毕业设计论文-基于plc控制的液压试验台设计-[管理资料]

2023-09-11 来源：要发发知识网

学号 10110108209

毕业设计（论文）

基于PLC控制的液压试验台设计

教学系：机电工程系指导教师：

专业班级：机制1082 学生姓名：

二零一三年五月

毕业设计(论文)任务书

学生姓名指导教师设计(论文)题目专业班级工作单位机制1082 机电工程系基于PLC控制的液压试验台设计设计（论文）主要内容：设计采用 PLC控制的节流调速回路性能试验台，设计要求： 1 设计的试验台满足节流调速回路性能实验要求，符合经济实用原则； 2 试验台应具有自动循环工作和手动调整功能； 3 按试验规范的要求加载力应能调节与控制； 4 实验数据采集和数据处理有较高精度。要求完成的主要任务及其时间安排: 1、根据液压试验台的功能要求，完成液压试验台的总体方案设计； 2、完成液压试验台的液压传动系统原理图设计； 3、完成试验台装配图设计； 4、完成PLC控制系统方案设计； 5、完成液压试验台控制系统电气原理图设计； 6、编写毕业设计说明书；时间安排: 第1-3周: 搜集资料并初步确定设计方案。第4-6周: 液压试验台控制回路及实验台的硬件选取。第7-11周：液压试验台电气控制。第12周：设计说明书撰写。第13周：毕业答辩。必读参考资料：：化学工业出版社， JB 2146—77（中国第一机械工业部部标准) ：机械工业出版社，，：北京大学出版社，指导教师签名：黄英教研室主任签名：

毕业设计(论文)开题报告

题目基于PLC控制的液压试验台设计目的及意义（含国内外的研究现状分析）：液压传动技术是机械设计、机械制造和机电一体化等专业的一门重要的基础课程。该课程的任务是使学生能够掌握液压的基础知识，掌握各种液压基本元件的结构特点、工作原理、应用场合和选用方法，掌握常用液压基本回路的作用、构成和适用场合，了解国内外先进液压技术成果在机械设备中的应用已成为工业机械，工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。液压传动的应用深入各个领域，国外生产的95%的工业机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动化生产线都采用了液压传动技术。在工业发达国家，由电液伺服阀、电液比例阀，以及配用的专用电子控制器和相应的液压元件，组合集成电流伺服比例控制系统的相互支撑发展，已综合形成液压工程技术，它的应用与发展被认为是衡量一个国家工业水平和现代工业发展立玉的重要标志，是液压工工业又一个新的技术热点和增长点。在我国同样有一大批主机产品的发展，需要应用该项技术，因此，将其列为促进我国液压工业发展的关键技术之一。因此，液压传动是机械专业学生的一门很重要的基础课程。液压试验台是学生学习液压传动知识的重要工具。目前，多数学校仍然采用的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、学生测量数据误差较大、操作和记录过程繁琐等缺点。随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。本文从液压现场总线技术、自动化控制软件技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面介绍液压传动技术发展动态。电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点。是现代试验台发展的方向。可编程序控制器（PLC）是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品，具有多输入输出接口，且具有较强的驱动能力，具有可靠性高、抗干扰能力强，灵活性好，编程方便等特点，从而在控制领域得到了广泛的应用。这门课程也是机电专业学生的重要专业课之一。因此需要有专门针对PLC的试验台在教学中广泛应用。传统的液压教学实验台已经不能满足液压技术的实验。现代液压实验台的发展趋势随着科学技术和现代工业的飞速发展，对液压教学提出了更高的要求。要求液压教学实验能够形象直观，学生能够参与其中。随着可编程控制器的技术的发展，将其代替顺序控制器作为液压实验台控制系统的核心，并且能满足日益复杂的液压实验系统的控制要求，而且作为教学实验装备，使机械专业的学生在掌握液压传动基本知识的同时，也能够更准确、形象地深入了解，掌握液压元件的结构，液压回路的控制原理等。设计的实验台不仅能进行液压方面的实验，还可以进行有关PLC的实验，使PLC实验更加直观，掌握PLC可编程序控制的功能，控制原理及编程技巧等。有利于培养学生在机电液综合控制等方面的综合能力。基本内容和技术方案：本毕业设计是对基于PLC控制的试验台（节流调速回路的速度-负载特性试验台）进行设计。试验台分为手动和自动2个控制方案。实验分为4个部分：节流阀进油节流调速回路的速度负-载特性、节流阀回油节流调速回路的速度-负载特性、节流阀旁路节流调速回路的速度-负载特性、调速阀进油节流调速回路的速度-负载特性将。利用传感器、电磁阀等电控器件完成实验，这样能方便同学的测量，得到更精确的实验数据，并且可以让学生把液压传动的学习和可编程控制器的学习相结合。在本次设计中，主要会涉及到液压系统的设计和PLC电气控制设计两大部分。液压系统设计部分：根据实验要求，设计出液压回路，对液压回路中的各个液压元件进行计算选型，确定液压缸，各类电磁阀的型号，确定出电动机和液压泵的型号。控制回路部分：首先要确定I/O点数，选择PLC的型号，建立PLC的地址分配表，绘制PLC的外部接线图，完成电气系统设计（电器布置图，安装图等），根据实验动作需求编写PLC程序，并且选择PLC相关软件进行调试和修改。电控系统方框图如下图所示。行程开关传感器A/D PLC 触摸屏负载电控系统方框图最后设计出实验台的外形结构，以及各个液压元件和电器元件的布置。在三维软件中装配。完成对实验台的外形设计。 3．进度安排：（1）．搜集资料并初步确定设计方案（1-3周）（2）．按照要求设计液压回路，选择回路的元器（4-6周）（3）. 根据设计要求选择PLC型号，完成PLC的硬件和软件设计（7-9周）（4）. 完成试验台外形结构设计（9-11周）（5）. 撰写设计说明书（11-12）（6）.设计答辩（13周） 4．指导老师意见：指导教师签名：年月日

注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计开始后三周内完成；

2．设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；

3．指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。

郑重声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

本人签名：日期：

摘要 ................................................................................ 1

Abstract .............................................................................. 2 1 绪论 ................................................................................ 3

液压传动的发展概况 ................................................................................................................................ 3 PLC发展概况 ............................................................................................................................................. 3 课题研究的意义 ........................................................................................................................................ 4 2 液压系统设计 ........................................................................ 5

............................................................................................................................................................ 13 ............................................................................................................................................................ 13 液压介质的选取 .............................................................................................................................. 14 ............................................................................................................................................................ 14 液压系统性能验算 .................................................................................................................................. 15

验算回路中的压力损失 .................................................................................................................. 15 ............................................................................................................................................................ 15 液压装置整体设计 .................................................................................................................................. 16

液压系统总体布局 .......................................................................................................................... 16 液压阀的配置 .................................................................................................................................. 17

............................................................................................................................................................ 17

