【基于plc的液压升降台探析5500字（论文）】

基于plc的液压升降台分析摘要液压升降机是电力、通讯、交通、市政、消防、救援和建筑等行业进行施工、维护修理等作业的理想设备。随着我国国民经济的蓬勃发展，液压升降机的需求量迅速攀升。但普通液压升降机具有很多缺点，如稳定性差、可靠性不强、受力不均等等。液压升降平台是一种应用非常广泛的设备，但是普通的液压升降平台在升降台面速度的控制上不能达到一定的要求。该文中阐述的是基于单片机的改进型液压升降台，其在实际使用中对速度有很好的控制，能够使升降台发挥很好的效果。关键词：PLC；液压升降平台；电磁阀目录TOC\o"1-3"\h\u300511引言 1302552液压升降平台简述 1311552.1液压升降平台的发展 1180792.2液压升降平台的特点 2240393液压升降平台现状分析 4206333.1液压升降平台的工作原理 4304233.2存在的问题 5208163.3改造方案 5168283.3.1硬件改造 5313953.3.2设备结构特点 6215943.3.3液压升降台运行速度之间的关系 743863.4PLC程序设计 8141974结束语 1116167参考文献 111引言液压升降平台是一种应用范围非常广泛的设备，在化工、轻工及机械制造等行业中都起着重要的作用，是进行货物举升的重要设施。图1.1为液压升降台的结构示意图。液压升降台具有结构稳定、不易产生故障、运行安全稳定、效率高、便于维护等优点，适合很多行业的实际需求。图1.1液压升降台结构示意图液压升降台在实际应用中，其运送的货物经常为易碎物品，这就对升降台的运行速度，主要是上升速度有所要求，即运行在上升阶段时要避免过大的速度波动，保持相对平稳的状态。但是在实际应用中普通的液压升降台对升降台面的运动模式不能充分保证，因此为了保证升降台运行的实际需求，本文从实际需求入手，针对液压缸的运行速度，设计了控制系统，以此来实现液压升降台平稳运动的要求。图1.2为普通液压升降台上升时的运行速度曲线示意图。图1.2普通液压升降台上升时运行速度示意图2液压升降平台简述2.1液压升降平台的发展随着升降平台的不断发展进步，目前已研制生产出了各种形式的液压升降平台。而升降平台的历史相当久远，可追溯到人类文明的产生，主要用来满足人们对于垂直运输的需求。当然，最早的升降平台并没有液压系统来提供动力，主要依靠人力、畜力或是水力满足人们的各种需求。直至工业革命之前，升降平台都是依赖于这些最基本的动力方式。到17世纪中叶，由于法国物理学家与数学家帕斯卡提出了静压传递原理，从而使之后的液压理论与液压技术的产生与应用得到了快速发展。1845年，威廉汤姆逊成功的研制出了世界上第一台以水作为驱动介质的液压驱动的升降机。然而，随后的相当长的一段时期，并没有迎来液压升降平台的迅猛发展，但是其它动力的升降装置的纷纷问世。这其中主要包括以蒸汽平台为驱动力的蒸汽升降平台，以及20世纪初期，随着快速发展的电气传动技术而产生的曳引式升降平台。我国的升降平台制造行业比国外的起步要晚，但是随着改革开放以来，我国的升降平台制造业逐步进入一个高速发展的时期，特别是近几年随着计算机辅助设计、优化设计方法、结构动力分析、有限元分析与模态分析等理论的迅速发展，为国产升降平台的研制生产提供了良好的大环境。相比国内的情况，液压升降平台在国外的许多国家的发展历史已经非常久远。目前，液压升降平台的主要生产国有美国、日本、德国、意大利等。世界上顶级的10多家液压升降平台的生产商主要集中在北美、日本和欧洲[4]。在国外，剪叉式液压升降平台主要被用于航空、造船、码头、商业、仓库等场所。特别在商业系统货物装卸作业中，已经形成系列化，可以适应商业系统方面各类仓库的装卸要求。2.2液压升降平台的特点从目前看来，液压升降平台的发展逐步呈现出如下一些特点：(1)环境友好环境友好是指剪叉式液压升降平台产品的绿色化与低能耗。21世纪，各行业的发展趋势都是最终形成一个全球化的绿色市场。因此，升降平台行业发展的总趋势也必定是绿色化与低能耗。可以从不断的改进与提高生产工艺，优化产品的设计等方面入手，生产出具有轻噪声污染等特点的环保型升降平台产品，并且还应注意在升降平台的安装和使用过程中，减少环境污染以及升降平台各机械零部件的可回收性与再利用等。低能耗主要是指通过一系列的设计方法，减少升降平台机械系统的惯性和摩擦阻力，或者对升降平台运行过程进行能耗控制，以及将升降平台的驱动系统改用永磁同步无齿轮曳引机以减少升降机构的能耗。