液壓機(jī)總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為壓力機(jī)總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。壓力機(jī)主要由主機(jī)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)三部分組成。本文重點(diǎn)對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和編程，對(duì)壓力機(jī)主機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了壓力機(jī)控制系統(tǒng)配套電氣控制柜。壓力機(jī)的主機(jī)主要由橫梁、滑塊、工作臺(tái)、導(dǎo)柱、主缸和頂出缸等組成，通過對(duì)主機(jī)載荷的分析，對(duì)橫梁、滑塊、工作臺(tái)和導(dǎo)柱及其互相間的連接進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由給定設(shè)計(jì)參數(shù)，通過對(duì)壓力機(jī)工作過程的分析，繪制了壓力機(jī)工作流程圖，確定了控制方案，完成了PLC選型、輸入輸出分配、器件選擇及硬件接線等設(shè)計(jì)過程，并進(jìn)行了相應(yīng)的程序分析和編程。對(duì)其中的保壓過程閉環(huán)控制進(jìn)行了一定的分析計(jì)算，確定

2、了一些設(shè)計(jì)參數(shù)。所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)壓力機(jī)啟停、送料、手動(dòng)/自動(dòng)工作和安全互鎖等工作要求，保證液壓機(jī)安全準(zhǔn)確工作。最后，本文對(duì)專用控制柜進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括柜體外形尺寸、室內(nèi)結(jié)構(gòu)分布、器件安裝、通風(fēng)散熱方案等。關(guān)鍵詞 壓力機(jī) 控制系統(tǒng) PLC ABSTRACTThe graduation design is general structure and control system design of 6300kN hydraulic press. Hydraulic press mainly composed of three parts: the mainframe, the hydraulic

3、 system and the electrical control system. This paper focuses on the design and programming of the electrical control system, and gives a simple design for the mainframe, and designed the complete electrical control cabinet of the machine. The mainframe of the hydraulic press is composed by the beam

4、, slider, work table, column guide, main cylinder and a cylinder composed of the top. Through the analysis of load on the mainframe, the paper gives a simple design for the beam, slider, work table and column guide and connections with each other. From the given parameters, then through analysing th

5、e working process of press, drew the press work flowchart, and determined the control scheme. This paper accomplished the design process including selection of PLC model, I/O distribution, selection of component and the hardware connection, etc. Then the article made the corresponding program analys

6、is and programming. The corresponding closed-loop control of the pressure-keeping progress had been designed and calculated in this paper, and some of its design parameters was determined. The control system been designed could realize the working requirements of press start and off,，feeding, automa

7、tic/manual work and safety interlock, etc, and it could ensure the machine work safely and accurately. Finally, the special control cabinet was designed in this paper, including the cabinet shape dimension, distribution of indoor structure, devices install, ventilation and cooling design, etc.Keywor

8、ds: hydraulic press control system PLC 目錄第1章 緒論11.1 概述11.2 國內(nèi)外液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.2.1 發(fā)展?fàn)顩r21.2.2 發(fā)展趨勢(shì)31.3 本文研究主要內(nèi)容4第2章 壓力機(jī)總體方案設(shè)計(jì)52.1 壓力機(jī)的組成52.2 壓力機(jī)的工況特點(diǎn)62.3 四柱液壓機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì)72.4 壓力機(jī)主機(jī)零部件設(shè)計(jì)82.4.1 主機(jī)載荷分析82.4.2 導(dǎo)柱設(shè)計(jì)82.4.3 橫梁設(shè)計(jì)92.4.4 滑塊設(shè)計(jì)102.4.5 工作臺(tái)設(shè)計(jì)10第3章 壓力機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)113.1 控制系統(tǒng)方式選擇113.2 PLC概述113.2.1 PLC的定義113

9、.2.2 可編程從控制器的發(fā)展史123.2.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)123.2.4 PLC的基本組成133.3 壓力機(jī)控制系統(tǒng)分析133.3.1 壓力機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的控制要求133.3.2 控制系統(tǒng)原理分析設(shè)計(jì)143.4 PLC輸入輸出量分析143.4.1 輸入輸出分配143.4.2 輸入量分析153.4.3 輸出量分析153.5 PLC選型及硬件配備163.6 輸入輸出方式的選擇和地址分配173.6.1 輸入輸出方式的選擇173.6.2 輸入輸出的地址分配183.6.3 電氣控制系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)203.6.4 電氣設(shè)備和元器件選擇213.7 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)233.7.1 工作過程分化233.7.

10、2 手動(dòng)工作子過程分析243.7.3 自動(dòng)工作過程分析243.7.4 送料過程分析263.7.5 系統(tǒng)工作指令表程序設(shè)計(jì)273.7.6 保壓過程PID控制過程分析28第4章 壓力機(jī)電氣控制柜設(shè)計(jì)334.1 設(shè)計(jì)參考334.2 柜體設(shè)計(jì)364.2.1 柜體外形設(shè)計(jì)364.2.2 柜內(nèi)隔室設(shè)計(jì)374.2.3 器件安裝設(shè)計(jì)384.2.4 散熱及安全設(shè)計(jì)39總結(jié)40致謝41參考文獻(xiàn)42附錄1 壓力機(jī)工作梯形圖程序44附錄2 三維零件圖設(shè)計(jì)46第1章 緒論1.1 概述 液壓壓力機(jī)是根據(jù)帕斯卡原理制成，利用液體壓力能來傳遞能量的機(jī)器。液壓機(jī)一般由主機(jī)、操縱系統(tǒng)及泵站三大部分組成。如圖1.1所示。泵站是動(dòng)力