3 PLC控制系统设计 .................................................................... 18

PLC型号的选择 ............................................................................................................................... 18 PLC外围电路设计 ........................................................................................................................... 20 ............................................................................................................................................................ 21 控制面板设计 .................................................................................................................................. 21 PLC控制系统程序设计 ........................................................................................................................... 22

程序初始化 ...................................................................................................................................... 23 加载子程序 ...................................................................................................................................... 23 ............................................................................................................................................................ 25

4 数据采集系统 ....................................................................... 26

............................................................................................................................................................ 26 ............................................................................................................................................................ 27 计算机与PLC通信 .................................................................................................................................. 28 实验数据采集系统 .................................................................................................................................. 29 结束语 ............................................................................... 32 参考文献 ............................................................................. 33 附录 ................................................................................. 34 致谢 ................................................................................. 49

摘要

现代液压技术集传动、控制和检测于一体，逐步向数字化和自动化方向发展，这就要求液压教学能够同步于现代控制技术的发展。液压教学试验台的研究和发是达成这一目的的重要方法。

论文将模块化设计方法、现代化控制理论和方法运用于液压教学试验台的研究与开发。对液压教学实验台的功能与结构、液压教学试验台的控制方案和基于PLC的液压教学试验台控制系统的进行了研究。设计了基于PLC的液压教学试验台控制系统，编制了液压教学实验台的控制系统程序。包含进油节流调速、回油节流调速、旁路节流调速、调速阀进油节流调速回路的速度-负载特性四个实验。节流调速回路性能实验是学生学习液压回路的重要实验，节流调速回路试验台是重要的教学试验台，传统的节流调速回路试验台精度较低，不能对数据进行自动采集。而本论文设计的试验台具有电脑数据采集功能。

关键词：液压试验台可编程控制器控制系统数据采集

Abstract

Modem hydraulic technology is an integration of transmission，control，examination and computer,which requires teaching on hydraulic should be in step with the up-to-date control technology．The teaching experiment and development of experiment device on hydraulic are one of the main methods to realize it．

This paper study and develop on hydraulic teaching test-bed based on the modularize design method，modernize control theory and technique．Lucubrate on the function and structure，control scheme，and control system on PLC of hydraulic experiment test-bed．edit the control program of the hydraulic teaching control circuit performance is an important test for student, so the important test speed loop is important as the traditional throttling control circuit loop’s has low precision and it cannot conduct data acquisition. So we should design one that the test data can be collected.。

Key Words: Hydraulic test stand; PLC;Control System; Data acquisition

1 绪论

液压传动技术是机械设计、机械制造和机电一体化等专业的一门重要的基础课程。该课程的任务是使学生能够掌握液压的基础知识，掌握各种液压基本元件的结构特点、工作原理、应用场合和选用方法，掌握常用液压基本回路的作用、构成和适用场合，了解国内外先进液压技术成果在机械设备中的应用已成为工业机械，工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。液压传动的应用深入各个领域，国外生产的95%的工业机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动化生产线都采用了液压传动技术。目前液压元件不断出现，液压技术的逻辑设计、优化设计、计算机辅助设计和数字仿真也逐渐研究并应用。总之液压技术这一领域的范围比较广泛，设计的问题较多，理论基础较深。

液压传动以运动传递平稳、均匀、调速范围广、传递扭矩大、易于实现自动化，越来越广泛地被用在机床的调速系统中。机床的主运动、进给运动对速度有很高的要求，在机床液压系统中，调速回路占有相当重要的地位，它的工作性能的优劣对系统有着决定性的影响。其中节流调速回路是很重要的调速回路。他通过改变节流口的大小来控制流量则调速范围大，但节流引起能量损失大效率低，易引起油液发热。另外节流调速回路是液压系统基本回路是液压教学的重难点，因此设计一个液压试验台是十分必要的。但是现有的教学用液压试验台大多都需要手动操作，但是如果能设计出可以用自动循环功能而且采用微机测控采集数据试验台用于液压教学实验则更为方便，直观，可靠。

液压传动的发展概况

液压传动是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795 年英国约瑟夫•布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯()发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯•坦丁斯克对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有 30%应用了液压传动。应该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。在1955年前后 , 日本迅速发展液压传动，1956 年成立了“液压工业会”。近20～30年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。液压技术主要是由武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。随着控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术与电子技术的结合日臻完善，电液控制系统具有高响应、高精度、高功率-质量比和大功率的特点，从而广泛运用于武器和各工业部门及技术领域。

PLC发展概况

PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世

界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国:AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。

PLC由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。PLC在闭环过程控制中应用日益广泛,不断加强通讯功能,新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化.。有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器8位处理器为主的工业控制器8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。

课题研究的意义

传统的液压教学实验台已经不能满足液压技术的实验。现代液压实验台的发展趋势随着科学技术和现代工业的飞速发展，对液压教学提出了更高的要求。要求液压教学实验能够形象直观，学生能够参与其中。随着可编程控制器的技术的发展，将其代替顺序控制器作为液压实验台控制系统的核心，并且能满足日益复杂的液压实验系统的控制要求，而且作为教学实验装备，使机械专业的学生在掌握液压传动基本知识的同时，也能够更准确、形象地深入了解，掌握液压元件的结构，液压回路的控制原理等。原来的控制方式因为电气元件较多、节点多、逻辑布线复杂、对应关系复杂，所以操作不便、故障率高、运行的可靠性和灵敏性差、扩展性差，检修不方便。在实验方法上采用现代的PLC控制，在实验手段上采用计算机辅助测试。学生可以根据液压系统的传动要求，通过接近开关、电磁铁等线路联接，在实验过程中观察油路的变化，得出所要测基于PLC的液压实验台系统的研制与开发。

设计的实验台不仅能进行液压方面的实验，还可以进行有关PLC的实验，使PLC实验更加直观，掌握PLC可编程序控制的功能，控制原理及编程技巧等。有利于培养学生在机电液综合控制等方面的综合能力。

本设计采用的三菱的FX2N系列PLC，它吸取了整体式和模块式PLC的优点，各单元采取叠装式连接，具有较高的性价比。同时他也是在目前市场上具有广泛影响的主流机型。

2 液压系统设计

本实验是分析各种节流调速回路的速度-负载特性，即工作液压缸的运动速度随着负载变化的特性。在速度-负载特性曲线上某处的斜率越小，速度刚度越大，机械特性就赢，执行元件受负载变化的影响就越小，这是调速回路的机械特性。调速时为了满足执行元件对工作速度的要求，是液压系统的核心问题。实验要求：速度不易过快，或者过慢，要求适于测量和观察。选定最大载荷为20KN，～。试验台各个液压元件分置在试验台的试验面板上，给学生提供直观的试验视觉。

