，压头自重所产生的向下作用力不再计入。另外，为简化问题，压头导轨上的摩擦力不计。(1)启动：()(2)加速：(3)快速下程：(4)减速：以上式中:液压缸载荷

下行部件所受惯性力

模具质量

活塞速度变化量

活塞缸速度变化所用时间。2.确定主液压缸结构尺寸根据有关资料，压力机的压力范围为2030MPa，现有标准液压泵、液压阀的最高工作压力为25MPa，如选此压力为系统工作压力，液压元件的工作性能会不够稳定，对密封装置的要求以较高，泄漏较大。参考系列中现己生产的其它规格同类压力机所采用的工作压力，本机选用工作压力为22MP柱塞缸内径D可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。(1)主液压缸内径D：最大总载荷；工作压力根据GB/T2348-1993

主液压缸内径D值取圆整主液压缸活塞杆径d:

根据GB/T2348-1993，主液压杆活塞杆直径取标准值。

(2)主液压缸有杆腔面积：(3)主液压缸无杆腔面积：活塞的稳定性校核活塞杆总行程为55mm，活塞杆直径为6mm，，因此不需要进行稳定性校核。负载流量计算负载压力计算液压缸各工作阶段的压力流量及功率见表2-1。表1-1

液压缸各工作阶段的压力流量及功率工况压力P/(L/min)流量q/(L/min)快下0工进18.32(8)活塞杆缸筒长度活塞长度B=(0.6~1.0)D=0.810=8mm；导向套长度A=(0.6~1.5)d=1.06=6mm；故主液压缸缸筒长度=L+B+A+=834+(mm)活塞密封长度和特殊需要的其他长度2.液压系统的设计2.1执行元件类型的选择

根据设计要求，液压机要实现“空程快速下降—慢速下降加压—保压—卸压及回程—停止”的工作循环，故采用液压传动方式来实现，采用液压缸作为执行机构。

液压机的主传动系统由于所用的工作液体压力较高，流量较大，故一般多采用柱塞式液压泵。由于直轴式轴向柱塞泵额定工作压力及容积效率均比较高，流量容易调节，变量方式也较多，在我国应用较早，积累了丰富的生产和使用经验，故液压泵选用直轴式轴向柱塞泵。2.2控制回路选择与设计

2.2.1方向控制回路主要是控制液压系统油路中液流的通、断或流向。该液压机主要包含换向回路和锁紧回路。液压机在工作过程中，主要实现“空载下行—工进—回程”这三个过程，回程时需要换向。该液压机为通用性小型液压机，加工次数较多，换向较为频繁，换向精度和平稳性要求较高，故采用电液换向阀。锁紧回路又称为位置保持回路，其功用是使液压缸在不工作时切断其进、出油液通道，确切的保持在要求的位置上，而不会因外力作用而移动。本液压机选用M型电液换向阀，控制泵组组成的回路来实现锁紧。2.2.2速度控制回路

速度控制回路包括调节液压缸运动速度的调速回路以及使工作进给速度改变的速度换接回路。调速回路是通过事先的调整或工作过程中自动调节来改变执行器的运动速度。考虑到液压机工作时所需功率大，故采用容积调速方式，本液压机采用泵—缸式。速度换接回路的功用是使液压执行器在一个工作循环中从一种运动速度变换成另一种运动速度。该液压机主要是实现从空载快速下行到慢速工进加压的速度转换。为了自动实现“空程快速下降—慢速下降加压—保压—卸压及回程—停止”这一工作循环，采用行程开关、电磁换向阀和液控单向阀来实现顺序动作。2.2.3压力控制回路

压力控制回路的作用主要是控制液压系统整体或某部分的压力，以使执行元件获得所需的力或力矩、或保持受力状态的回路。溢流阀在此系统中实际就起安全保护阀的作用。在压力调定回路中，溢流阀呈常开状态，起溢流和维持回路压力恒定作用。回路的压力靠溢流阀调定，并在不断的溢流过程中保持回路的压力基本稳定。保压回路的功用是使系统在液压缸不动或仅有微小的位移下稳定地维持住压力。2.2.4液压油源回路液压油源回路是液压系统中提供一定压力和流量传动介质的动力源回路。按照工作液体循环方式的不同，液压系统回路可分为开式回路和闭式回路。该液压机结构空间尺寸较大，直轴式轴向柱塞泵自吸能力也比较强，液压机为通用型液压机，结构尽量设计简单通用，所以选用开式系统。2.2.5液压系统的合成