11、源，供給液壓機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)以高壓工作液體；操縱系統(tǒng)屬于控制機(jī)構(gòu)，它通過控制工作液體的流向來使個(gè)執(zhí)行幾個(gè)按照工藝要求完成應(yīng)有的動(dòng)作；本體為液壓機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖1.1 典型液壓壓力機(jī)結(jié)構(gòu)圖 液壓機(jī)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，是一種主要的鍛壓設(shè)備。它具有下列一些特點(diǎn)： 1. 結(jié)構(gòu)上易于得到較大的總壓力，較大的工作空間及較長(zhǎng)的行程，因此便于壓制大型工件及較高的工件； 2. 與鍛錘相比，工作平穩(wěn)，撞擊和振動(dòng)很小，噪音小，對(duì)工人健康，廠房低級(jí)，周圍環(huán)境及設(shè)備本身都有很大好處； 3. 與機(jī)械壓力機(jī)相比，本體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，容易鍛造，隨著液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度的提高，以及專業(yè)丁點(diǎn)生產(chǎn)的逐步

12、實(shí)現(xiàn)，比較適合與中小廠自行制造； 4. 隨著大功率高輕型的出現(xiàn)，液壓機(jī)快速性能已經(jīng)有了很大的提高，工作速度狀況越來越適應(yīng)于更大范圍的應(yīng)用。1.2 國內(nèi)外液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 發(fā)展?fàn)顩r由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)液壓機(jī)的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。相比來講，國內(nèi)機(jī)型雖種類齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏技術(shù)含量高的高檔機(jī)型，這與機(jī)電液一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)。在國內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓機(jī)可分為三種類型：一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機(jī)；

13、一種是采用可編程控制器控制的液壓機(jī)；第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理器（或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）的高性能液壓機(jī)。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢(shì)是高速化、智能化。1）繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方式，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡(jiǎn)單，適應(yīng)性不強(qiáng)。其適用于單機(jī)工作、加工產(chǎn)品精度要求不高的大批量生產(chǎn)（如餐具、廚具產(chǎn)品等），其也可組成簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、柔性差?，F(xiàn)在，國內(nèi)許多液壓機(jī)廠家是以這種機(jī)型為主，使用對(duì)象多為小型加工廠，或加工精度要求不高的民用產(chǎn)品。國外眾多廠家只是保留了對(duì)這種機(jī)型的生產(chǎn)能力，而主要面向以下兩種技術(shù)含量高的機(jī)型組織生

14、產(chǎn)。2）可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)溶為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前已被廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械以及自動(dòng)化生產(chǎn)過程中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能更加豐富。早期的可編程序控制器在功能上只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯控制。后來一些廠家開始采用微電子處理器作為可編程序控制器的中央處理單元（CPU），從而擴(kuò)大了控制器的功能，使其不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，可編程控制器控制方式是介于繼電器方式和工業(yè)控制機(jī)控制方式之間的一種控制方式?？删幊炭刂破饔休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功

15、能方面與工業(yè)控制機(jī)相比有一定差異。 3）工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上采用的一種高技術(shù)含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機(jī)或單片/單板機(jī)作為主控單元，通過外圍接口器件（如A/D，D/A板等）或直接應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，同時(shí)利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。作為液壓機(jī)兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國內(nèi)外機(jī)型無較大差距。主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)外液壓機(jī)都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)。插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)

16、中得到較廣泛的應(yīng)用。國外已開始廣泛采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)。這種油路設(shè)計(jì)有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰塵、污物、空氣、化學(xué)物質(zhì)侵入系統(tǒng)，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命。由于加工工藝等方面的原因，國內(nèi)采用封閉式循環(huán)油路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還不多見。在安全性方面，國外某些采用微處理器控制的高性能液壓機(jī)利用軟件進(jìn)行故障的檢測(cè)和維護(hù)。1.2.2 發(fā)展趨勢(shì) 1）高速化，高效化，低能耗。提高液壓機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 2）機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 3）自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)的在加工，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)

17、系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理的功能。 4）液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。1.3 本文研究主要內(nèi)容本文主要對(duì)630噸粉末成型壓力機(jī)總體及其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)的是壓力機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)要地設(shè)計(jì)了壓力機(jī)主體和電器控制柜及其裝配。研究設(shè)計(jì)過程如下：首先，確定壓力機(jī)的總體方案，對(duì)主機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定液壓機(jī)的總體布局；其次，設(shè)計(jì)液壓機(jī)的控制系統(tǒng)，通過工況分析，選擇控制方式，設(shè)計(jì)電氣線路，確定電器型號(hào)及安裝，檢驗(yàn)控制系統(tǒng)安全性和合理性等。第2章 630KN壓力機(jī)總體方案設(shè)計(jì)2.1 6300KN壓力機(jī)的組成完整

18、的壓力機(jī)應(yīng)有主機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成。以現(xiàn)有630T壓力機(jī)為藍(lán)本，本次設(shè)計(jì)也采用傳統(tǒng)“三梁四柱”的主機(jī)機(jī)型，該型主機(jī)主要由主缸、橫梁、滑塊、導(dǎo)柱、工作臺(tái)組成，其結(jié)構(gòu)圖見圖2.1。液壓控制系統(tǒng)主要由液壓泵、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等組成。本設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)是以可編程控制器（PLC）為主控元件的新型控制方式，主要由PLC、壓力變送器、輸入電路和輸出電路等組成。圖 2.1 壓力機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-副油箱 2-橫梁 3-主缸 4-導(dǎo)柱 5-頂出缸 6-工作臺(tái) 7-滑塊 2.2 壓力機(jī)的工況特點(diǎn)所設(shè)計(jì)壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下表：表2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)參 數(shù) 項(xiàng)參 數(shù)公稱壓力（最大負(fù)載