(2)科技创新自上世纪中期开始，各种起重机械和液压升降平台开始大量的使用液压成套技术，但是相当长的一段时间内，液压升降平台的传动系统基本都是由分立的各元件构成。自改革开放以后，我国又进一步的引进集成元件系统，从而使传动系统整体的体积与重量都减少了很多，这种技术在当时液压升降平台制造行业得到广泛使用。近年来，随着计算机控制技术、微电子技术、信息技术和各种新的动力技术的不断发展，液压升降平台也开始逐步尝试使用新的控制方式与驱动方式，例如液压升降平台控制系统的设计开始采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，不断满足使用环境的要求与变化。变频技术的广泛应用，使液压升降平台的液压源更加节约能源。串行通信技术可提高系统整体的可靠性，并为液压升降平台智能化的实现提供必要条件。液压油箱与驱动控制的集成系统使传动系统技术更加成熟，电动推杆的应用使升降平台的全电动化得以实现，并且更加节约能源、减轻重量、减少维护，气动增力和电动增力技术的不断完善，使升降平台技术有了更广阔的应用范围。以人为本从技术角度来说,升降平台的机械结构组成部分一般不会发生很大的改变,但是随着新材料和新技术的不断创新与发展，以及对产品使用寿命的要求和对产品更加人性化的要求不断提高，液压升降平台各机构的润滑材料、方式、以及液压系统等都产生了变化。“以人为本”的设计，使液压升降平台的设计更加人性化，最终产品也更加人性化。从世界市场来看,升降平台制造行业已经日趋一体化。虽然一些世界顶级公司对世界市场有较大的影响力,但是迄今仍没有一家公司可以在世界市场取得主导地位.值得注意的是多数升降平台厂商在争夺世界市场的同时,还在努力的扩大产品系列.各国升降平台企业角逐的主要市场一直都是大中型升降平台,其中,中型升降平台不但销量最大,而且其技术难度也较高,所以一个国家中型升降平台市场的容量也就决定了该国在世界升降平台市场中的地位。我国的液压升降平台与国际先进技术水平还是有一定差距的，而液压升降平台制造业也将成为未来几年增长速度最快的一个产业。因此，液压升降平台制造企业应该不断的发展创新，为全面的掌握升降平台性能特征及其发展趋势而努力完善自身，并在此基础上本着环境友好，以人为本的原则，不断调整产品的科技含量，使产品更加多样化，增强产品的竞争力，缩小与国外先进水平的差距，随着液压升降平台制造行业日趋全球化的发展趋势，我国企业更应该努力的利用巨大的海外市场，并且逐步占领更大的国际市场。3液压升降平台现状分析3.1液压升降平台的工作原理两台液压升降平台的工作原理相同，上升时启动电机带动定量齿轮泵供油，通过上升调速阀来调节泄压流量，控制平台上升速度，下降时则通过二位二通阀通电直接把油泻回油箱，由下降调速阀来调节下降速度。液压原理如图2.１所示。图3.1液压原理图液压系统的两个调节阀为手动阀，被控对象只有定量齿轮泵电机和二位二通阀，所以电气控制线路相对简单，如图２.2所示。图3.2液压升降平台电气控制线路图3.2存在的问题（1）液压升降平台上升时必须一直按住上升按钮SB1，启动KM给定量齿轮泵电机通电，供油给液压缸；下降时必须一直按住下降按钮SB3，使二位二通阀YA通电泄油回油箱。液位升降平台从最低处升到最高处需要近40s，在升降过程一直按住按钮操作不便，同时手抖动也会对液压系统造成冲击。（2）不同车型重量不一，定量齿轮泵的流量却是不变的，同时上升调速阀的开度不便于经常调整，经过上升调速阀返回油箱流量也是不变的，所以给液压缸的压力是不变的，导致重载时速度慢，轻载时速度加快。（3）液压回路采用定量齿轮泵，排量大于系统流量需求，部分液压油通过上升调速阀直接回到油箱，功率损耗大。（4）采用继电控制的液压升降平台电气控制线路由于线路老化等原因较易出现故障，且故障报警灯只由控制柜门开关和热继电器并联报出，不能明确具体故障原因。3.3改造方案3.3.1硬件改造鉴于两台液压升降平台相距仅有15m，将原两个液压系统集中为一个液压系统控制两台液压升降平台，并将定量式齿轮泵改为限压式变量柱塞泵，增加安全阀和泄压阀，把二位二通阀改为三位四通阀，能有效解决负载变化引起的速度不稳定现象，更可排除功率损耗大问题。改进后的液压系统如图3.3所示。图3.3改进后的液压系统图改进后的液压系统集中为一个液压站，电气系统由原来的两套集中为一套，在原有基础上增加指示灯和安全保护环节，采用S7—200PLC实现控制。