基于PLC的速度控制回路设计.docx

1、基于PLC的速度控制回路设计摘要：随着液压技术和现代控制技术的发展，传统液压实验台的缺陷愈来愈明显，为了更好的适应教学的发展，增强学生解决实际问题的能力，以及满足现代科研的需求，在传统液压试验台的基础上，加入PLC先进控制技术，构建了由PLC作为下位机控制现场设备，由PC作为上位机在线监控的控制系统，可以实现机、电、液、计算机的完美结合。本设计完成了对调速运动回路、快速运动回路、速度换接回路这三种速度控制回路的设计，最后利用JDY-B 机电液气综合实验台验证所设计的速度控制回路及PLC程序。关键词：液压试验台，速度控制回路，PLCBased on the speed of the PLC co

2、ntrol circuit design Abstract：With the development of hydraulic technology and modern control technology, the deficiency of the traditional hydraulic experimental platform becomes more and more clear, in order to better adapt to the development of teaching, enhance the ability of students to solve p

3、ractical problems, and meet the needs of modern scientific research, on the basis of the traditional hydraulic test bench, to join the advanced PLC control technology, built by PLC as lower machine control field device, is controlled by a PC as a PC online monitoring system, can realize the perfect

4、combination of machine, electricity, liquid, and computer. This design completed for speed regulation circuit, fast motion loop, speed in the three speed control circuit design, finally using JDY - B liquid gas comprehensive test bench test of mechanical and electrical design of speed control circui

5、t and the PLC program. Key words:hydraulic test bench, speed control circuit, PLC 目 录1前言11.1 速度控制在现实中的应用11.2 课题的意义22 实验台介绍42.1 液压元件介绍42.1.1 液压系统42.1.2 齿轮泵52.1.3 液压缸72.1.4 液压控制阀82.2 实验所用各模块介绍112.3 辅助开关173 PLC介绍193.1 PLC的特点193.2 PLC软件系统及常用编程语言203.3 PLC的功能与应用214 速度控制回路设计234.1概述234.1.1 交流转直流234.1.2 液压泵驱

6、动模块234.2 液压速度控制回路设计254.2.1调速回路254.2.2快速运动回路284.2.3速度换接回路32结 论37参考文献38致 谢39II1前言随着社会的发展，在机械工程领域，自动化控制的作用越来越大，给人们带来了越来越多的便利。工程中，机电一体化的实现对速度的要求越来越高，如何使各个液压回路的自动化越来越改成为了不可回避的问题。液压传动技术是机电一体化技术的重要组成部分，而且液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，随着流体力学、自动控制、计算机等技术的不断发展，液压传动技术已经发展成为包括传动、控制、检测技术、机电一体化的一门完整的自动化技术，并且在工业生产、设备控制等方面都得

7、到了广泛应用1。1.1 速度控制在现实中的应用(1) 速度控制在生产机械中的应用调速指在一定的最高转速和最低转速的范围内分档（有级）地或平滑（无级）地调节生产机械转速。调速系统由生产机械和调速器所组成。调速器通过适当改变流进和流出生产机械的能量来调节它的转速。调速器不仅可使生产机械运行在某个指定的转速，而且还能在负载变动时保持转速恒定或基本不变。保持转速恒定的调速器称为无差调速器。只能使转速基本不变的调速器称为有差调速器。稳速可使生产机械以一定的精度稳定在所需转速上运行的一种速度控制。在稳速系统中，调速器的调节作用能使生产机械的转速（速度）完全或基本上不受负载变化、电源电压变化、温度变化等外部

8、和内部扰动的影响。加减速控制常用于频繁起动和制动的生产机械。对加减速控制的基本要求是尽量缩短起动和制动时间以提高生产效率，并使生产机械的起动和制动过程尽量平稳。在生产过程中，从工艺要求出发，不同的生产机械对转速（速度）的控制形式具有不同的要求。例如轧钢机主、辅传动要求尽可能地缩短起动、制动和反转的时间，同时又能在较大范围内调速。而高速卷纸机则既要求有高的稳速精度和一定调速范围，又要求起动和制动平稳。(2)速度控制在其它方面的应用运行的电梯，在开始运行和到达目的地之前，都会有一个加速和减速的过程，在二者又要要求运动的平稳，给人一种安全平稳的乘坐环境。自动化生产线上，机械手去放物件时，在接近起点和

9、终点还有一段距离时，就会开始变速，慢慢靠近，这样既可以避免过大的刚性冲击给机器或者货物造成破坏，又可以保证工作的精度。在日常生活中，速度无处不在，对速度的控制也随处可见，速度的变化对我们的生产生活都会产生很大的影响。1.2 课题的意义 液压传动技术是机电一体化技术的重要组成部分，而且液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，随着流体力学、自动控制、计算机等技术的不断发展，液压传动技术已经发展成为包括传动、控制、检测技术、机电一体化的一门完整的自动化技术，并且在工业生产、设备控制等方面都得到了广泛应用。液压实验台是生产和开发液压元件和液压系统的重要实验设备2。 液压传动以易获得很大的推力或力矩、运