19、）6300KN主缸回程力1250KN頂出缸頂出力1000KN滑塊行程1000mm頂出行程355mm滑塊速度空程下行100mm/s工進(jìn)6mm/s回程60mm/s頂出活塞速度頂出80mm/s退回160mm/s本壓力機(jī)根據(jù)其工作要求，分為手動(dòng)和自動(dòng)工作兩種工作模式。兩種工作模式的各自的工作過程如下：自動(dòng)工作：滑塊快進(jìn)滑塊工進(jìn)保壓泄壓滑塊回程頂出缸頂出頂出缸退回。其工作循環(huán)過程見圖2.2。 滑塊快進(jìn) 滑塊工進(jìn) 保壓泄壓 滑塊回程 頂出缸頂出頂出缸退回圖2.2 壓力機(jī)自動(dòng)工作循環(huán)過程手動(dòng)工作：滑塊啟動(dòng)后可在任意位置手動(dòng)停止，手動(dòng)縮回；頂出缸手動(dòng)頂出，手動(dòng)退回。2.3 四柱液壓機(jī)總體布局方案設(shè)計(jì) 了解了四

20、柱液壓機(jī)的組成、工作過程之后，可初步確定壓力機(jī)的總體布局，布局圖如圖2.3所示。圖 2.3 四柱液壓機(jī)總體布局1 主機(jī) 2 副油箱 3 油管 4 液壓站 5 電氣柜 6 控制臺(tái)圖2.3為壓力機(jī)整體布局簡(jiǎn)圖，分為三個(gè)部分，即：主機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的所有部件都集中安裝在液壓油箱處，使液壓站布局結(jié)構(gòu)變得緊湊。電氣控制元- 4 -件集中設(shè)計(jì)在電氣柜中。啟動(dòng)、停止、快進(jìn)、頂出、調(diào)整、等控制按鈕設(shè)置在控制臺(tái)上。2.4 壓力機(jī)主機(jī)零部件設(shè)計(jì)2.4.1 主機(jī)載荷分析 根據(jù)表2.1,本次設(shè)計(jì)壓力機(jī)的最大工作負(fù)載為6300KN，主缸回程力為1250KN，頂出缸頂出力為1000KN。由于工作時(shí)的負(fù)

21、載遠(yuǎn)大于其它工況時(shí)的負(fù)載，因此在進(jìn)行載荷設(shè)計(jì)時(shí)，取負(fù)載6300KN對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行受力計(jì)算。壓力機(jī)結(jié)構(gòu)形式為“三梁四柱”式，工進(jìn)加壓的負(fù)載作用在橫梁和導(dǎo)柱上，受載時(shí)橫梁受壓，導(dǎo)柱受拉，受力如圖2.4所示。F-負(fù)載 T-導(dǎo)柱拉力圖2.4 橫梁、導(dǎo)柱受力圖2.4.2 導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 材料選擇：導(dǎo)柱在工作過程中主要承受拉力，材料必須具備較高的抗拉強(qiáng)度。導(dǎo)柱材料選擇45圓鋼，也可選用鍛件形式。熱處理要求：導(dǎo)柱除了承受拉力之外，外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少導(dǎo)柱表面的磨損，通過表面熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)和表面淬火。理論設(shè)計(jì)計(jì)算： 液壓機(jī)的最大主題:負(fù)載約為6300kN，

22、通過力傳遞后，最后由四根導(dǎo)柱承受6300kN的拉力，作用在每根導(dǎo)柱上的拉力為1575kN。由許用拉應(yīng)力公式(2-1)，可計(jì)算導(dǎo)柱的安全直徑D。 （2-1）式中：許用應(yīng)力；取45鋼=80100MPa；F軸向拉力；A橫截面積。即： 圓整后取導(dǎo)柱直徑D=160mm，考慮到立柱帶螺紋部分的應(yīng)力集中對(duì)承載能力的削弱，以及為了防止四根導(dǎo)柱因瞬間的受力不均而被破壞，導(dǎo)柱直徑可適當(dāng)加大，取D=180mm。 結(jié)構(gòu)形式：上、下橫梁用立柱調(diào)節(jié)圓螺母支承，兩端用鎖緊螺母鎖緊。2.4.3 橫梁設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)形式：上橫梁位于立柱上不，用于安裝工作缸，承受工作缸的反作用力。對(duì)中小型液壓機(jī)其結(jié)構(gòu)形式主要有鑄造和焊接兩種。本次設(shè)計(jì)