试验中选择液压缸作为液压系统的执行元件，它将液体的压力能转化成机械能，用来实现直线往复运动，对于液压缸的加载，也选用液压缸来完成。液压回路采取将基本的调速回路进行结合的方式，将基本的液压回路通过优化组合成。因为需要采用电气控制，所选择的液压阀应该在适用于液压系统的同时，适用于电气控制。在液压回路的设计中，应该考虑到系统压力的稳定，负载的连续变化，这样选择进油节流调速回路、旁路节流调速回路、回油节流调速回路以及速度阀进油调速回路，并且将它们有机的结合在一起，可以形成本实验的主液压回路。加载回路的设计中，也应该考虑系统的压力变化范围，以及调整压力变化的方式。可以选用比例溢流阀来控制加载回路的压力，从而控制载荷的大小，测量不同回路的速度-负载特性。在主回路和加载回路中，还应该考虑到液压泵的卸荷，可以采用卸荷阀。

对其他液压附件的设计和选取，应该对系统的各个方面的参数经行计算后，根据参数要求，满足液压系统的同时还应该改根据环保和经济的原则进行选择。

本试验台液压回路分为两个部分。主回路：完成实验液压缸的运动，在不同的节流回路下，完成液压缸的速度-负载特性实验。加载回路：通过一个加载液压缸对主回路的液压缸进行加载。

(1)加载力的确定

由于实验是将两液压缸对接，通过加载液压缸对主液压缸进行加载，且需要最大的加载力为20KN

1)工作载荷。常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力，切削力等。这些作用力的方向如活塞运动方向相同为负，相反为正，故

Fg=20KN（Fg主要包含活塞轴线上的重力，切削力，挤压力等）

2)导轨摩擦载荷Ff=0

运动部件所受的重力不计，外载荷作用于导轨上的正压力为0

3)惯性载荷Fa=0

以上三种载荷之和称之为液压缸的外载荷Fw

工作载荷Fg并非每一阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg为0

则其外载荷Fw=20KN

除去外载荷外，由于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的阻力Fm，由于各种液压缸密封材质和密封形式都不同，所以Fm难以计算，

一般估算为 Fm=(1—η)F （式2-1）式中η为液压缸机械效率，~

则有 F=Fw/η=20/=22KN (2)初选系统的工作压力

工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，它的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统的性能。在系统功率一定时，一般选用较高的工作压力，使执行元件和系统的结构紧凑、重量轻、，若工作压力选的太高，会提高元件的强度、刚度及密封要求和制造精度要求，不但达不到预期的经济效果，反而会降低元件的容积效率，增加系统发热，降低与元件寿命和系统可靠性；反之，压力选的过低，就会增大执行元件的尺寸，使结构变得庞大。所以要根据实际情况选取工作压力。

压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定，还要考虑带执行元件的装配空间，经济条件及元件供应情况等的限制，在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济，反之，压力选得太高，对缸，泵，阀等原价元件的材质，密封，制造要求也要求很高，必然要提高设备成本，一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选得低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些。

表2-1 按载荷选择工作压力

根据本试验台的特点所以按照要求，选择系统的压力为5MP。

(3)计算主液压缸的主要结构尺寸

载荷（KN） <5 工作压力（MP） <～1 5～10 ～2 10～20 ～3 20～30 3～4 30～50 4～5 >50 ≧5 液压缸的主要尺寸是指缸筒内径D和活塞杆直径d、液压缸的长度和活塞杆的长度等。液压缸的内径和活塞杆的直径的确定和使用的液压缸的设备类型有关，通常根据液压缸的推力和液压缸的有效工作压力来决定。液压缸的内径D和活塞杆直径d可以根据系统中的最大总负载和选取的工作压力来确定。

图2-1 液压缸的运动分析图

由图2-1可知，活塞杆受压力时，按V1方向运动，活塞受力如上图所示，可以列出以下方程式： F=P1*A1-P2*A2 (式2-2) A1=F+P2A2/P1 (式2-3) 所以应该线确定A1和A2的关系或者D与d的关系令杆径比Φ=d/D

则

（式2-4）

由表2-2和表2-3确定Φ的值。

4F 2|[p1p2(1)]表2-2 按工作压力选取d/D

工作压力（MP） d/D ～～ ≤5 5～7 >7

表2-3 按速度选择d/D

v1/v2 2 d/D

由于在本实验中，对液压缸的进退速度没有要求，所以需要按照载荷的大小选择。，即Φ=，选择液压缸的被压为P2= 则有D=

4224F==

|[p1p2(12)][50.2(10.5)2]按照表2-4选择液压缸的内径

液压缸的直径D和活塞杆的直径要按国际规定的液压缸的有关标准进行圆整。如果与标准液压缸的参数相近，最好选用国产标准液压缸，免于自行设计和加工。

表2-4 液压缸的内径尺寸系列

40 125

故取液压缸的内径选取 D=80mm；活塞杆直径：d=40mm

50 140 63 160 80 180 90 200 100 220 110 250

(1) 加载力的确定

1）由于主液压系统所需要的外载荷为20KN，由加载液压缸提供，由式1-1可得 2）导轨摩擦载荷Ff=0

运动部件所受的重力不计，外载荷作用于导轨上的正压力为0 3）惯性载荷Fa=0

以上三种载荷之和称之为液压缸的外载荷Fw

工作载荷Fg并非每一阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg为0 则其外载荷Fw=20KN

除去外载荷外，由于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的阻力Fm，由于各种液压缸密封材质和密封形式都不同，所以Fm难以计算，

一般估算为 Fm=(1—η)F 式中η为液压缸机械效率，~

则有 F=Fw/η=20/=22KN F＇=

FW=22KN

由于参数基本和主回路相同，所以系统压力选择也可以参照主回路的工作压力选择。

由表1-1选择加载系统的工作压力为5MP (2) 计算加载液压缸的主要尺寸

和主回路的液压缸设计原理相同，即有式2-4可知

D＇=

4224F==76mm 22|[p1p2(1)][50.2(10.5)] 根据表2-4选择D＇=80mm d＇=40mm

根据前面计算的结果可以算出液压缸所需要的流量，根据所求的最大流量来确定泵的流量

由于最大的速度为Vmax=4102m/s

因为 q=Av （式2-5）根据式2-5得到 qmax=

4D2Vmax=2104m3/s

3 液压缸的所需的最大流量为2104m/s

液压基本回路是决定主机动作和性能的基础，是组成系统的骨架。压力控制方式的选择主要取决于液压系统的调速方式，在本试验台中，液压系统需要4种调速方式--进油节流调速、回油节流调速、旁路节流调速和调速阀调速。在本实验中，需要工作液压缸进行空载运行，所以还要考虑卸荷回路。在主液压回路中，首先应该考虑到主回路的压力值稳定，控制好这个不变量，才能更加精准的测量回路的速度-负载特性。在本实验台的设计中，选用电磁溢流阀来控制主液压回路的压力，使得主液压回路的压力维持在一个稳定的值。其次是加载回路的液压压力，由于加载回路的压力值要经行规律的变化，所以应该采用比例溢流阀来进行控制加载液压会的压力。

