基于PLC的液压试验台自动控制系统的设计.docx
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基于PLC的液压试验台自动控制系统的设计
2011年度本科生毕业论文(设计)
基于PLC的液压试验台自动控制系统的设计
院-系:
工学院
专业:
电气工程及其自动化
年级:
2007级
学生姓名:
学号:
导师及职称:
2011年5月
2011AnnualGraduationThesis(Project)oftheCollegeUndergraduate
TheautocontrolsystemdesignofhydraulicteststandbasedonthePLC
Department:
Collegeofengineering
Major:
Electricalengineeringandautomation
Grade:
Student’sName:
StudentNo.:
Tutor:
H
May,2011
毕业论文(设计)原创性声明
本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名:
日期:
毕业论文(设计)授权使用说明
本论文(设计)作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。
有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。
保密的论文(设计)在解密后适用本规定。
作者签名:
指导教师签名:
日期:
日期:
毕业论文(设计)答辩委员会(答辩小组)成员名单
姓名
职称
单位
备注
主席(组长)
摘要
由于传统的液压试验台采用继电器等元件作为控制系统的控制元件,存在可靠性、灵活性差等许多缺点,现将通过PLC来实现液压试验台的自动控制系统设计,不但扩大液压试验台的功能范围,提高了控制系统的柔性,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,有利于学生在机电液综合控制等方面的综合能力,还可以实现机、电、液一体化的完美结合,实现实验处理的自动化,实时监控等。
关键词:
液压试验台、PLC、自动化、控制系统。
ABSTRACT
Becausethetraditionalhydraulictestrigadoptsrelaysascontrolsystemofelementssuchasthecontrolelementsarepoorreliabilityandflexibility,existencemanyshortcomings,willnowthroughPLCtorealizetheautomaticcontrolsystemofhydraulictestdesign,notonlytoexpandthescopeofhydraulictestfunction,improvethecontrolsystemflexible,constructsbyPLCasthenextplacemachinecontrolfielddevice,bythePCasPCon-linemonitoringandcontrolsystemforstudentsinaspectsofcomprehensivecontrolelectromechanicalliquidcomprehensiveability,stillcanachievemachine,electricity,liquidintegrationperfectunion,realizetheautomation,experimentaltreatmentreal-timemonitoring,etc.
Keywords:
Hydraulictestrig,PLC,automationandcontrolsystem.
第一章前言
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。
传统的液压实验台内容固定、控制方式单一,大多数控制系统采用的是在电磁铁、行程开关和在继电器上用“矩阵版排顺序”的步进器控制方式。
这种方式存在灵活件差、柔性差、可靠性不高等缺陷并且难以完成较复杂的控制。
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。