另外，原控制系统的控制电压为AC220V，操作时存在触电隐患，故改进后的控制电压采用DC24V。PLC的I/O分配表见表3.1。表3.1I/O分配表3.3.2设备结构特点根据剧场要求及现场条件研制开发的重型单片液压升降台具有明显的特点:①重型剪刀撑结构除选用大功率、大流量泵站外,对剪刀叉撑梁体、端联梁管、中间联梁管、台梁、撑梁轴、轮轴等关键件进行了强度和刚度计算,对油缸顶力进行了计算。按足够的保险系数进行设计。②采用内装式结构,将液压缸的固定端连接在既抗弯又抗扭的内撑梁联梁管上,4个2组并排分布。随着剪刀撑的合并,台梁升起,液压缸的下支点不仅旋转,而且升高,这样比常规安装提高了大约30%的行程,在不增加成本的前提下使升降台行程发挥到极至。③液压泵站的自锁结构采用两级液控单向阀双锁结构,使其自锁性更可靠,升降台上升定位后下沉量达到最小。④大出油口理论指导下,加大举升液缸直径,以获得大的推力达到可起升总重超过50t的台面载荷。⑤升降台的行程上升或下降到设定的最高位和最低位时,升降行程由行程开关控制,升降台自动停止运行。根据需要,升降台在上升或下降过程中通过按下“停止”按钮可在任意高度停车。3.3.3液压升降台运行速度之间的关系对普通液压升降台而言，其液压缸一般为匀速运动，但是却不能保证液压台面运行时的速度也能保证匀速进行，因而为了实现液压升降平台对于运动速度的要求，就要对液压缸与液压升降台面的运行速度特别是上升时的运行速度之间的关系进行详细的分析，以便能通过对液压缸运行速度的控制来实现对液压升降台面运行速度的控制。首先对液压缸的速度进行分析。设液压缸的运行速度为VS，VS的大小与电机的频率有关，具体公式如下:式中:Q为液压泵的流量;q为液压泵的排量;k为电机常数;f为电机频率;A为液压缸活塞的面积。接下来对液压缸的长度与升降台的高度之间的关系进行分析。图3为升降台结构的简易图。从图3中可以看出L与a的长度是由机械结构来决定的，因而它们的长度是不变的，其中s为液压缸在某个时刻的长度，H为升降台的高度，二者之间的具体关系如下面的公式所示。由于在不同的运动状态下液压缸的运行速度VS与实践t之间的关系是不同的，以下分别在不同的运动状态下对VS与t之间的关系加以分析。升降台均匀加速状态这个状态下a0表示的是加速度，H0表示的是升降台在最低位置时的高度，则升降台的高度可以表示为:又因为VH=a0t，所以有:然后将公式联立就可以得出VS与t之间在匀速上升状态的变化公式。升降台匀速上升状态在这个状态下，升降台的运动为匀速运动，此时上升速度为V0，则有公式再将这两个公示与之前公式进行联立就可以得出升降台在匀速上升状态下VS与t之间的变化公式。3)升降台均匀减速状态在这个状态下，虽然升降台保持上升的状态，但是上升的速度已经逐渐变小，此时的加速度为-a0，这个时候升降台的高度由四个部分组成，即升降台在最低位置时的高度、升降台均匀加速上升时的上升高度、匀速上升状态下的上升高度，以及升降台均匀减速上升状态下上升的高度。用公式表示为:然后将这个公式与下面两个公式进行联立就可以得到VS与实践t之间的关系式，其中VH=V0－a0t。3.4PLC程序设计为了让液压升降平台更便于操作，增加控制系统的安全性、可靠性，在PLC程序设计上增加了以下控制环节。（1）将原点动上升和下降改为自锁控制，更便于操作。（2）油泵启动5s后才能上升，避免油泵电机受到上电重载冲击。（3）增加5min系统自动停机的控制，系统5min内无任何动作，会自动停机，节约能源，延长机械寿命。（4）增加上升到位等指示和报警信号。（5）受到油泵工作压力限制，两台液压升降平台不能同时上升。修改的PLC程序如下。网络1LD系统启动：I0.6O油泵电机：Q0.0AN延时自动断电：T38AN系统停止：I0.7A急停按钮：I0.0AN热继电器：I0.1=油泵电机Q0.0=运行指示灯：Q1.4TON延时自动断电：T38，3000ProErrorstatus;ProNamemenumsfi1e;uiCmdCmdIdcmd_id,cmdCYS1_l,cmdCYS12,cmdCYS1_3;ProStringToWstring(menumsgfile,"menu.txt");status=ProMenubar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