23、的630噸四柱液壓機(jī)的上橫梁采用鑄造結(jié)構(gòu)，材料為ZG35。 形狀尺寸要求：上橫梁通過立柱連接主機(jī)機(jī)身上半部，并安裝工作油缸。為使其組成空間合乎要求，以及活塞平穩(wěn)運(yùn)行，因此要求上橫梁安裝油缸孔的軸線與安裝油缸的臺(tái)肩平面應(yīng)垂直，上橫梁與調(diào)節(jié)圓螺母接觸面與主油缸臺(tái)肩接觸應(yīng)平行，以及立柱穿過孔的的上下平面應(yīng)平行等。 與油缸的連接方式：依靠圓螺母固定油缸。2.4.4 滑塊設(shè)計(jì) 滑塊主要作用：與主油缸活塞桿連接傳遞壓力機(jī)的壓力；通過導(dǎo)向套沿導(dǎo)柱導(dǎo)向面上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；安裝工具等。需要較好的強(qiáng)度、剛度及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)?；瑝K材料亦采用ZG35。 結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)壓制工藝的性質(zhì)，滑塊無論如何都不能彎曲，因此滑塊常是上面敞開

24、的箱形梁，高度可設(shè)計(jì)低一點(diǎn)。 形狀和尺寸要求：滑塊是液壓機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件，為保證液壓機(jī)的精度要求，要求四導(dǎo)柱導(dǎo)向套孔軸線應(yīng)相互平行，它應(yīng)與連接活塞桿孔的中心線平行；這些孔軸線都應(yīng)與活動(dòng)橫梁下平面想垂直；與活塞桿接觸平面對(duì)下面要求平行。 與活塞桿的連接方式：連接方式可分為可動(dòng)連接和固定連接。固定連接結(jié)構(gòu)是通過活塞端面和以及圓柱面與滑塊配合連接成不能具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的整體。本設(shè)計(jì)的連接方式是通過活塞桿頭螺紋與螺母連接緊固于滑塊內(nèi)。2.4.5 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)形式：工作臺(tái)是主機(jī)的安裝基礎(chǔ)。工作中承受機(jī)器本身的重量及全部載荷。本設(shè)計(jì)選材料為ZG35，鑄造結(jié)構(gòu)。形狀尺寸要求：工作臺(tái)是整機(jī)的基礎(chǔ)性零件，是安裝

25、磨具的標(biāo)準(zhǔn)，還要安裝頂出缸和其他零部件。因此對(duì)工作臺(tái)面的不平度、各部件安裝定位基面均應(yīng)有必要的技術(shù)要求。與頂出缸的連接方式：采用螺釘及法蘭盤將頂出缸固定在工作臺(tái)上。 固定模具的結(jié)構(gòu)：為了固定模具，一般在工作臺(tái)面上設(shè)有T型槽，按GB158-59標(biāo)準(zhǔn)尺寸進(jìn)行加工。第3章 壓力機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)方式選擇由前所述，液壓機(jī)的控制系統(tǒng)主要有繼電器控制方式、可編程控制器控制方式和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制方式三種類型。其中，傳統(tǒng)的繼電器控制方式存在較多的不足，設(shè)備體積大，在復(fù)雜控制系統(tǒng)中可靠性低，維護(hù)部方便，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，通用性和靈活性差；而工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工控機(jī)）控制方式是新型的高智能控制方式，雖

26、然其強(qiáng)大的運(yùn)算和處理能力能滿足各種復(fù)雜的控制過程要求，但其成本也是比較昂貴的。而可編程控制器（PLC）相對(duì)于工控機(jī)具有很大的成本優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于繼電器又具有突出的控制優(yōu)勢(shì)，其時(shí)間響應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于計(jì)算機(jī)相連接、維護(hù)方便、體積小、質(zhì)量小、功耗低，等等，目前為各種普通用途中、小型液壓機(jī)廣泛采用。考慮到本設(shè)計(jì)中的630噸壓力機(jī)的特點(diǎn)，選擇PLC作為控制系統(tǒng)的核心元件。3.2 PLC概述3.2.1 PLC的定義可編程控制器（Programmable Controller，PC或PLC），它是在20世紀(jì)70年代以來，在繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種

27、新型工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。它以微處理器為核心，集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，被廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域中。1982年2月國際電工委員會(huì)（IEC）在頒布可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中，對(duì)可編程控制器定義為：“一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程?！笨删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體和具有擴(kuò)成功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.2.2 可編程從控制器的發(fā)展史美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制成功了第一臺(tái)可編程控

28、制器PDP-14，并在汽車自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。從此這一技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展起來。從第一臺(tái)PLC誕生，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，PLC現(xiàn)已發(fā)展到第三代。各代的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍如下表3.1所示。表3.1 各代PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍年代功能特點(diǎn)應(yīng)用范圍早期：20世紀(jì)60年代末70年代中期采用分立元件和中小規(guī)模集成電路CPU，磁芯存儲(chǔ)器取代電氣控制、能同時(shí)完成邏輯控制，模擬量控制中期：20世紀(jì)70年代中期80年代中、后期增加復(fù)雜數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，遠(yuǎn)程I/O和通信功能，采用大規(guī)模集成電路，微處理器，加強(qiáng)自診斷、容錯(cuò)計(jì)算適應(yīng)大型復(fù)雜控制系統(tǒng)需要并用于聯(lián)網(wǎng)、通信、監(jiān)控等場(chǎng)合近期：20

29、世紀(jì)80年代中、后期現(xiàn)在高速大容量多功能，采用32位微處理器，變成語言多樣化，通信功能進(jìn)一步完善，智能化功能模塊齊全構(gòu)成分級(jí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像動(dòng)態(tài)過程監(jiān)控，模擬網(wǎng)絡(luò)資源共享3.2.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，主要朝著以下的方面發(fā)展。1）微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開放性；2）智能模塊化；3）編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化；4）網(wǎng)絡(luò)通信功能標(biāo)準(zhǔn)化。3.2.4 PLC的基本組成PLC的硬件構(gòu)成主要有： 1）中央處理器（CPU）； 2）存儲(chǔ)器（系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器）； 3）輸入、輸出接口； 4）電源。PLC的軟件構(gòu)成包括系統(tǒng)軟件和用戶程序，其應(yīng)用程序的編程語言最常