第二章液压试验台(CQYZ-M/C1)
2.1概述
液压试验台是液压元件试验台适用于各类通用液压元件的性能测试,可满足不同用户的测试要求。
液压试验台分五个品种:
即液压阀试验台、液压泵试验台、液压马达试验台、液压缸试验台和综合试验台。
液压试验台由动力驱动系统、液压控制系统、过滤温控循环系统、漏油回收系统、电气控制系统、计算机控制与测试系统等组成。
液压试验台适用于冶金、石油、机械、航天、船舶等领域的主机所配套的液压元件的性能测试。
2.2液压传动的发展及其研究对象
液压传动技术的发展,可追溯到17世纪帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律,开始奠定了流体静压传动的理论基础。
从18世纪末英国制成了世界上第一台水压机算起,已经有近300年的历史,但真正的发展只是在第二次世界大战后,液压技术由军用工业迅速转向民用工业,而我国的液压工业只经过40余年的发展,就已经形成门类齐全、有一定的技术水平并初具规模的生产科研体系,其生产的液压产品广泛应用于工业、农业和国防等各个部门。
近20年来,我国液压工业通过引进先进技术,科研攻关,产品应用技术飞快发展,设计生产了许多新型的液压元件。
此外通过计算机辅助技术(ComputerAidedDesign,简称CAD)、计算机辅助测试(ComputerAidedTranslation,简称CAT)、污染控制、故障诊断、机电一体化等方面研究成果的应用,液压技术水平得到很大的提高。
当前液压技术正向着高效率、高精度、高性能等方向发展;液压元件向着体积小、重量轻、微型化和集成化、易维护的方向发展。
因此急需加速人才培养和技术创新,使我国液压工业尽早达到世界先进水平。
液压传动技术的发展旨在研究液压系统各类元件结构、作用、工作原理、应用方法,以及组成液压系统的特点。
人们经过理论与实践的有机结合,能够很快的掌控液压传动设备的安装、调试、维护及操作。
2.3液压试验台的国内外研究现状
随着液压技术、控制理论、微型计算机、测量测试技术、教学信息处理、可靠性技术的发展,新的液压试验台已朝着高速、高效、智能化、多功能化、多样化的液压计算机辅助测试(CAT)方向发展,早期按照“传感器+模拟二次仪表”的模式组成液压设备试验系统已停产或停止使用,基于虚拟仪器技术的液压CAT系统广泛应用于新的液压试验台制造及应用。
采用的计算方法有平均值滤波法、中值滤波法、自适应滤波法、新型PID算法等。
采用有VB6等应用软件开发液压CAT实验软件。
由于原有设备的陈旧或故障面积太大,仅发现用MCS-51单片机技术对旧式液压实验台重新开发与利用,因此,很少发现采用液压计算机辅助测试(CAT)对旧式液压试验台重新开发与利用,对旧式液压试验台重新开发与利用有一定的推广应用价值。
2.4液压试验台的组成
液压试验台由三大部分组成,即液压泵站、实验操作台和电气控制系统,在总体布置上,充分考虑到使用方便及空间布置紧凑。
2.4.1液压泵站
液压泵站即液压源,用来将液压油提供给试验台,系统采用一台变量柱塞泵供油,泵站安装有蓄能器,用于吸收系统油液脉动,提供均匀稳定的压力油。
根据实际需要,设计系统最高工作压力为31.5MPa,为了是泵站维修方便和主操作平台大小适中、操作方便,将液压泵、电机、蓄能器等外置。
2.4.2实验操作台
实验操作平台上安装各种测试仪表及传感器,可根据需要将元件或元件与油路块之间通过液压硬管或软管进行连接。
2.4.3电气控制系统
电气控制系统主要包括试验用的电气控制设备及操纵装置,如油温自控及操纵装置、点击启动器、电表以及各种操作按钮(液压源驱动电动机起动和停止、事故急停)等,考虑到结构紧凑,将电气控制部分放置在操作平台下部,重要操作按钮放在操作台上部。
2.5液压试验台的设备构成
(1)核心部件:
通过液体增压泵对液体进行增压,以达到试验压力要求。
(2)气动两联件:
对压缩空气进行过滤及调压;
(3)调速阀:
调节驱动空气流量,以调节增压器的动作频率,可延长增压器的使用寿命;
(4)高压过滤器:
对气体进行过滤处理;
(5)高压限压阀:
设定增压器的自动停机和开启压力,以保证增压器能在设定压力时自动停机。
2.6液压试验台的特点
(1)模块化结构设计,配有安装底板,实验时可以随意在通用铝合金型材板上,组装回路,简单方便。