基本的回路有：进油节流调速回路、回油节流调速回路和旁路节流调速回路。更换这些基本的回路中的液压元件，就能够组成不同的阀调速的液压回路。

(1)制定调速方案

本试验台要求测量在不同载荷下的节流调速回路的速度-负载特性。节流方案分为4种，分别是:进油节流调速，回油节流调速，旁路节流调速，调速阀进油节流调速回路。分别采用4个节流阀进行控制。这种调速，一般采用定量泵供油，采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后再排回油箱，回路简单，散热性能良好。 (2)制定压力控制方案

为保持系统的压力稳定，在主液压回路采用电磁溢流阀进行溢流，通过溢流调整主回路的系统压力。在加载回路中，采用比例电磁溢流阀，通过行程开关的信号输入，控制加载回路的压力值。 (3)制定顺序动作方案

本实验要求在不同的加载力下，来分析节流调速回路的特性。动作顺序具体为首先加载，然后开启主回路，将加载液压缸压回。通过行程开关，使加载回路的比例溢流阀的值改变，继而在不同的加载力下测出主液压缸的速度。

根据基本方案，液压执行元件和各基本回路确定后，把他们有机的结合起来，去掉重复多余的元件，再加上一些辅助元件，就构成了本试验台的液压原理图。系统的原理图如图2-2所示。

液压原理图分为主回路和加载回路。主回路中含有4个节流调速回路，他们分别是试验台实现的4个实验，加载回路也是由液压缸、换向阀、溢流阀组成。通过改变比例溢流阀的溢流压力，从而改变负载的大小，在不同的回路，不同的压力下，液压缸有一个运动的速度。

实验一要求只在进油回路上进行节流，关死旁路。实验二要求只在回油路上进行节流，关死旁路全开进油路。实验三要求全开进油和回油路，在旁路上进行节流。实验四要求全开回油路，关死旁路和进油路，用调速回路来替代进油路。

实验原理图中有6个压力测试点，测试不同点的压力值来分析不同节流调速回路的速度刚度。实验中各个电磁阀的电磁铁动作表如表2-5所示。

图2-2 液压试验台系统原理图

按照实验要求，根据动作的先后确定液压系统的动作表。动作表如表2-5所示。

表2-5 电磁铁动作表

动作电磁铁 YA3 YA4 YA5 YA6 YA1 YA2 C1缸进 +

C1缸退 C2缸进 + + + + + + + + C1进C2退 + C2进C1退 C2缸退 C1缸停 C2缸停

液压元件的选择

(1)液压泵工作压力的确定

1p PPP（式2-6）

P1是液压缸的最大工作压力

p是液压元件的回路损失，

1p= PPP(2)泵流量的确定

qvpK(qvmax) （式2-7） K为泄露系数，一般取K=～

qvmax为液压最大总流量，使用节流调速回路应该加上溢流阀的最小溢流量，一般取

104m3/s

qvp1.3(2104)3.25104m3/s

(3)泵的确定

选择液压泵时。参考液压元件手册，根据液压泵的最大工作压力Pp 选择液压泵的类型，根据液压泵的流量选择液压泵的规格。选择液压泵的额定压力时应该考虑到动态过程和制造质量等因素，要是液压泵有一定的压力储备。一般泵的额定工作压力应该比最大工作压力高20%-60%，泵的额定流量应该与系统所需的最大流量相适应。选择泵的转数为960r/min

3.2510420.3125mL/r 则泵的排量Vl960n60根据以上的数据选择的泵的型号如表2-6所示。

qvp 表2-6 液压泵参数

型号排量 25mL/r 额定压力驱动功率 4KW 16kg 960r/min 20 重量转数轴径轴伸出长度 45 YB125 加载液压泵选择和主回路的泵相同。

由上一节计算可知，，根据表1-7取叶片泵的总效率为60%。选择电动机的时候，按照平均功率选择。

表2-7 液压泵的总效率

液压泵类型总效率泵的驱动总功率为

齿轮泵～螺杆泵～叶片泵～柱塞泵～

Pppqvp6.31063.251043.5KW0.6

因此选择4KW的电动机比较合适。根据JB/T9616-1999选取电动机的型号为Y132M1-6。其轴径为38mm，轴伸出长度为80mm。

选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。

（1）选择压力控制阀的时候，应考虑压力阀的调节范围，流量变化范围，所需要的压力灵敏度和平稳性。

（2）选择流量控制阀，应该考虑流量的调节范围，力量-压力特性，最小稳定流量，压力补偿要求和阀进出口压差及阀内泄漏量的大小等。

（3）选择方向阀时，应该考虑发想法的换向频率，响应时间，操纵方式，滑阀机能，阀口压力损失及阀内泄漏量大小等。并且，通过各类阀的实际流量最多不应该超过其额定值的20%。根据以上原则，，选

择液压阀的型号见表2-8.

表2-8 液压阀型号

序号名称 1 2 3 4 5 三位四通电磁换向阀先导式电磁溢流阀先导式比例溢流阀二位二通电磁换向阀调速阀数量 2 1 1 1 1 3 选用型号 4WE6E61B/CG24N9Z4 DBWA-2-50/50G246A EDG-01-B-1-51 22E-10B SE2-3/15 R-G24 FES25CA-3X/K4G1 6 比例节流阀液压辅件的计算与选择

管道尺寸取决于需要通过的最大流量和管中允许的流速，管内油液的推荐流速，对于液压泵吸油管道一般取1m/s以下，系统压力管道一般取3～6m/s

d式中 d-----管道内径 q-----通过管油液的流量

V-----管内油液的流速，按推荐流速选取如表2-9 表2-9 允许流速推荐值

管道液压泵吸油管道液压系统压油管道液压系统回油管道推荐流速（m/s）～一般取1以下 3～6 压力高，管道短，黏度小取大值～ 4qv （式2-8） v根据表1-9和式1-8可以确定主要管路内径，计算结果列于表2-10 表2-10 主要油管内径

管道名称泵吸油管道压油管道回油管道允许流速（m/s） 5 2 管道内径(m) 实际取值(m)

初始设计时，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。其油箱容量的经验公式为 Vaqv （式2-9）式中 qv------液压泵每分钟排出压力油的容积 a -------经验系数，见表2-11

表2-11 经验系数a

系统类型 a 行走机械 1～2 低压系统 2～4 中压系统 5～7 锻压机械 6～12 冶金机械 10 433已知泵的总流量为3.2510m/s，m，取a=5

得到有效容积V=m3

液压介质的选取

(1)工作压力

按液压系统和油泵工作压力选用液压油，压力<8MPa用L-HH、L-HL（叶片泵则用L-HM），压力8-16MPa用L-HL、L-HM、L-HV，压力>16MPa用L-HM、 L-HV液压油。液压系统的工作压力一般以其主油泵额定或最大压力为标志。 (2)工作温度

温度-10-90℃用L-HH、L-HL、L-HM液压油、低于-10℃用L-HV、L-HS，工作温度>90℃选用优质的L-HM、L-HV、L-HS。环境温度和操作温度一般关系为：液压设备在车间厂房，正常工作温度比环境温度高15－25℃；液压设备在温带室外，高25－38℃；在热带室外日照下，高40－50℃。 (3)工作环境

