1、電子與信息工程學院本 科 畢 業 論 文論文題目 升降式工作臺自動控制系統的設計 學生姓名 學 號 專 業 電氣工程及其自動化 班 級 08電氣（2） 指導教師 2010年5月摘 要升降式工作平臺廣泛適用于汽車、集裝箱、模具制造，木材加工，化工灌裝等各類工業企業及生產流水線，為了滿足生產工作中對升降式工作臺平穩性及自動化多樣控制的需求，本文通過電腦軟件仿真模擬的方法，對升降式工作臺自動控制系統的設計進行了探討。該系統采用液壓驅動，利用梯形圖對plc進行編程，實現了升降平臺的手動、自動控制，其中自動控制又分為回原點、單步、單周期、連續四種模式。關 鍵 詞：plc，液壓傳動，自動控制系統，升降式工

2、作臺abstractmovements of working platform widely used in automobiles, container, mould making, wood processing, chemical filling etc all kinds of industrial enterprise and production assembly line, in order to satisfy the production of movements of workbench stability and automation control of diverse

3、 demand, this article through computer software simulation method, the movements of the design of the automatic control system is discussed. the system adopts hydraulic drive, use ladder diagram to plc for programming, realize the lift platform manual, automatic control, among them the automatic con

4、trol and divided into back to a single step, single origin, continuous cycle, four mode.key words: plc, hydraulic transmission, the automatic control system, the movements of workbench目 錄1.緒 論12. 課題設計方案32.1 升降式工作臺的種類選擇32.2 控制器的選擇42.2.1 繼電器控制42.2.2 51系列單片機控制42.2.3 plc控制43.系統整體設計分析63.1 認識液壓系統63.2三菱fx-

5、2n系列plc簡介94. 液壓系統設計134.1引言134.2液壓系統的結構134.3參數計算144.4小結155控制系統設計165.1材料分析與接口設計165.2梯形圖設計176編程仿真實驗256.1 仿真環境256.2 梯形圖在線仿真調試及結果分析267. 結論與展望45參考文獻47附錄a（完整梯形圖）：491. 緒 論在工廠生產中，經常會用到升降式工作臺。例如，在鑄造、焊接、噴涂、搬運、裝配等工作場合就有各種升降式工作臺被用作輸送和定位的工具。1764年，瓦特發明了蒸汽機，1800年開始美國煤礦用此類升降機從下往上運煤，1850，美國出現了以蒸汽為動力的升降平臺，1852年e.g.oti

6、s為美國楊克斯的一家公司制成了安全升降機，而1857年第一臺客用安全升降機安裝在一座高五層的百貨大樓里，這類升降機都以液壓或氣壓為動力。此后升降機高度發展，而目前，升降機已經有很多種類，包括乘客電梯，載貨電梯，液壓電梯，雜物電梯，自動電梯，自動人行道，特殊類型電梯，起重機等。目前世界工程起重機年銷售額已達75億美元左右。主要生產國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有10多家，世界市場主要集中在北美、日本/亞洲和歐洲，因為汽車行業的告訴發展，國外隨車起重機發展極為迅速。升降機技術最發達的幾個國家并是美國，日本和德國，日本的升降機年產量居世界第一，美國則是升降機最大的市場，歐洲市場潛

7、力最大，而我們國內的市場在高速發展的今天也預示著未來起重機的市場潛力也非常大。 我國建筑業，房地產業和汽車產業高速發展，帶動了電梯業和升降機業的發展，因此迫切需要一系列與之適應的升降平臺技術2. 課題設計方案2.1 升降式工作臺的種類選擇固定式升降平臺升降穩定性好，適用范圍廣的貨物舉升設備主要用于生產流水線高度差之間貨物運送；物料上線、下線；工件裝配時調節工件高度；高處給料機送料；大型設備裝配時部件舉升；大型機床上料、下料；倉儲裝卸場所與叉車等搬運車輛配套進行貨物快速裝卸等。 根據使用要求，可配置附屬裝置，進行任意組合，如固定式升降平臺的安全防護裝置，電器控制方式、工作平臺形式、動力形式等。各