(2)该系统全部采用标准的工业液压元件,使用安全可靠,贴近实际。
(3)快速而可靠的连接方式,特殊的密封接口,保证实验组装方便、快捷,拆接不漏油,清洁方便。
(4)精确的测量仪器,方便地测量方式,使用简单,读数准确。
(5)可编程序控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC),机电液一体化控制实验形式。
(6)智能化实验数据采集处理方式。
(7)体积小、重量轻、外型美观大方。
(8)无任何焊接连接,方便拆卸,安全系数高,寿命长、便于维护。
(9)可轻松实现输出压力任意可调、可控。
2.7液压试验台的技术参数
(1)驱动气压范围:
0.1-0.8Mpa;且输出压力和驱动气压成正比。
(2)最大耗气量:
1Nm3/min。
(3)压力测试范围:
0—300Mpa。
(4)工作介质:
水、液压油、乳化液。
(5)可以通过自动记录仪显示试验信息。
2.8液压试验台的应用范围
适用于各种汽车软管、胶管、空调管、汽车总成等产品的耐压、爆破性能的测试。
用于各种型号的管件的爆裂压力测定和耐压时间测定。
其广泛应用于质量检测单位、各种车零部件制造单位、产品质量检测站、科研院校等各种软管的生产、开发研究等领域。
压力试验系统由加压系统和控制、显示系统组成。
加压系统主要由液体增压泵等组成,主要完成系统的加压和保压工作,可确保长时间试验的加压及保压。
控制、显示系统主要完成控制驱动气体的压力,控制卸压,及时显示压力,控制加压等工作。
第三章三菱PLC编程软件GXDeveloper-7.08
3.1软件概述
GXDeveloper是三菱通用性较强的编程软件,它能够完成Q系列、QnA系列、A系列(包括运动控制CPU)、FX系列PLC梯形图、指令表、SFC等的编辑。
该编程软件能够将编辑的程序转换成GPPQ、GPPA格式的文档,当选择FX系列时,还能将程序存储为FXGP(DOS)、FXGP(WIN)格式的文档,以实现与FX-GP/WIN-C软件的文件互换。
该编程软件能够将Excel、Word等软件编辑的说明性文字、数据,通过复制、粘贴等简单操作导入程序中,使软件的使用、程序的编辑更加便捷。
此外,GXDeveloper编程软件还具有以下特点。
3.1.1操作简便
(1)标号编程。
用标号编程制作程序的话,就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。
用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。
(2)功能块。
功能块是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。
把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化,使得顺序程序的开发变得容易,此外,零件化后,能够防止将其运用到别的顺序程序使得顺序输入错误。
(3)宏。
只要在任意的回路模式上加上名字(宏定义名)登录(宏登录)到文档,然后输入简单的命令,就能够读出登录过的回路模式,变更软元件就能够灵活利用了。
3.1.2能够用各种方法和可编程控制器CPU连接
①经由串行通信口与可编程控制器CPU连接;
②经由USB接口与可编程控制器CPU连接;
③经由MELSECNET/10(H)与可编程控制器CPU连接;
④经由MELSECNET(II)与可编程控制器CPU连接;
⑤经由CC-Link与可编程控制器CPU连接;
⑥经由Ethernet与可编程控制器CPU连接;
⑦经由计算机接口与可编程控制器CPU连接;
3.1.3丰富的调试功能
①由于运用了梯形图逻辑测试功能,能够更加简单的进行调试作业。
通过该软件可进行模拟在线调试,不需要与可编程控制器连接。
②在帮助菜单中有CPU出错信息、特殊继电器/特殊寄存器的说明等内容,所以对于在线调试过程中发生错误,或者是程序编辑中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下,通过帮助菜单可非常简便的查询到相关信息。
③程序编辑过程中发生错误时,软件会提示错误信息或错误原因,所以能大幅度缩短程序编辑的时间。
3.2GXDeveloper的特点
这里主要就GXDeveloper编程软件和FX专用编程软件操作使用的不同进行简单说明。
3.2.1软件适用范围不同