根据系统的设计要求和工况图，确定基本回路，将液压系统的主回路和基本控制回路组合起来，就构成了液压系统。如图2-1。1—过滤器

2—变量泵

3-定量泵4、5-溢流阀

6、15—三位四通电液向阀7—二位三通电磁换向阀

8、16—单向阀

9—压力表

10-卸荷阀(带阻尼孔)11-充液阀(带卸载阀芯)

12、18—液压缸13、17、19-顺序阀14—液控单向阀①②③④⑤—行程开关图2-1

液压系统图图2-11即为液压机的液压系统原理图，可实现空程快速下降、慢速下降、工作加压、保压、卸压回程、浮动压边及顶出等动作。图2-4油路控制原理图中电磁铁动作顺序见表2-4。表2-1

电磁铁动作顺序表油缸动作名称电磁换向阀电动机1YA2YA3YA4YA5YA1D主缸电机启动+快速下行+++减速加压++保压+卸压回程++回程停止+顶出缸顶出++退回++停止2.3液压元件的计算和选择

根据系统要求和设计方案，选择合适的液压元件，对液压系统有很大的决定作用，所以对液压元件一定要有合理的选择。2.3.1液压泵的选择

1.确定泵的最高工作压力液压泵的最高工作压力就是液压缸慢速下压行程终了时的最大工作压力=+选取=0.5~1.5Mpa。因为系统工况中执行元件的最高压力是13.99Mpa并且这个系统相对来说比较简单，所以本文选取压力损失为=0.4Mpa，这时系统工况中泵最高的压力为=+=17.99Mpa2.泵的最大流量回路系统的泄漏量和工况中执行元件的最大工作流量确定了液压系统中泵的最大供油量，即式中K为液压系统中的泄漏或其他因素的修正系数，修正系数一般来K=1.1~1.3，小流量的时候通常取大值，大流量的时候通常取小值:是同时动作的执行元件所需流量之和的最大值。由工况图知快速下降行程中q为最大(q=L/min)由此可知，行程油缸快速下行时所需要最大的流量为153.8L/min，取修正系数K=l.l。则=1.1=L/min3.选择液压泵的规格由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备，柱塞式变量泵有以下的特点，设计要求该系统工作效率高，发热少，能耗低，结构简单，因此该设计选择80CY(M)14-1B型，根据《液压工程手册》查得。同时由产品样本查的此泵最大传动功率为46.7KW，此值完全能满足系统需要，排量为120mL/r，转速为1500r/min。2.3.2辅助元件的选择

1.滤油器的选择

滤油器在选择中必须要考虑的主要因素：过滤液的性质及与过滤材料的相容性；通过滤油器的流量及流量的变化与波动程度；系统的工作压力以及压力压力是稳态的还是时变的；系统的工作温度，以及系统要求的过滤精度等。根据上述要求，本课题选择滤油器型号:

XU-50×200

3.油管的选择液压系统的使用中的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，应该按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选取。该液压系统液体工作压力为28MPa，所以应该选择能承受高压的管道，该液压系统选择钢管。各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进出油管则按输入、排出的最大流量计算。液压缸的进出油管尺寸：

油管内径主要由油液通过的流速来确定，直径小流速高，压力损失小，甚至产生噪声和振动；直径大，不但难以弯曲安装，而且管路所占空间加大，机器重量增加，因此要合理选择油管内径。可有下式确定：

则油管内径：式中Q—液体流量，/s;V—流速，m/s，对于压油管，取v3～6

m/s；对于回油管路，v1.5～2.5

m/s。因此管道直径计算如下：

液压泵吸油管道：（取v=2.5m/s，q=207.24L/min）取液压系统压油管道：（取v=6m/s，q=207.24L/min）取液压系统回油管道：（取v=2.5m/s，q=207.24L/min）取4.管路、管接头的选择

管接头是油管与油管，油管与液压元件之间的可拆式连接件，它必须具有装拆方便，连接牢固，密封可靠，外形尺寸小，通流能力大，压降小，工艺性好等各项要求。

管路旋入端用的连接螺纹采用国家标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。细牙螺纹的密封性好，常用于高压系统，但需采用组合垫圈或O型密封圈进行端面密封。