本试验台是在室内，且没有明火，温差变化不大。

2 根据以上要求分析后，选取L-HM46液压油为系统压力油。～ mm/s

根据电动机的参数，液压泵的参数，以及各个阀的要求和系统的要求，选择过滤器、联轴器、管接头、行程开关等液压附件。

（1）选择弹性柱销联轴器，弹性柱销联轴器减震性好，用于对中性要求不高的场合，其结构简单易于维护。

（2）选择过滤器应该考虑过滤精度和流量，查机械设计手册P23——501选择WU-25×180F,流量25L/min，过滤精度180μm。

（3）卡套式管接头具有：结构简单、使用方便和不用焊接等优点。卡套式管接头的预装是最重要的环节，直接影响到密封的可靠性。

（4）行程开关有很多形式，在本实验台的选取中，应该考虑它的电气特性，适合接PLC，对系统进行控制。

（5）速度传感器、压力传感器以及液压传感器都应该考虑它们的电气特性和价格等。

表2-12 其他液压辅件

名称过滤器联轴器型号数量 2 2 WU25180 JC3880LT6联轴器GB/T4323 JB2045管接头行程开关速度传感器压力传感器液压传感器 E10 GB/ LX19-121 AHC7-SD S型称重传感器(CPR24) 普量电子PT500-400 4 1 1 5 液压系统性能验算

验算回路中的压力损失 (1)沿程压力损失

沿程压力损失，主要是经过油管时候的沿程压力损失，管长约是5米，内径10cm，流量为

3.25104m3/s，选用液压油的黏度50mm2/s，油的密度为0.85kg/m3，油液在管道中实际的

流速为v

vqvd251036.3m/s （式2-10）

46.30.01Re12602300 （式2-11） 51054vd0.01232l64lv2v4.28104MP 油在油管中是层流流动状态，则沿程压力损失p12dRe2d(2)局部压力损失

局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过各个控制阀的局部压力损失。因为通过管路局部压力损失相对来说小的多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。通过各个阀的压力损失之和为

p2[0.4(44.1/50)20.3(157.344.1)2/1902]=

由以上计算可以得出，系统的压力损失p0.804MPa

综合以上计算结果，两个泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的裕度，故所选的泵是适合的。

(1)计算发热功率

PhrPrPc （式2-12）对于本试验台来说，Pr是双泵的平均输入功率。

1 PrTt 可以计算出泵的平均输入功率Pr=

i1zpiqvitipi (式2-13）

43 根据以上数据可以得出，泵的流量 3.2510m/s ，出口压力为P=5MPa

液压缸的输出功率Pc=FV= 总发热功率Phr== (2)计算散热功率

前边初步估计油箱的有效容积为=m3 按V0.8abh求得油箱的各边之积为 abh 取a,b,

根据公式

1（式2-14） 0.0975

0.8 A10.8h(ab)1.5ab （式2-15）得出 A1=㎡计算热功率为

PhcKtAtT （式2-16）

Kt----油箱散热系数，查表1-13可以取K=16

T---油温与环境温度之差，取35℃

表2-13 油箱散热系数K值散热条件散热系数 Phc=(16350.775)W=

由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热要求。所以需要另设冷却器。 (3)冷却器所需冷却面积的计算冷却面积为：

A通风条件较差 8～9 通风条件良好 15～17 用风扇冷却 23 循环水强制冷却 110～175 PhrPhc （式2-17）

Ktm式中 K------传热系数，用冷却管时，K=116W/㎡•℃ tm----平均温升，tmT1T2t1t2 22 取油进入冷却器的温度为T1=60℃，流出冷却器的温度为T250℃，冷却水入口温度t1=25℃,冷却水出口温度t2=30℃，则tm72.5℃ 所需冷却器的面积为A=㎡

考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢，水垢对传热的影响，冷却面积应该比计算值大30%，实际选用的冷却器面积A=㎡选择散热器的型号为2LQFL-A/

液压装置整体设计

液压系统总体布局

液压系统总体布局有集中式、分散式。

集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或者安装在地下，组成液压站。

分散式结构是把液压系统中的液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的部分。

在本实验台的设计中采用分散式的。将各个液压控制阀至于试验台的背面。油源至于液压试验台的下方。

液压阀的配置

板式配置：板式配置是把板式液压元件用螺钉固定在平板上，板上钻有于阀口相对应的孔，通过管接头连接油管而各阀按系统图接通。这种配置可以根据需要灵活改变回路形式。液压试验台等普遍采用这种配置。本实验台需要将各个阀体置于平板上供学生观看，让学生能更清楚的看懂系统原理图。故选择板式配置。布置示意图如图2-3所示：

图2-3 试验台整体布置示意图

集成块联接与板式联接相比具有以下优点：

A.可以采用现有的板式标准件，很方便的组成各种功能的单元集成回路，且回路的更换很方便，只需更换或增减单元贿赂就能实现，因而有较大的灵活性。

B.由于是在小块体上加工各种孔道，故制作简单，工艺孔大为减少，便于检查和及时发现故障，如果加工过程中出了问题，仅报废其中一小块通道体而不至于整个系统报废；

C.系统中的管道和管接头可以减少到最少程度，使系统的泄漏大为减少，提高了系统的稳定性，并且结构紧凑，占地面积少，转培与维修方便。

D.由于装在通道和管接体侧面的各液压元件间据i很近，油道孔短，而且油道孔径选择大一些而系统管路压力损失小，系统发热量也少，

E.有利于实现液压装置的标准化，通用化，系列化，能成批生产，由于组成装置的标准化，灵活性大，故设计和制造周期大为缩短，生产成本降低，为在机床上广泛应用液压技术提供了方便。为了缩短设计和制造周期，应该尽可能采用通用化、原则化、标准化的集成块组。本次设计采用了集成块的方式。从集成块的原理图中可以看出，集成块由板式元件和通道体组成，元件可以根据设计要求任意选择，。

3 PLC控制系统设计

本试验台要求PLC对两个液压缸进行行程控制，这里选用行程开关作为PLC的信号输入。要求PLC分别对两个电磁换向阀，四个比例节流阀，一个比例溢流阀，一个电磁溢流阀的卸荷和一个二位二通电磁换向阀进行电压信号控制。

控制方面：采用自动控制程序，通过实验动作，设定相关的程序，通过传感器测试各个点的具体压力值，通过行程开关来控制两个液压缸的前进和后退，在触摸屏上设定相关的按钮，来实现实验的选择和泵的卸荷等。同时和设置硬按钮来实行备份控制。电控系统方框图如图3-1所示。

传感器A/D PLC 触摸屏行程开关图3-1 电控系统方框图

在输入量中有7个为模拟量，它们首先输入模拟量输入模块，通过PLC，显示在触摸屏上，供学生观察记录，输出量中有5个模拟量，它们是控制3个比例节流阀和一个调速阀的开度，一个溢流阀的溢流压力。所以要添加PLC模拟量输入模块和PLC模拟量输出模块。在硬件设计中，选取PLC控制各个电