FX-GP/WIN-C编程软件为FX系列可编程控制器的专用编程软件,而GXDeveloper编程软件适用于Q系列、QnA系列、A系列(包括运动控制SCPU)、FX系列所有类型的可编程控制器。
需要注意的是使用FX-GP/WIN-C编程软件编辑的程序是能够在GXDeveloper中运行,但是使用GXDeveloper编程软件编辑的程序并不一定能在FX-GP/WIN-C编程软件中打开。
3.2.2操作运行不同
①步进梯形图命令(STL、RET)的表示方法不同。
②GXDeveloper编程软件编辑中新增加了监视功能。
监视功能包括回路监视,软元件同时监视,软元件登录监视机能。
③GXDeveloper编程软件编辑中新增加了诊断功能,如可编程控制器CPU诊断、网络诊断、CC-Link诊断等。
④FX-GP/WIN-C编程软件中没有END命令,程序依然可以正常运行,而GXDeveloper在程序中强制插入END命令,否则不能运行。
3.3操作界面
图1所示为GXDeveloper编程软件的操作界面,该操作界面大致由下拉菜单(包括10个主菜单项)、工具条(快捷按钮)、编程区、工程数据列表、状态条等部分组成。
这里需要特别注意的是在FX-GP/WIN-C编程软件里称编辑的程序为文件,而在GXDeveloper编程软件中称之为工程。
与FX-GP/WIN-C编程软件的操作界面相比,该软件取消了功能图、功能键,并将这两部分内容合并,作为梯形图标记工具条;新增加了工程参数列表、数据切换工具条、注释工具条等。
这样友好的直观的操作界面使操作更加简便。
图1中引出线所示的名称、内容说明如表1所示。
图1GXDevelop编程软件操作界面图
表1
序号
名称
内容
1
下拉菜单
包含工程、编辑、查找/替换、交换、显示、在线、诊断、工具、窗口、帮助,共10个菜单
2
标准工具条
由工程菜单、编辑菜单、查找/替换菜单、在线菜单、工具菜单中常用的功能组成。
3
数据切换工具条
可在程序菜单、参数、注释、编程元件内存这四个项目中切换
4
梯形图标记工具条
包含梯形图编辑所需要使用的常开触点、常闭触点、应用指令等内容
5
程序工具条
可进行梯形图模式,指令表模式的转换;进行读出模式,写入模式,监视模式,监视写入模式的转换
6
SFC工具条
可对SFC程序进行块变换、块信息设置、排序、块监视操作
7
工程参数列表
显示程序、编程元件注释、参数、编程元件内存等内容,可实现这些项目的数据的设定
8
状态栏
提示当前的操作:
显示PLC类型以及当前操作状态等
9
操作编辑区
完成程序的编辑、修改、监控等的区域
10
SFC符号工具条
包含SFC程序编辑所需要使用的步、块启动步、选择合并、平行等功能键
11
编程元件内存工具条
进行编程元件的内存的设置
12
注释工具条
可进行注释范围设置或对公共/各程序的注释进行设置
3.3.1编写梯形图程序
梯形图在编辑时的基本操作步骤和操作的含义FX-GP/WIN-C编程软件类似,但在操作界面和软件的整体功能方面有了很大的提高。
在使用GXDeveloper编程软件进行梯形图基本功能操作时,可以参考FX-GP/WIN-C编程软件的操作步骤进行编辑。
1梯形图的创建
功能:
该操作主要是执行梯形图的创建和输入操作,下面就以实例介绍梯形图创建的方法。
要在某处输入X000常开触点,只要把兰色光标移动到你所需要写的地方,然后在菜单或工具条上选中┫┣触点,出现如下图2画面:
图2
再输入X000或X0,即可完成写入X000。
如要输入一个定时器,先选中线圈,再输入一些数据,数据按定时器类型确定(T0~T100,100ms时基),图3显示了其操作过程。
图3
对于计数器,因为它有时要用到两个输入端,所以在操作上既要输入线圈部分,又要输入复位部分,其操作过程如图4、图5所示。
图4
注意,在图5中的箭头所示部分,它选中的是应用指令,而不是线圈。
图5
计数器的使用方法及计数范围按三菱PLC规定。
2规则线操作
(1)规则线插入
功能:
该指令用于插入规则线。
操作步骤:
1单击[划线写入]或按[F10]。
2将光标移至梯形图中需要插入规则线的位置。
3按住鼠标左键并移动到规则线终止位置。
(2)规则线删除
功能;该指令用于删除规则线。
操作步骤:
①[划线写入]或按[F9]。
②将光标移至梯形图中需要删除规则线的位置。
③按住鼠标左键并移动到规则线终止位置。
3标号程序
(1)标号编程简介