液压系统中的泄漏问题大部分出现在管系中的接头上，为此对接头形式的确定，管系的设计及管道的安装应具体考虑。

这里选用卡套式端直通管接头（GB3733.1-83）,这种管接头具有结构简单，性能良好、重量轻、体积小、使用方便、不用焊接等一系列优点，是液压、气动系统中较为理想的管路连接体。2.3.3液压系统的性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当回路形式、液压元件及连接管路等完全确定后，针对实际情况对所涉及的系统进行各项性能分析。主要包括计算液压回路各段压力损失、统计损失及系统效率、压力冲击和发热温升等。1．液压系统压力损失

压力损失包括管路的沿程损失，管路的局部压力损失和阀类元件的局部损失，总的压力损失为:由于供油流量的变化，其快上时液压缸的速度为10m/min此时油液在进油管中的流速为：m/s(1)沿程压力损失

设系统采用N32液压油。室温为20℃时，运动粘度,所以有。液压油在金属管中为层流流动，则阻力损失系数。若取进，回油管长度均为0.5m,油液的密度为，则其进油路上的沿程压力损失为：(2)局部压力损失

局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道的具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的10%；而后者则与通过阀流量大小有关。本设计中通过整个阀的压力损失很小，一般忽略不计。则总压力损失为：959.66110%=1055.63Pa符合之前的假设，因此压力损失符合要求。液压系统的发热温升计算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，且发热量最大。为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进时做功的功率损失大引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量，然后取其值进行分析。当v=0.4m/min时:此时泵的效率为0.85，泵的出口压力为27.3MP，则有；此时的功率损失为：假定系统的散热状况一般，取油箱的散热面积A为：系统的温升为：室温为20℃，热平衡温度为44.06℃，根据《机械设计手册》成大先P20-767：油箱中温度一般推荐30℃-65℃，验算表明没有超出允许范围。3.液压压力机控制系统设计3.1