8、種配置的正確選擇，可最大限度地發揮升降平臺的功能，取得最佳的使用效果。固定式升降平臺的可選配置有人工液壓動力、方便與周邊設施搭接的活動翻板、滾動或機動輥道、防止軋腳的安全觸條、風琴式安全防護罩、人動或機動旋轉工作臺、液動翻轉工作臺、防止升降平臺下落的安全支撐桿、不銹鋼安全護網、電動或液動升降平臺行走動力系統、萬向滾珠臺面。 車載式升降平臺 車載式升降平臺是為提高升降平臺的機動性，將升降平臺固定在電瓶搬運車或貨車上，它接取汽車引擎動力，實現車載式升降平臺的升降功能。以適應廠區內外的高空作業。 廣泛應用于賓館、大廈、機場、車站、體育場、車間、倉庫等場所的高空作業；也可作為臨時性的高空照明、廣告宣傳

9、等。液壓升降平臺廣泛適用于汽車、集裝箱、模具制造，木材加工，化工灌裝等各類工業企業及生產流水線，滿足不同作業高度的升降需求，同時可配裝各類臺面形式（如滾珠、滾筒、轉盤、轉向、傾翻、伸縮），配合各種控制方式（分動、聯動、防爆），具有升降平穩準確、頻繁啟動、載重量大等特點，有效解決工業企業中各類升降作業難點，使生產作業輕松自如。曲臂式高空作業平臺 曲臂式高空作業平臺能懸伸作業、跨越一定的障礙或在一處升降可進行多點作業；平臺載重量大，可供兩人或多人同時作業并可搭載一定的設備；可以旋轉360，具有一定的作業半徑；升降平臺移動性好，轉移場地方便；外型美觀，適于室內外作業和存放。動力目前有柴油機、柴油機和

10、電雙用、純電瓶驅動三種，適用于車站、碼頭、商場、體育場館、小區物業、廠礦車間等大范圍作業。套缸式液壓升降平臺套缸式液壓升降平臺為多級液壓缸直立上升，液壓缸高強度的材質和良好的機械性能，塔形梯狀護架，使升降平臺有更高的穩定性。即使身處30米高空，也能感受其優越的平穩性能。 適用場合：廠房、賓館、大廈、商場、車站、機場、體育場等主要用途：電力線路、照明電器、高架管道等安裝維護，高空清潔等單人工作的高空作業。按照要求選擇固定式升降臺。2.2 控制器的選擇 工業上控制系統一般主要有繼電器控制、單片機控制、plc控制三大類，下面進行簡單的介紹。2.2.1 繼電器控制繼電器控制系統控制邏輯采用硬件接線，利

11、用繼電器機械觸點的串聯或并聯等組合成控 制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統構成后，想再改變或增加功能、較為困難。另外，繼電器的觸點數量有限，所以繼電器控制系統的靈活性和可擴展性受到很大限制。從工作方式上在繼電器控制電路中，當電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態即該吸合 的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并 行工作方式。從控制速度上繼電器控制系統依靠機械觸點的動作實現的，工作頻率低，觸點的開關動作一般在幾十毫秒數量級，且機械觸點還會出現抖動問題。從可靠性和可維護性上由于繼電器控控制系統使用了大量的機械觸點，連線多，觸點開閉時存在機械磨

12、損、電弧燒傷等現象，觸點壽命短，所以可靠性和可維護性較差。總的來說繼電器控制得優點是：成本低，只要懂電工基礎即可。其缺點也很明顯： 接線比較復雜，功能單一。2.2.2 51系列單片機控制單片機,也叫微控制器(英文為microcontroller), 與控制技術之間有著不可分割的聯系,是自動控制方面必不可少的先備知識。現代控制技術是以微控制器作為核心部件的技術。由此構成的控制系統作為當今工業控制的主流系統，已取代常規的模擬檢測、調節、顯示、記錄等儀器設備和很大部分操作管理的人工職能，并具有較高級復雜的計算方法和處理方法，使受控對象的動態過程按規定方式和技術要求運行，以完成各種過程控制、操作管理等