30、用的是梯形圖（LAD）和指令表（STL）。3.3 6300KN壓力機(jī)控制系統(tǒng)分析3.3.1 壓力機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的控制要求 1.壓力機(jī)的基本工作過程 液壓機(jī)的工作流程由送料車送料、送料車退回、滑塊快速下行、慢下加壓、保壓延時(shí)、卸壓回程、頂出缸頂出、頂出缸退回9個(gè)過程組成。在自動(dòng)控制的壓力機(jī)中, 從滑塊開始下行至頂出缸退回7個(gè)過程可做到全自動(dòng)依次運(yùn)行, 只有人工按停止按紐或急停按紐干預(yù)方能停車。 2.設(shè)備控制要求 壓力機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)及手動(dòng)兩種控制方式，在正常工作時(shí)選擇自動(dòng)控制方式。 液壓機(jī)自動(dòng)工作狀態(tài): 將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動(dòng)工作狀態(tài), 按下滑塊下行啟動(dòng)按鈕，則壓力機(jī)依以下步驟自動(dòng)工作。

31、 1） 液壓機(jī)滑塊靠自重快速下行。 2） 液壓機(jī)滑塊慢下加壓。 3） 達(dá)到設(shè)定壓力開始保壓。 4） 保壓延時(shí)到卸壓回程。 5） 回程到位后, 延時(shí)一定的時(shí)間頂出缸頂出。 6） 頂出到位后, 延時(shí)一定的時(shí)間頂出缸退回。 7） 延時(shí)一定的時(shí)間進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。壓力機(jī)手動(dòng)工作狀態(tài): 將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)工作狀態(tài)，手動(dòng)工作過程如下：1） 按“壓制”、“回程”按鈕, 壓力機(jī)滑塊動(dòng)作；按“停止”按鈕或壓下行程開關(guān)，滑塊停止。 2） 按“頂出”、“退回”按鈕, 頂出缸動(dòng)作, 壓下限位開關(guān)停止。其他控制要求： 1） 壓力機(jī)壓制藥柱時(shí)，為防止防爆門未關(guān)閉就加壓帶來的安全隱患，要求滑塊在防爆門關(guān)閉的情況下才能下行

32、。2） 滑塊回到原位時(shí)，頂出缸才能頂出；同樣，頂出缸回到原位，滑塊才能下行。3） 自動(dòng)保壓過程為閉環(huán)控制。4） 保壓值可手動(dòng)設(shè)定。3.3.2 控制系統(tǒng)原理分析設(shè)計(jì)由上述的工作過程分析，結(jié)合PLC閉環(huán)控制的特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)出本壓力機(jī)工作和控制的原理如圖3.1所示。負(fù)載液壓系統(tǒng)控制臺(tái)PLC控制系統(tǒng)壓力變送器 圖3.1 壓力機(jī)控制原理框圖3.4 PLC輸入輸出量分析3.4.1 輸入輸出分配 壓力機(jī)的控制系統(tǒng)中，各硬件的作用不同，則在控制系統(tǒng)中的位置也不同，其中，控制按鈕、行程開關(guān)和壓力變送器系發(fā)訊元件，要放在輸入端；繼電器、接觸器、信號(hào)燈、電磁閥等為收訊元件，要放在輸出端。因此，PLC的輸入輸出可表示成

33、圖3.2。中間繼電器接 觸 器 P L C控 制 按 鈕行 程 開 關(guān)信 號(hào) 燈電 源電 磁 閥電 位 器比 例 閥壓力變送器圖3.2 PLC輸入輸出框圖3.4.2 輸入量分析本設(shè)計(jì)壓力機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中，需要主電機(jī)（用M1表示）啟停按鈕各一個(gè)，送料電機(jī)（用M3表示）往返按鈕各一個(gè)，滑塊下行、返回和停止按鈕各一個(gè)，頂出缸頂出和停止按鈕各一個(gè)，急停按鈕一個(gè)，滑塊行程限位開關(guān)三個(gè)，頂出缸限位開關(guān)兩個(gè)，送料車限位開關(guān)兩個(gè)，自動(dòng)/手動(dòng)工作切換開關(guān)一個(gè)，防爆門關(guān)閉行程開關(guān)一個(gè)，保壓電動(dòng)機(jī)（用M2表示)可以靠自動(dòng)工作過程中PLC內(nèi)部程序控制實(shí)現(xiàn)啟停，不占用輸入口。因此，總計(jì)約20個(gè)開關(guān)輸入量。由于保壓過程

34、為閉環(huán)控制，需要PLC的模擬量處理，因此初步預(yù)計(jì)模擬量輸入壓力傳感器（或壓力變送器）一個(gè)，壓力設(shè)定電位器一個(gè)，共2個(gè)模擬輸入量。3.4.3 輸出量分析壓力機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)共有三個(gè)壓力機(jī)，主電動(dòng)機(jī)為星-三角形啟動(dòng)，需要三個(gè)交流接觸器；保壓電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，需要一個(gè)交流接觸器；送料電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，往返（正反轉(zhuǎn)）各需要一個(gè)交流接觸器；根據(jù)壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)中電磁閥的數(shù)量，共有10個(gè)電磁線圈，總計(jì)約 16個(gè)開關(guān)輸出量。根據(jù)保壓過程閉環(huán)控制過程及保壓回路所用比例閥，需要一路模擬量輸出。3.5 PLC選型及硬件配備根據(jù)上述控制特點(diǎn)，采用小型PLC即可滿足功能要求。由于西門子S7-200系列屬于小型PLC，其許多功能