负载磁阀和液压缸的换向。通过触摸屏来控制PLC的动作。

设计液压试验台程序应该分别对4个试验进行单独设计，然后在设计总程序。在每个实验当中，都包含了自动加载程序，因为每个实验每个开度下，要进行8次加载，所以还应该设计出加载子程序。没个实验通过调用加载子程序来完成。

其中加载子程序的动作为：先启动泵1，进行空载实验，再进行加载（即启动泵2，调定比例溢流阀的溢流值），打开节流阀，使比例溢流阀从小到大加载8次。结束时C1缸C2刚分别退回，节流阀关闭。

根据以上叙述，可以设计出PLC的硬件软件。达到控制的要求。

PLC控制系统的硬件设计

PLC型号的选择

三菱公司系列产品中，有FX1S、FX1N、FX2N、和FX2NC4个子系列，与过去的F1、F2等产品相比，在性价比上有显著地提高。FX2N是FX系列中最先进的子系列，其标准特点在最大范围涵盖了FX其他系列，同时觉有执行速度更快，通信功能更齐全的特点。它吸取了整体式和模块式PLC的优点，各单元采用叠装式连接，最多可以连接8个功能模块。所以选择FX2N系列的PLC来控制本实验台。

输入信号是将液压缸的工作状态和操作信息共有16个信号输入点，需要占用16个输入端子，具体分配如下：两个电机的启动和正反转需要6个子端；4个实验控制需要4个子端；两个泵卸载需要2个子端；4个行程开关需要4个子端。以上共需要16个子端。

PLC的输出信号用来控制6个电磁阀的线圈，需要6个输出点，电动机的启动和正反转控制需要控制4个线圈，需要4个输出点，总共需要10个输出点。

系统中还有7个模拟量的输入和5个模拟量的输出，所以应该选择模拟量输入和输出模块。分别选

取的型号为FX2N-8AD(占用I/O点数为8点)、FX2N-4DA(占用I/O点数为8点)，选用PLC的型号为FX2N-48MR。FX2N-48MR共有24个输入电和24个输出点。PLC的端子分配如表3-1所示。

表3-1 I/O分配表

输入点 x001 x002 x003 x004 元件代号 SB1 SB2 SB3 SB4 元件功能 1电机启动 1点击停止 1点击反转 2点击启动输出点 Y001 Y002 Y003 Y004 元件 KMF1 KMR1 KMF2 KMR2 x005 x006 x007 x011 x012 x013 x014 x015 x016 x017 x021 x022 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 2点击停止 2点击反转实验1（进油节流调速）实验2（回油节流调速）实验3（旁路节流调速）实验4（调速阀进油节流调速）泵1卸荷泵2卸荷 C1缸进 C1缸退，C2缸进（比例溢流阀增大）泵2卸荷，泵1卸荷泵1卸荷，泵2卸荷 Y005 Y006 Y007 Y011 Y012 Y013 YA1 YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 PLC外围电路设计

根据电气系统的设计要求，绘制出PLC的外部接线图，PLC的输入点有16个，输出点有10个，通过PLC的程序实现不同的动作。其接线图如3-2所示。

图3-2 PLC外部接线图

在实验中要求电动机能够正反转，控制电机的正反转，还需要保证两个接触器不能同时工作，这就需要采用电气互锁的方法，图3-3就是控制电动机正反转的电气原理图。主电路采用两个接触器KMF和反转接触器KMR当接触器KM1的主触点闭合，L1,L2,L3接入电机，电动机正转，当KM2的的主触点闭合，三相电源相续按L3,L2,L1接入电机电动机反转。KM1与KM2之间电气互锁，使得电路只许一个接触器工作。

图3-3电动机正反转电气原理图

三菱触摸屏F930GOT是三菱GOT-900中价格最便宜的一款，它具有很高的性价比和出色的键盘反映特点，保密功能可设定15级，高质量的蓝色LED显示器提供出色的视觉性能；合适的大小作为简单的资料修改和信息箱；IP65保护等级；可以更换背景光灯等。主要参数如下表3-2所示：

表3-2 F930-GOT 触摸屏参数表

型号名称电源电压显示设备显示颜色分辨率（点）用户存储器容量（KB）外部尺寸（mm）面板开孔尺寸(mm) DC 24V F930GOT-BWD-C STN单色显示单色（蓝白） 240×80 256 146（W）×75（H）×49（D） 137+10（W）×66+10（H）控制面板设计

按不同的工作要求，试验台应具有自动循环工作和手动调整功能，根据要求，PLC的所有主令控制按钮均在触摸屏上实现触摸屏与PLC之间为串行通信方式，操作台面板控制布置示意图如图。

图3-4 控制面板示意图

PLC控制系统程序设计

本试验台软件控制部分大致可分为4个部分：初始状态设定、实验选择、实验条件调节和循环加载程序，通过调用循环加载子程序，收集液压缸在不同的节流开度和负载下的速度值。从而绘制出节流调速回路的速度-负载特性。实验选择分为4个实验按钮，每个实验按钮对应一个实验初始状态，实验初始状态对应的是各个阀体的状态。，各个阀体的初始状态。实验结束后，泵卸荷。各个阀体回归初始状态。

图3-5 试验台程序流程图

程序初始化

试验台每次启动后，要求试验台有初始状态：节流阀6、7、8关闭，三位四通换向阀处于中位，。其梯形图如图3-6所示，通过初始化设置，能够使得程序的选择更加的清晰。分别对3个比例节流阀和2个换向阀进行初始化设置，使得后续程序能完成四个不同的实验。每个实验完成后，使得各个阀的状态回到初始状态。

图3-6 程序初始化梯形图

加载子程序

按照动作要求，列出加载程序的流程图。加载流程如图3-7所示：

图3-7 加载子程序流程图

根据加载程序流程图，加载子程序梯形图如图3-8所示。通过2个行程开关，控制液压缸的前进和后退，输出量是2个三位四通换向阀和一个比例溢流阀，通过线圈的吸合来控制液压缸的运动。

图3-8 加载子程序梯形图

根据电动机正反转的电气原理图可知：

SB1闭合，KMF或KMR线圈失电，电机停止转动；

SB2闭合，按下KMF线圈得电，KMR线圈失电。KMF主触点闭合，辅助动合触点闭合（自锁），辅助动断触点断开（互锁），电动机正转；

SB3闭合，KMF线圈失电，KMR线圈得电。电动机正转停止，KMR辅助动合触电闭合（自锁）KMR辅助动断触点断开（互锁），电机反转。

故电动机正反转的PLC梯形图如3-8所示：

图3-8 电机正反转

4 数据采集系统

随着计算机的迅速普及和计算机控制技术的发展，计算机被广泛应用于自动化控制领域。而要完成一个控制过程一般都要利用集散式计算机控制系统。在这种控制系统中，下位机主要完成对现场数据采集和对设备一级的监控，上位机则要完成对整个系统的采集、分析、处理和控制，以及数据显示、图形显示、打印、人机对话等工作。