13、任務。特別是近年來隨著嵌入式系統在交通、通信、工業、儀器、醫療等領域的廣泛應用而深入到各行業的諸多領域。51系列8位單片機既經典又具生命力，其歷史可以劃分三個發展階段。第一階段是mcs51系列迅速推進到80c51系列，滿足各種嵌入式應用要求。第二階段是基于flash rom技術的at89cxx系列，目前國內使用較多。第三階段是當前推出的c8051f產品，其性價比更具優勢。同時，16位、32位處理器的強大發展勢頭，特別是32位嵌入式cpu的豐富功能，如arm7、arm9等系列芯片，在工業控制領域不斷占據了高端微控制器市場的較大份額，同時也在逐步向低端控制器領域擴展。2.2.3 plc控制plc，

14、現代機械設備的大腦！現代自動化機械設備上使用plc非常普遍，取代了很大一部分傳統繼電器控制電路，這是因為plc具有先天的綜合優勢，下面是我結合了近十年的自動化控制經驗來告訴大家十大優勢：1、功能強，性能價格比高一臺小型plc內有成百上千個可供用戶使用的編程元件（如計時器，計數器，繼電器等），有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比。2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強可編程序控制器產品已經標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統配置，組成不同的功能、不規模的系統。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，

15、一般用接線端子連接外部接線。plc有很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。3、可靠性高，抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障，plc用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。plc采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，plc已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。4、系統的設計、安裝、調試工作量少plc用軟件

16、功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。plc的梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。plc的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過plc上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少得多。5、編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖

17、語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執行。6、維修工作量少，維修方便plc的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。plc或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據plc上的發光二極管或編程器提供的實時梯形圖的狀態迅速的查明故障的原因，用修改程序或更換模塊的方法可以迅速地排除故障。7、體積小，能耗低對于復雜的控制系統，使用plc后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型plc的體積相當于幾個繼電

18、器大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。plc的配線比繼電器控制系統的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。8、與時俱變，能實現網絡通訊 plc可以與電腦及智能儀表等通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。并能實現地顯示出當前機械設備的工作狀態和工作流程，對生產管理和現場維修帶來極大的方便。9、提升產品技術含量，增加產品形象！對于復雜的機械設備，如果還使用傳統的繼電器控制，則不單加大的控制電箱的配制難度，還讓產品的最終客戶覺得產品不夠先進，使用信心不足，因為現在主流機械設備都用上plc，有plc的機械品質或許更有保證，同時使用pl

19、c加大了同行的仿制難度！10、對未來機械升級很方便對于復雜的機械設備，如果隨著時間的推移而不能滿足使用的話，就必須要進行機械設備升級改造，如果是用傳統繼電器控制的，則會很麻煩，基本上要把以前的控制電箱宣布報廢，但是用plc控制的電箱的話就很方面，只要擴展一個相關的i/o點，修改一下相關的控制程序就可以了！本課題采用三菱fx-2n-32mr plc作為升降式工作臺自動控制系統的核心控制器。3.系統整體設計分析3.1 認識液壓系統液壓與氣壓傳動相對于機械傳動來說是一門較新的技術。液壓與氣壓傳動是以有壓流體（液體和氣體）作為工作介質，進行能量的傳遞和控制的一種方式。由于流體這種工作介質具有獨特的物理

20、性能，相對于機械、電氣等傳動和控制方式來說具有很多的優點，所以液壓傳動技術發展十分迅速，因此，在我國工業、農業、國防等各個行業中的機電設備上得到了廣泛的應用。3.1.1液壓傳動系統的工作原理液壓傳動的工作原理，可以用一個液壓千斤頂的工作原理來說明。圖1-1液壓千斤頂工作原理圖1杠桿手柄2小油缸3小活塞4，7單向閥5吸油管6，10管道8大活塞9大油缸11截止閥12油箱圖1-1是液壓千斤頂的工作原理圖。大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱1