35、達(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC的一樣。特別是S7-2000PU22*系列PLC，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。可用梯形圖、語句表和功能圖三種語言來編程。且指令功能強(qiáng)，易于掌握、操作方便。近年來，S7-200PLC已在工業(yè)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。S7-200 CPU22*系列PLC共有五種CPU模塊，其各自的技術(shù)指標(biāo)見表3.2。，由于存在模擬量輸入輸出，需要增加模擬量輸入輸出模塊，在西門子S7-200系列PLC中有專門的模擬量I/O擴(kuò)展模塊。根據(jù)壓力機(jī)的輸入輸出量的數(shù)量和特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用CPU226作為其主機(jī)，E

36、M235作為模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。EM235的輸入輸出技術(shù)規(guī)范如表3.3所示。表3.2 S7-200的CPU型號(hào)表3.3 模擬量擴(kuò)展模塊EM235輸入輸出技術(shù)規(guī)范輸入技術(shù)規(guī)范輸出技術(shù)規(guī)范輸入端口數(shù)4輸出端口數(shù)2最大輸入電壓30VDC信號(hào)范圍 電壓輸出 電流輸出±10V020mA最大輸入電流32mA分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器輸入范圍電壓?jiǎn)螛O性010V,05V,01V,050mV,0100mV,050mV分辨率，滿量程 電壓 電流12位11位電壓雙極性±10V，±5V，±2.5V，±1V，±500mV，±250mV，±

37、100mV，±50mV，±25mV精度，25°C 電壓輸出 電流輸出±5%滿量程±5%滿量程電流020mAAD轉(zhuǎn)換時(shí)間<250s設(shè)置時(shí)間100s電壓輸出2ms電流輸出模擬量輸入階躍響應(yīng)1.5ms到95%24VDC電壓范圍20.428.8最大驅(qū)動(dòng) 電壓輸出 電流輸出5000最小500最大DC輸入阻抗10M電壓輸入；25電流輸入數(shù)據(jù)字格式雙極性，滿量程單極性，滿量程-32000+32000032000數(shù)據(jù)字格式 電壓 電流-32000+320000+320003.6 輸入輸出方式的選擇和地址分配3.6.1 輸入輸出方式的選擇S7-200系列P

38、LC輸入端可直接接按鈕和行程開關(guān)，輸出方式有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種，繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)。因此本設(shè)計(jì)中選用繼電器輸出方式，由繼電器驅(qū)動(dòng)后續(xù)交流接觸器和電磁閥線圈。由于輸出點(diǎn)較多，輸出電流較大，因此開關(guān)量輸出回路采用外接電源，減小PLC負(fù)荷。模擬量輸入電流較小，可直接輸入，模擬量輸出電流很小，不足以驅(qū)動(dòng)比例閥，可接比例閥驅(qū)動(dòng)電路放大器。3.6.2 輸入輸出的地址分配由前所述，壓力機(jī)初步估計(jì)約19個(gè)開關(guān)量輸入，兩個(gè)模擬量輸入，16個(gè)開關(guān)量輸出，一個(gè)模擬量輸出。經(jīng)分析，輸入

39、量中，因?yàn)榫o急停車按鈕的設(shè)置是為了處置重大設(shè)備或人身事故而采取的緊急停機(jī)措施，它應(yīng)直接作用于總電源的控制器件，如果急停信號(hào)通過PLC程序處理，不但占用其1/O點(diǎn)數(shù)，而且不利于迅速可靠地處理安全事故，故可將急停按鈕設(shè)在外部電路中?；瑝K下行停止按鈕和下行限位停止按鈕（手動(dòng)工作）可并聯(lián)共用一個(gè)輸入口；防爆門關(guān)閉行程開關(guān)和滑塊下行啟動(dòng)按鈕可以串聯(lián)共用一個(gè)輸入口。因此，實(shí)際只需要17個(gè)輸入口即可。輸入元件地址分配列于表3.4中。表3.4 輸入元件地址分配開關(guān)量輸入控制元件符號(hào)地址編號(hào)M1啟動(dòng)按鈕SB1I0.0防爆門關(guān)閉行程開關(guān)SQ1自動(dòng)/手動(dòng)工作切換開關(guān)手動(dòng)SAI0.1自動(dòng)I0.2M1停止按鈕SB2I0

40、.3滑塊下行啟動(dòng)按鈕SB3I0.4滑塊慢進(jìn)加壓行程開關(guān)SQ2I0.5滑塊下行手動(dòng)停止按鈕SB4I0.6滑塊下行停止行程開關(guān)SQ3滑塊回程按鈕SB5I0.7滑塊回程停止限位開關(guān)SQ4I1.0頂出缸伸出按鈕SB6I1.1頂出缸退回按鈕SB7I1.2頂出缸伸出停止限位開關(guān)SQ5I1.3頂出缸退回停止限位開關(guān)SQ6I1.4M3正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB8I1.5M3反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB9I1.6送料小車送料到位停止限位開關(guān)SQ7I1.7送料小車退回停止限位開關(guān)SQ8I2.0模擬量輸入信號(hào)名稱信號(hào)類型地址編號(hào)壓力變送器模擬量信號(hào)4-20mA電流AIW0電位器模擬量信號(hào)4-20mA電流AIW1輸出口接繼電器，仍為16個(gè)