标号编程是GXDeveloper编程软件中新舔的功能。
通过标号编程用宏制作顺控程序能够对程序实行标准化,此外能够与实际的程序同样地进行回路制作和监视的操作。
标号编程与普通的编程方法相比主要有以下几个优点:
1可根据机器的构成方便地改变其编程元件的配置,从而能够简单地被其他程序使用。
2即使不明白机器的构成,通过标号也能够编程,当决定了机器的构成以后,通过合理配置标号和实际的编程元件就能够简单地生成程序。
3只要指定标号分配方法就可以不用在意编程元件/编程元件号码,只用编译操作来自动地分配编程元件。
4因为使用标号名就能够实行程序的监控调试,所以能够高效率地实行监视。
(2)标号程序的编制流程
标号程序的编制只能在QCPU或QnACPU系列PLC中进行,在编制过程中首先需要进行PLC类型指定、标号程序指定、设定变量等操作,具体操作步骤可以参见图6。
图6标号程序的编制流程图
3.3.2软元件的注释
在数据切换工具条选择注释和COMMENT或在工程数据列表窗口、软元件注释目录下双击COMMENT图标显示软元件注释窗口,填写软元件名,按“显示”按钮,就可进行软元件的注释(字符不宜过多),如图7所示。
切换到程序\MAIN后,选择菜单“显示\注释显示”,在程序中相应软元件地址下方出现注释的内容,见图8,选择菜单“编辑\文档生成\注释编辑”或单击“注释编辑”按钮,可以修改注释。
图7
图8
3.4参数设定
3.4.1PLC参数设定
通常选定PLC后,在开始程序编辑前都需要根据所选择的PLC进行必要的参数设定,否则会影响程序的正常编辑。
PLC的参数设定包含PLC名称设定、PLC系统设定、PLC文件设定等12项内容,不同型号的PLC需要设定的内容是有区别的。
3.4.2远程密码设定
Q系列PLC能够进行远程链接,因此,为了防止因非正常的远程链接而造成恶意的程序的破坏、参数的修改等事故的发生,Q系列PLC可以设定密码,以避免类似事故的发生。
通过左键双击工程数据列表中远程口令选项(见图2),打开远程口令设定窗口即可设定口令以及口令有效的模块。
口令为4个字符,有效字符为“A~Z”、“a~z”、“0~9”、“@”、“!
”、“#”、“$”、“%”、“&”、“/”、“*”、“,”、“.”、“;”、“〈”、“〉”、“?
”、“{”、“}”、“|”、“[”、“]”、“:
”、“=”、“””、“-”、“~”。
这里需要注意的是,当变更连接对象时或变更PLC类型时(PLC系列变更),远程密码将失效。
3.5查找及替换
与FX-GP/WIN-C编程软件一样,GXDeveloper编程软件也为用户提供了查找功能,相比之下后者的使用更加方便。
选择查找功能时可以通过以下两种方式来实现:
通过点选查找/替代下拉菜单选择查找指令;
在编辑区单击鼠标右键弹出的快捷工具栏中选择查找指令。
此外,该软件还新增了替代功能根据替代功能,这为程序的编辑、修改提供了极大的便利。
因为查找功能与FX-GP/WIN-C编程软件的查找功能基本一致,所以,这里着重介绍一下替换功能的使用。
查找/替换菜单中的替换功能根据替换对象不同,可为编程元件替换、指令替换、常开常闭触点互换、字符串替换等。
下面介绍常用的几个替换功能。
3.5.1编程元件替换
功能:
通过该指令的操作可以用一个或连续几个元件把旧元件替换掉,在实际操作过程中,可根据用户的需要或操作习惯对替换点数、查找方向等进行设定,方便使用者操作。
操作步骤:
(1)选择查找/替换菜单中编程元件替换功能,并显示编程元件替换窗口。
(2)在旧元件一栏中输入将被替换的元件名。
(3)在新元件一栏中输入新的元件名。
(4)根据需要可以对查找方向、替换点数、数据类型等进行设置。
(5)执行替换操作,可完成全部替换、逐个替换、选择替换。
说明:
(1)替换点数。
举例说明:
当在旧元件一栏中输入“X002”,在新元件一栏中输入“M10”且替换点数设定”为“3”时,执行该操作的结果是:
“X002”替换为“M10”;“X003”替换为“M11”;“X004”替换为“M12”。
此外,设定替换点数时可选择输入的数据为10进制或16进制的。
(2)移动注释/机器名。
在替换过程中可以选择注释/机器名不跟随旧元件移动,而是留在原位成为新元件的注释/机器名;当该选项前打勾时,则
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