、易学、高效的可视化软件开发平台，它以所见的可视化界面设计风格和32位面向对象程序设计的特点，已经被广泛应用到各个领域，成为众多开发人员采用的工具。他提供了Microsoft communication control通信控件，该空间隐藏了大部分串口通信的低层运行过程和许多繁琐的过程，它使用户方便的访问windows下串口通信驱动程序的大多数特性。所以整个串行通讯程序的开发过程变得十分的简单易行。

MSComm是Microsoft公司提供的主要用于串行通信编程的ActiveX控件。ActiveX控件包括一系列的属性、方法和事件。应用程序通过ActiveX控件提供的接口来访问控件的功能。通过C、VC++编写串口通信程序，是要使用API函数发送和接收数据。而MSComm控件实际上是这些Windows API函数的有机集成，它以属性和事件的形式提供了对Windows通信驱动程序的API接口，封装了API函数的低层操作，为应用程序提供了接发数据的简便方法。

MSComm控件数据通信的两种格式：在进行串口通信时，一般为字符传送方式。但是在某些情况下，传送的不是纯文字形态的数据，而是数据和文件，在这种情况下，传输线上的数据就是一个字节接一个字节的被传送，接收到这些数据后，再组合形成数据资料或文件，这种就是Binaruy的传送方式。

数据库设计

数据库管理系统(DBMS)是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件，它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一的管理和控制。用户通过数据库管理系统使用数据库命令，开发和执行应用程序。同时数据库管理系统还承担着数据库的维护工作，保证数据库的安全和完整。

“文件”菜单中的“新建”命令，在菜单中选择“Microsoft Access ”，出现的对话框中，将要建立的数据库命名，如图4-1所示

图4-1 数据库的建立

表结构的建立首先给出表名称，然后添加字段将要收集数据的项目添加到数据表如图4-2所示。

图4-2数据表结构

在使用ADO对象之前，必须让VB能够引用这些对象，否则会产生错误信息。引用ADO，要在“工程/引用”中选择“Microsoft ActiveX Data Library”和“ActiveX Data Objects Recordest Library”两个选项。分别设定ADO控件的ConnectionString属性和Record source属性如图4-3所示。在“OLE DB提供者”列表框中，选取“Microsoft Provider”，此时会切换到连接选项卡，，在这里必须告诉VB有关数据库的名称、位置等信息。单击“测试链接”试一下连接是否成功，如图4-4 所示。设定Record source 属性，VB要知道所连接的数据是表是哪一个，选取“ADO数据控制项”，如图4-5所示。

图4-3 ADO控件的属性设置

图4-4 AOD ConnectionString属性设置

图4-5 ADO Record source 属性设定

计算机与PLC通信

三菱FX系列设有FX-232AW接口、RS232C用通讯适配器FX-232ADP等。可编程控制器与计算机之间的通讯正是通过可编程控制器上的RS422或RS232C接口和计算机的RS232C接口进行的。可编程控制器与计算机之间的信息交换方式，一般采用字符串、双工或半、异步、串行通信方式。因此可以这样说，凡具有RS232C口并能输入输出字符串的计算机都可以用于和可编程控制器的通讯。运用RS232C和RS422通道，可容易配置一个与外部计算机进行通讯的系统。该系统中可编程控制器接受控制系统中的各种控制信息，分析处理后转化为可编程控制器中软元件的状态和数据；可编程控制器又将所有软元件的数据和状态送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测，用计算机可改变可编程

控制器的初始值和设定值，从而实现计算机对可编程控制器的直接控制。

采用RS-232实现三菱FX系列PLC与PC之间的通讯。三菱FX系列PLC提供了4种通讯方式：N网络通讯、无协议串口通讯、平行网络通讯、程序口通讯。如果传输的数据量少，大多数PLC与计算机之间通信均可采用串行通信，通信接口均为PLC与工业控制计算机上的RS232接口。

FX2N系列PLC与通讯设备间的数据交换，由特殊寄存器D8120的内容指定，交换数据的点数、地址用RS指令设置，并通过PLC的数据寄存器和文件寄存器实现数据交换。通讯参数的设置在两个串行通讯设备进行任意通讯之前，必须设置相互可辨认的参数，只有设置一致，才能进行可靠通讯。这些参数包括波特率、停止位和奇偶校验等。通过位组合方式来选择，这些位存放在数据寄存器D8120中。串行通讯指令RS指令用于对FX系列PLC的通讯适配器FX-232ADP进行通讯控制，实现PLC与外围设备间的数据传送和接收。

本试验台的可编程控制器与电脑终端采用三菱FX2N-48MR型PLC，SC-09电缆作为计算机与PLC通信的连线。连接电缆的9针端连接在计算机串口上，另一端连接在PLC的RS-422编程口。通讯协议如表4-1所示：

表4-1 三菱PLC与PC通讯协议命令读元件写元件置位复位

通讯格式：起始符命令字首地址数据区结束符和校验命令字 0 1 7 8 控制元件 X,Y,S,M,T,C,D X,Y,S,M,T,C,D X,Y,M,S,T,C X,Y,M,S,T,C 备注读字/位元件状态写字/位元件状态位元件置位位元件复位实验数据采集系统

本应用软件是自行设计的采集数据的简单软件，之能用于本试验台实验4个实验的数据采集，供学生记录分析实验的相关数据。，要选定实验和PLC的型号，如图3-6

图4-6 软件登录

图4-7 系统连接

3 进入系统后，点击“数据采集”按钮数据采集就开始，数据收集完毕后，点击“数据查询”可以看到数据的记录。如图4-8

图4-8 数据采集

4 参数调节。在实验中，系统可以自动调节比例阀和电磁阀，但是也可以进行电脑控制，来调节比例阀的参数，和电磁阀的状态。可以让同学自习观看实验的细节部分。如图4-9

4-9 参数调节

结束语

经过了两个多月的学习和工作，我终于完成了《基于PLC液压试验台的设计》的论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识,也有很多感受，从对电气一无所知，对PLC，原始继电器等相关技术很不了解的状态，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。从中我也充分认识到了液压这一新兴的技术给工业带来的便利。同时液压也是机械工业中重要的一门基础学科。对于很多机床、自动化器械等都要运用液压技术。

虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一段文字，每一张图纸，都是我的劳动成果。当看着自己的图纸，自己成天相伴的知识反映在说明书中，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

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[18] P. Vas. Parameter Estimation, Condition Moni- toring, and Diagnosis of Electrical Machines，Oxford, England: Clarendon Press, 1993.

[19] G. B. Kliman, W. J. Premerlani, R. A. Koegl, and D. Hoeweler. A new approach to on-line turn fault detection in AC motors. In Proceesings of IEEE-IAS Annual Meeting, pages 687-693, October 1996.