10、动传递平稳、均匀、准确可靠特点,极其广泛地用于机床的控制中,特别是与PLC 技术相结合的机床电液控制系统,大大提高了机床的灵活性和自动化程度,为大规模发展自动化生产线提供了广泛的应用前景。 随着液压技术和现代控制技术的发展，传统液压实验台的缺陷愈来愈明显，已不能很好地适应生产和研究的需要。为了可以更好的适应教学的发展，增强学生解决实际问题的能力，以及满足现代科研的需求，在传统液压试验台的基础上，加入PLC先进控制技术，构建了由PLC作为下位机控制现场设备，由PC作为上位机在线监控的控制系统，可以实现机、电、液、计算机的完美结合，实现实验处理的自动化，实时监控等。采用了由PLC控制技术来控制液压

11、试验台的自动控制响应快、智能化，学生不仅可以根据需求搭建各种液压回路或液压系统，还可以独立的进行液压设计、安装、调试、故障排除、编写PLC程序、等，有利于提高学生在机电液计算机综合控制等方面的综合能力。通过毕业设计能够更加熟悉的运用Step7编程软件,掌握编程技术进一步加深对指令集的理解.从而为以后从事专业奠定基础.锻炼了对程序控制设备及系统的独立维护及设计能力。还有学生的逻辑思维能力。对机床的运动过程中的速度变化从原理上有了一个较为深刻的认识。本设计有以下要点：通过模拟现代机床加工生产过程中的快进，工进，差动快进，速度调节，快速返回等，设计出了与其相似的液压变速回路。在液压缸柱塞运路径上安装

12、接近开关，实现液压缸的自动化运动。用PLC代替了手动触电和接触器实现了回路的自动控制。简化了电路的复杂程度。2 实验台介绍2.1 液压元件介绍2.1.1 液压系统液压传动又称为容积式液压传动,是用液体作为介质,利用液体的压力能和动能来传递能量和进行控制的传动装置.通常把剩用液体压力能的液压系统使用的液体介质称为液压油. 液压传动元件体积小,重量轻,结构紧凑,容易进行无级调速和容易实现标准化,系统化,通用化.所以广泛应用于冶金机械,工程机械,矿山机械,农业机械,汽车,船舶,飞机等.液压系统虽然多种多样,但从能量转换的角度来看,它们的工作原理和组成基本相同，液压系统的组成主要有：动力元件液压油泵；

13、执行元件液压油缸、液压马达；控制元件液压阀，控制液压油的压力、流量与方向；辅助元件管件、压力表、储能器、滤油器等等；工作介质传递压力的工作介质，通常为液压油，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用。（1）液压传动与机械传动、电气传动、气压传动相比较有以下优点功率相同的情况下，体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小，可快速启动和频繁换向，能传递较大的力和转矩。能方便地实现无级调速，且调速范围大，可达100：1至2000：1。而最低稳定转速可低至每分钟几转，可实现低速强力或低速大扭矩传动，不需减速器。传递运动均匀平衡、方便可靠；负载变化时速度较稳定。控制调节方便、省力，易于实现自动化；与电气控制或气动控制配合

14、使用，能实现各种复杂的自动工作循环，还可远程控制。易于实现过载保护；液压元件可自行润滑，使用寿命较长。液压元件易实现标准化、通用化、系列化，便于设计制造和推广使用；元件之间用管路连接时，在系统中的排列布置有较大的机动性。实现直线运动一般比机械传动简单。（2）液压传动装置存在的不足由于采用液体传递压力，系统不可避免地存在泄漏，因而传动效率较低，不宜于远距离传动。对油温变化较敏感，运动件的速度不易保持稳定，同时对油液的清洁程度要求高。为减少泄漏，液压元件制造精度要求高，加工工艺复杂，因而成本较高。系统发生故障时，不易查找原因和维修。系统或元件的噪声较大。2.1.2 齿轮泵 齿轮泵是一种常用的液压泵

15、，在结构上可分为外啮合轮泵和内啮合齿轮泵。 图 2.1 齿轮泵图 2.1 所示为普通常用的外啮合齿轮泵的工作原理。当齿轮按图示的箭头方向旋转时，轮齿从右侧退出啮合，使该腔容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下，经泵的吸油管进入右腔吸油腔，填充齿间。随着齿轮的转动，每个齿轮的齿间把油液从右腔带到左腔，轮齿在左侧进入啮合，齿间被对方轮齿填塞，容积减小，齿间的油液被挤出，使左腔油压升高，油液从压油口输出，所以左腔便是泵的排油腔。外啮合齿轮泵的排量 V，相当于一对齿轮的齿间容积之总和。近似计算时，可假设齿间的容积等于轮齿的体积，且不计齿轮啮合时的径向间隙3。（1）齿轮泵存在的主要问题：泄漏外啮合齿轮泵高压腔的压力油可通过齿轮两侧面和两端盖间轴向间隙、泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙及齿轮啮合线处的间隙泄漏到低压腔中去。其中对泄漏影响最大的是端面间隙，可占总泄漏量的 75%80%。它是影响齿轮泵压力提高的首要问题。 径向不平衡力，齿轮泵工作时，排油腔的油压高于吸油腔的油压，从排油腔起沿齿轮外缘至吸油腔的每一个齿间内的油压是不同的，压力的分布是依次递减的。可见，泵内齿轮所受的径向力是不平衡的。这个不平衡力把齿轮压