41、輸出。輸入輸出的地址分配如下表3.5所示。表3.5 輸出元件地址分配開關(guān)量輸出輸出繼電器編號(hào)繼電器所驅(qū)動(dòng)元件地址編號(hào)名稱符號(hào)KA1交流接觸器KM1Q0.0KA2交流接觸器KM2Q0.1KA3交流接觸器KM3Q0.2KA4交流接觸器KM4Q0.3KA5交流接觸器KM5Q0.4KA6交流接觸器KM6Q0.5KA7電磁閥YA1Q0.6KA8電磁閥YA2Q0.7KA9電磁閥YA3Q1.0KA10電磁閥YA4Q1.1KA11電磁閥YA5Q1.2KA12電磁閥YA6Q1.3KA13電磁閥YA7Q1.4KA14電磁閥YA8Q1.5KA15電磁閥YA9Q1.6KA16電磁閥YA10Q1.7模擬量輸出輸出信號(hào)信

42、號(hào)類型地址編號(hào)比例閥控制信號(hào)0-20mA電流AQW03.6.3 電氣控制系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)根據(jù)壓力機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)硬件線路圖如圖3.3和圖3.4。圖3.3 PLC外部I/O接線圖圖3.4 主電路接線圖3.6.4 電氣設(shè)備和元器件選擇由硬件線路圖中所列元件，考慮到壓力機(jī)控制系統(tǒng)中各部分對(duì)電壓、電流和功率的要求，確定各電氣設(shè)備和元器件清單列于表3.6中。表3.6 電氣設(shè)備及元器件清單名稱代號(hào)型號(hào)規(guī)格數(shù)量電動(dòng)機(jī)M1Y225L-41電動(dòng)機(jī)M2YH160M11電動(dòng)機(jī)M3Y160M-61交流接觸器KM、KM1CJX1-1102交流接觸器KM（2,3）CJX1-632交流接觸器KM（4,5,6）

43、CJX1-452斷路器QF1DZ20Y-400/31斷路器QF2DZ15-40/21熔斷器FU、FU1RL1-200/200A2熔斷器FU（2,3）RL1-60/60A2熔斷器FU（4,5）RL1-15/6A2熱繼電器FR1JR16-60/3D 120A 751201熱繼電器FR2JR16-60/3D 32A 20321熱繼電器FR3JR16-60/3D 22A 14221按鈕開關(guān)SBLAY3-11ZS/1 ，紅色1按鈕開關(guān)SB（1，3,6,8）LAY3-11D ，綠色4按鈕開關(guān)SB（2,4）LAY3-11 ，紅色2按鈕開關(guān)SB（5,7,9）LAY3-11 ，黑色3旋鈕開個(gè)SALAY3-22X

44、/3 ，黑色1行程開關(guān)SQ（1,37）LXK3-20S/B6行程開關(guān)SQ2LXK3-20H/H11整流變壓器VCBKZ-5-380/-241信號(hào)燈HL,HL（14）AD0-5,220V,1.5W,紅色5信號(hào)燈HL（514）DH16-51,24V,2W,綠色10中間繼電器YA（110）HHC68B-2Z16電位器RPWWX0.25-11壓力變送器CYB-ZH8011比例溢流閥DBEM10-30/31.5Y/21比例放大器ADVT200013.7 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.7.1 工作過程分化在設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作程序之前，首先要對(duì)系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行詳細(xì)的分析。本壓力機(jī)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式，再加上送料過程，

45、可將總工作分為三個(gè)子部分，即自動(dòng)工作子過程、手動(dòng)工作子過程和送料子過程。系統(tǒng)工作總過程流程圖如圖3.5所示。圖3.5 壓力機(jī)工作總流程圖在程序設(shè)計(jì)過程中，可按照總工作要求進(jìn)行總體把握，然后對(duì)各子過程工總詳細(xì)過程進(jìn)行分析，最后編出完整程序。3.7.2 手動(dòng)工作子過程分析由本章第3節(jié)中對(duì)手動(dòng)工作過程的描述，結(jié)合輸入輸出地址分配特點(diǎn)，繪出圖3.6所示的手動(dòng)工作子過程流程圖。3.7.3 自動(dòng)工作過程分析由本章第3節(jié)中對(duì)自動(dòng)工作過程的描述，結(jié)合輸入輸出地址分配特點(diǎn)，繪出圖3.7所示的自動(dòng)工作子過程流程圖。圖3.6 手動(dòng)工作過程流程圖圖3.7 自動(dòng)工作過程流程圖3.7.4 送料過程分析送料過程中，按下送料

46、開關(guān)，送料小車前進(jìn)至卸料點(diǎn)停止；卸料完畢，按下退回按鈕，送料小車退回至原位停止。該過程的流程圖如圖3.8所示。圖3.8 送料過程流程圖3.7.5 系統(tǒng)工作指令表程序設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)系統(tǒng)共走梯形圖程序之前，首先要了解壓力機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理和各電器元件及電磁閥動(dòng)作順序。圖3.8是所設(shè)計(jì)壓力機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖；表3.7為電器元件和電磁閥動(dòng)作表。圖3.8 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖表3.7 電器元件和電磁閥動(dòng)作表工作過程序號(hào)動(dòng)作名稱發(fā)訊元件電磁鐵YA（+表示得電動(dòng)作）電動(dòng)機(jī)M12345678910123急停1緊急停車SB電機(jī)啟停1電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)SB1+2電動(dòng)機(jī)M1停止SB2送料1送料車前進(jìn)SB8+2送料車停止，卸