附录

1、试验台PLC自动化程序

2、数据采集模块代码

Public 编号()As string,压力1()As string, 压力2(), As string压力3(), As string, 压力4(),As string, 压力5(),As string, 负载()As string,速度(),As string,加载压力(),As string, 计算变量1()As string,计算变量2() As string, 计算变量3()As string计算变量4(), As string(), xhzhi（）As string,

Public max 1 as single, min 1 as single, max 2as single,min2 as single, max 2 as single, min 3as single, max 4 as single, min 4 as single, max5 as single, min 5 as single, max 6 as single, min 6 as single, max 7 as single, min 7 as single, max 8 as single, min 8 as single, max 9 as single, min 9 as single, max 10 as single, min 10 as single, max 11 as single, min 11 as single, max 12 as single, min 12 as single,

Public 算法as integer, x 坐标as string，y 坐标1as integer, y 坐标2as integer,，y 坐标3as integer，y 坐标4as integer,，y 坐标5as integer, ，y 坐标6as integer, ，y 坐标7as integer,，y 坐标8as integer，y 坐标9as integer，y 坐标10as integer,，y 坐标11as integer,，y 坐标12as integer

Public xmin as single,xmax as single ,ymin as single, ,ymax as single, as as integer public 试验名称 as string 2、用户信息窗口程序代码 Private sub command1:_click()

If len(text1)=0 or len (text2) =0 or len (text3) =0 then msg box”请输入相关信息”，48，“提示信息”

Text1,set focus End sub End if 实验名称=text3 Forms8, hide

Form10, show End sub

Private sub command2_click() End End sub

3、功能选择窗口代码

Private sub from_load() ReDim编号（1） End sub

Private sub label1_click()

Open”e;、尹亮业设计\\毕业设计|j”fror input as #1 j=0

do while noe eof(1) j=j+1

reDim preserve 编号（j） reDim preserve 压力1（j） reDim preserve 压力2（j） reDim preserve 压力3（j） reDim preserve 压力4（j） reDim preserve 压力5（j） reDim preserve 负载（j） reDim preserve 速度（j） reDim preserve 加载压力（j） reDim preserve 计算变量1（j） reDim preserve 计算变量2（j） reDim preserve 计算变量3（j） reDim preserve计算变量4（j）

input#1,编号（j），压力1（j），压力2（j），压力3（j），压力4（j），压力5（j），负载（j），速度（j），加载压力（j）， loop close1

do while ,recordcount>0

from2. next

for 1=0 toUBound(编号) =压力1（1） =压力2（1） =压力3（1） =压力3（1） =压力4（1）

=压力5（1） =负载（1） =加载压力（1） =计算变量1（1） =计算变量2（1） =计算变量3（1） =计算变量4（1） from, next 1 end sub

private sub label11_click() dim k as integer k=UBound(编号) if k=1 then

msgbox”还没有采集到数据”，4b,”提示信息” exit sub ]end if

Dim ans as integer

Ans =magbox(“确定保持此次数据”，vbyesno,”提示信息”) If ans=7 then Exit sub End if

Open”e;、尹亮毕业设计\\毕业设计|j”fror output as #1 For l=1 to UBouns(编号)

printt#1,编号（j），压力1（j），压力2（j），压力3（j），压力4（j），压力4（j），压力5（j），负载（j），加载压力（j），速度（j），计算变量1（j），计算变量2（j），计算变量3（j），计算变量4（j） next 1 close 1

masbox “保存完毕1”，4B,”提示信息” exit sub

private sub label2_click() dim k as integer k=UBound(编号)

if k=1 then

magbox”还没采集到数据1”，4B,“提示信息” end sub end if

=实验名称&“实验数据” dim 1 as long ,j as long ,refresh do while from >0 ,refresh , , loop

for 1=0 UBound(编号) =压力1（1） =压力2（1） =压力3（1） =压力4（1） =压力5（1） =速度（1） =负载（1） =加载压力（1） =计算变量1（1） =计算变量2（1） =计算变量3（1） =计算变量4（1） from, next 1 ,refresh from end sub

private sub labal3_click() if UBound(编号)=1 then

msgbox”还没采集到数据，不能设置曲线选项1”，4b,”提示信息” exit sub end if

end sub

private sub labe 14_click() end sub

private sub labe 15_click() end sub

private sub labe 16_click() end sub

private sub labe 17_click() end sub

private sub labe 18_click() end ens sub

4、数据采集主窗口代码 Public z as integer Dim k as long

Private sub command 1_click() If val(text1)=0 and val(text2)=0 then

Msgbox=”请正确为输入y轴数据值1”，4B,”提示信息” Exit sub End if

Dim yz as string If =true then Yz=”q(MP)”

Elself option2. value=true then Yz =”P1(MPa)”

Elself option2. value=true then

Yz =”P2(MPa)”

Elself option2. value=true then Yz =”N1（MP)”

Elself option2. value=true then Yz =”N2（MP)”

Elself option2. value=true then Yz =”t1(m/s)”

Elself option2. value=true then Yz =”P (KN)”

Elself option2. value=true then Yz =”t(MP)” End if Call zuob(yz) End sub

private sub command2_click() end sub

private sub command3_click() end sub

private sub command4_click() dim k as integer k=UBound(编号) if k=1 then

magbox”还没采集到数据1”，4B,“提示信息” end sub end if

=实验名称&“实验数据” dim 1 as long ,j as long ,refresh do while from >0 ,refresh , ,

loop

for 1=0 UBound(编号) =压力1（1） =压力2（1） =压力3（1） =压力4（1） =压力5（1） =速度（1） =负载（1） =加载压力（1） =计算变量1（1） =计算变量2（1） =计算变量3（1） =计算变量4（1） from, next 1 ,refresh from End sub

Private sub command 1_click() from end sub

Private sub command 1_click() K=0 Z=0

Dim yz as string

If val(text1)=0 and val(text2)=0 then

Msgbox=”请正确为输入y轴数据值1”，48,”提示信息” Text Exit sub End if

Msgbox=”y周最大值和最小值不能相同”，48,”提示信息” Text Exit sub

End if If text3=””then

Msgbox=”请输入采样周期”，48,”提示信息” Text End if If =true then Yz=”q(l/min)”

Elself option2. value=true then Yz =”P1(MPa)”

Elself option2. value=true then Yz =”P2(MPa)”

Elself option2. value=true then Yz =”N1（r/min)”

Elself option2. value=true then Yz =”N2（r/min)”

Elself option2. value=true then Yz =”t1(m/s)”

Elself option2. value=true then Yz =”P (KN)”

Elself option2. value=true then Yz =”t(MP)” End if Call zuob(yz) =Val(text3) Timer. enable=true End sub

Private sub command 7_click() Time =false End sub

Private sub command 9_click() End

3 PLC接线图

致谢

在此要感谢我的指导老师武汉理工大学华夏学院黄英老师对我的悉心指导，同时感谢同学们给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。期间虽然经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

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