PLC概述

在本次设计中控制部分用可编程控制器，即PLC。关于可编程控制器的定义，1980年，NEMA将可编程控制器定义为：“可编程控制器是一种带有指令存储器，数字的或模拟输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。”从定义可知，PLC也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即由中央处理器（CPU）、存储器（MEMORY）、输入/输出（I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。3.2PLC控制部分设计3.2.1控制系统采用PLC的必要性液压压力机是压制成型的关键设备，是集机、液、电为一体的现代化高技术设备。当前，我国的压力机设计制造技术与之前相比有显著的进步和提高。但是其控制部分还采用传统的控制手段，例如继电器的控制系统，接线比较复杂，机械触点较多，可靠性偏低。这些局限性和缺点都可以通过采用可编程控制器来克服和弥补。可编成控制器(PLC)是20年代60年代末，它随着计算机的发展而发展起来，是一种新型的工业通用控制器。它的使用非常简单、方便，能够让工程技术人员熟悉的传统继电器的梯形图进行编程，来满足设备多变的控制要求，对控制系统来说有极大的柔性、通用性，它能够取代传统的继电器控制或者是其他类型的控制器。同时，在满足相同控制要求的工况下，能够使控制系统更加简单，便于掌握，利于控制系统的标准化、通用化和柔性化[31-32]0实践表明，可编程逻辑控制器具有很高的可行性、通用性和非常良好的发展前景，它具有以下鲜明的特点:1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点己减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。5，体积小，重量轻，能耗低例如有一种超小型的PLC，这种品种底部的尺寸还不到100mm，它的重量也还不到1508，功耗只有几瓦。因为这种PLC的体积非常的小，所以在机械的内部能够很好的装配进去.对机电一体化的实现是非常理想的一种设备。3.2.2PLC的功能(1)控制功能控制功能包含了PID控制运算、前馈补偿控制运算和比值控制运算等，用户应该根据自己的控制需求来确定。(2)运算功能简单可编程逻辑的运算功能有逻辑运算，定时、计数、顺序等功能，用来进行逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，控制方式简单易懂，很多机床、自动化的生产都是采用这种控制方式。普通的可编程逻辑控制器还包含了数据移位、比较等功能；较为复杂的运算功能还有代数运算和数据传送等;大型可编程逻辑控制器中甚至可以进行模拟量的PID运算和其他高级的运算。(3)通讯功能大中型可编程逻辑控制器系统应该能够支持多种现场总线和标准通信协议，通讯接口应包含各种接口来适应各种的需要。(4)编程功能可编程控制器的编程包含有离线编程、在线编程两种方式。此外，它还含有五种标准化编程语言:顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块图(FBD)三种图形化语言和语句表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。(5)诊断功能可编程逻辑控制器有硬件和软件这两种诊断功能。硬件诊断是通过硬件的逻辑判断来确定硬件的故障位置。软件诊断分内诊断和外诊断。内诊断是通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断，外诊断是通过软件对可编程逻辑控制器的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断。(6)处理速度可编程逻辑控制器的工作方式采用的是扫描方式。从使用性上，处理速度应该是越快越好，但是从性价比方面来看，应该选择与实际用途相吻合的PLC，应该符合扫描时间大于信号的持续时间，否则会造成信号数据丢失。3.2.3PLC的选型在设计可编程控制系统时，先确定控制方案，然后是工程逻辑控制器的工程设计选型。在进行工程设计选型和估算时，要详细分析各个工艺过程的特点以及控制压球，明确控制的操作动作，根据控制要求和动作来确定I/O点数、用户存储器类型和容量、CPU模块类型、输入/输出模块类型和其他外部设备。PLC的选型应该在满足选择较高性价比的可编程逻辑控制器的原则。具体选型的方法包含如下几点：(1)I/O点数应该根据系统的需求来确定，其中有开关量I/O点、模拟量I/O点、脉冲量输入信号、系统测试和确认所需添加的点数。(2)用户存储器存储容量估算，对于选择储存器容量应增加10%~20%的用户应用程序容量。应用程序容量的决定因素有I/O点数、运算复杂程度、程序结构和控制要求等。(3)可编程控制器的编程分有离线编程和在线编程，设计值应该根据自己的需要来选择。(4)可编程控制器的工作方式是扫描方式。从使用性上，处理速度应该是越快越好，但是从性价比方面来看，应该选择与实际用途相吻合的PLC，应该符合扫描时间大于信号的持续时间，否则会丢失信号数据。(5)可编程控制器应含有硬件和软件诊断的功能，该功能的强弱对操作和维护人员的技术能力要求有着直接影响，并对平均维修时间也有着直接的影响。(6)控制功能含有控制功能、运算功能、通信功能、编程功能和处理速度的选择等。选型时应根据自己的实际情况来合理选用所需功能。(7)I/0输出模块的选择应该与应用要求的相统一。(8)可编程控制器的供电电源的电压等级和电源质量指标等应符合用户应用需求。根据可编程控制器供电电源应设计，用户可以选用220V交流电源或者是直流24V的稳压电源。变速压力机的系统其中一部分是通过PLC来实现的，根据控制系统的要求，压力机的工作状态和操作信息需要9个开关量输入，输出信号有7个，均为开关量。根据输入输出的点数、类型及控制要求，同时考虑到维护、改造和经济性等诸多因素，可以选择FX2N-32MR，这样共有16个输入点、16个输出点，可以满足控制要求。可实现循环扫描和即时刷新并用。编程语言是梯形图方式。3.2.4PLC输入/输出分配表根据对油缸的输入/输出信号的分析，可编写如下表3-1的PLC输入/输出分配表。表3-1I/O地址分配表输入信号输出信号代号功能I点代号功能O点SB2启动液压泵X0KM1泵启动Y0SB3快速下行X1KA1慢速下行Y1SQ2行程开关2SX2KA2泄压回程Y2KP压力继电器X3KA3下缸顶出Y3SQ1行程开关1SX4KA4下缸退回Y4SB5下缸顶出X5KA5和Y1实现快速下行Y5SB6下缸退回X6指示灯Y6SB4下缸停止X7SB1总停止X10根据I/O地址分配可以写出PLC的I/O接线图如图3-1:图3-1PLC的I/O接线图3.2.5PLC控制程序设计控制程序梯形图如图3-3。程序具体控制为：表3-2系统语句表步序指令数据步序指令数据1LDM800217ANIX0042OUTY00618ANIY0013LDIX01019OUTY0024ANDX00020LDIY0015ORY00021ANDX0056OUTY00022ORY0037LDIX00323ANIY0028ANDX00124ANIY0049ORY00125OUTY00310ANIY00226LDIY00111OUTY00127ANIY00212ANIX00228ANDX00613OUTY00529ORY00414LDX00330ANIY00315OUTT031OUTY004K10032END16LDT04.结论本课题是对液压压力机控制系统的一个详细设计。通过这次毕业设计，我对当前液压技术的发展概况和今后的发展趋势有了仔细的了