47、料SQ73送料車退回SB9+4送料車退回停止SQ8 手 動(dòng) 工 作1滑塊下行SB3+2滑塊停止SB4/SQ3+3滑塊回程SB5+4滑塊回程停止SQ4+5頂出缸頂出SB6+6頂出缸頂出停止SQ5+7頂出缸退回SB7+8頂出缸退回停止SQ6+自動(dòng)工作1滑塊快速下行SB3+2滑塊慢速下行并加壓SQ2+3保壓壓力變送器+4滑塊泄壓回程PLC計(jì)時(shí)器+5滑塊回程停止，頂出缸頂出SQ4+6頂出缸頂出停止并延時(shí)SQ5+7頂出缸退回PLC計(jì)時(shí)器+8頂出缸退回停止SQ6+根據(jù)液壓原理圖和各器件動(dòng)作表，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的指令表程序，見附錄1。 3.7.6 保壓過程PID控制過程分析在上面的指令表程序中，保壓過程啟動(dòng)后

48、，用插入子程序的方式表示了保壓過程，其具體保壓過程中涉及到了PID控制，現(xiàn)在對(duì)其進(jìn)行粗略分析。1. PID控制的原理PID控制原理可以用公式（3-1）表明： （3-1）式中，YnPID回路的輸出，是時(shí)間的函數(shù)； KcPID回路的增益，也叫比例常數(shù)； Ki積分項(xiàng)的比例常數(shù)； Kd微分項(xiàng)的比例常數(shù)； MinitialPID回路輸出的初始值； x給定值與過程變量的差值。 在PLC中要實(shí)現(xiàn)PID控制，必須對(duì)這個(gè)式子進(jìn)行離散化處理。由于上式中的微分項(xiàng)和積分項(xiàng)在微機(jī)中不能直接準(zhǔn)確計(jì)算，只能用數(shù)值計(jì)算的方法逼近，如果采樣周期取得足夠小，離散后的控制過程與連續(xù)控制十分接近。西門子S7-200系列PLC中有對(duì)應(yīng)

49、的PID指令，只需要確定上式中的三個(gè)比例常數(shù)及采樣頻率即可編出系統(tǒng)所需要的模擬控制子程序。本系統(tǒng)采用的是S7200系列PLC配套的EM235模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，來實(shí)現(xiàn)被測(cè)壓力信號(hào)的模擬量輸入和控制比例閥的模擬量輸出。EM235的輸入/輸出均編程為020m A范圍，壓力變送器檢測(cè)的壓力信號(hào)（420 mA電流），經(jīng)EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入PLC，與電位器設(shè)定的壓力信號(hào)（420mA電流，也經(jīng)EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字量）進(jìn)行比較處理后，通過PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，得到一定函數(shù)關(guān)系對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)EM235模塊轉(zhuǎn)換成模擬的電流信號(hào)輸出給比例放大器，再經(jīng)比例放大器將放大后的電流輸送到比例閥線圈，從而調(diào)節(jié)液

50、壓回路流量，達(dá)到壓力控制的目的。2. PID控制中所用到的技術(shù)參數(shù)本設(shè)計(jì)中有兩路模擬量輸入，壓力檢測(cè)信號(hào)為主信號(hào)，電位器信號(hào)為比較信號(hào)。壓力檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)與所選用的壓力變送器性能特點(diǎn)相關(guān)，設(shè)計(jì)中選用的CYB-ZH801陶瓷壓力變送器的具體型號(hào)為CYB-ZH801L2J2S1W1A1H1，其性能特點(diǎn)列于表3.8中。表3.8 CYB-ZH801壓力變送器技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍010KPa···35MPa輸出420mA，15V，05V供電電壓24V±15V（DC）精度（%FS）±0.25.，±0.5壓力過載量程的1.2倍壓力接頭M20×

51、1.5,1/2NPT，1/4NPT結(jié)構(gòu)形式普通，指針顯示，液晶顯示本設(shè)計(jì)中選用032MPa量程，420mA電流輸出，則其輸出特性如下圖3.10所示。圖3.10 變送器輸出特性由輸出特性，得出輸入輸出的比例系數(shù)初始輸出電流為4mA，則該變送器檢測(cè)壓力與輸出電流信號(hào)的關(guān)系如下： （3-2）式（3-2）中，I是輸出電流，P是檢測(cè)壓力。這些參數(shù)可作為工程計(jì)算的參考，以確定式（3-1)中的各系數(shù)。設(shè)計(jì)中選用的電位器為WS-1型有機(jī)實(shí)芯式電位器，功率1W，阻值范圍1004.7M。本設(shè)計(jì)需要選擇的阻值范圍可由式（3-3)確定。 （3-3）所用電壓為24V直流，則于是要選擇的電位器工作阻值范圍為1.26k。 對(duì)應(yīng)所要設(shè)定的壓力調(diào)節(jié)范圍032MPa，電位器要調(diào)節(jié)的阻值與壓力設(shè)定值之間的關(guān)系可表示為圖3.11。 圖3.11 電位器阻值與設(shè)定壓力關(guān)系圖 由圖3.11， 電位器阻值變化與設(shè)定壓力之間的比例系數(shù)為初始