21、2中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關閉，單向閥7打開，下腔的油液經管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起重物。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。這就是液壓千斤頂的工作原理。通過對上面液壓千斤頂工作過程的分析，可以初步了解到液壓傳動的基本工作原理。液壓傳動是利用有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質。壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉換成油液的

22、壓力能，壓力油經過管道6及單向閥7，推動大活塞8舉起重物，是將油液的壓力能又轉換成機械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時間內流入大油缸9中油容積的多少。由此可見，液壓傳動是一個不同能量的轉換過程。3.1.2液壓傳動系統的組成從上述的例子可以看出，液壓傳動系統均由以下五個部分組成：1能源裝置能源裝置是將原動機所輸出的機械能轉換成液體壓力能的裝置，是系統的能量來源，系統由此取得能量。液壓系統的能源裝置為液壓泵。2執行裝置執行裝置是將液體的壓力能轉換成機械能的裝置，其作用是在壓力油的推動下輸出力和速度（或力矩和轉速），以驅動工作部件，是系統的輸出。它可以是作直線運動或擺動的液壓缸，也可以是作回轉運動

23、的液壓馬達。3控制調節裝置控制調節裝置是對系統中流體的壓力、流量、流動方向進行控制和調節的裝置。如溢流閥、節流閥、換向閥等。它們通過控制與調節流體的壓力、流量和流向，以保證執行元件完成預期的工作運動。控制調節裝置是指各種閥類元件，它們的不同組合就組成了能完成不同功能的液壓傳動系統。4輔助裝置輔助裝置是指除上述三個組成部分以外的其他裝置。如油箱、濾油器、蓄能器、管道、管接頭、壓力表、流量表等。這些元件分別起散熱、貯油、過濾、輸油、連接、測量壓力和測量流量等作用，以保證系統正常工作，是液壓系統不可缺少的組成部分。5工作介質工作介質即傳遞能量的流體。通常液壓系統為液壓油。3.2 三菱fx-2n系列p

24、lc簡介fx2n系列是fx系列plc家族中最先進的系列。由于fx2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 為大量實際應用而開發的特殊功能開發了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬i/o，高速計數器。定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為j和k型熱電偶或pt傳感器開發了溫度模塊。對每一個fx2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊網絡和數據通信連接到世界上最流行的開放式網絡 cc-link，profibus dp和devicenet或者采用傳

25、感器層次的網絡解決您的通信需要其它功能：內置式24v直流電源24v、400ma直流電源可用于外圍設備，如傳感器或其它元件。快速斷開端子塊因為采用了優良的可維護性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。時鐘功能和小時表功能 在所有的fx2nplc中都有實時時鐘標準。時間設置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。持續掃描功能為應用所需求的持續掃描時間定義操作周期。輸入濾波器調節功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中x000到x017）。注解記錄功能元件注解可以記錄在程序寄存器中。在線程序編輯在線改變程序不會損失工作時間或停止生產運轉。run/stop

26、開關面板上運行/停止開關易于操作。遠程維護 遠處的編程軟件可以通過調制解調器通信來監測、上載或卸載程序和數據密碼保護 使用一個八位數字密碼保護您的程序。 交流電源、24v直流輸入類型模型i/o總數輸入輸出尺寸mm(英寸)(寬)*(厚)*(高)數目類型數目類型fx2n-16mr-001168漏型8繼電器130*87*90() fx2n-16mt-001晶體管fx2n-32mr-0013216漏型16繼電器150*87*90(5.9*3.4*3.5) fx2n-32mt-001晶體管fx2n-48mr-0014824漏型24繼電器182*87*90(7.2*3.4*3.5)fx2n-48mt-00

27、1晶體管fx2n-64mr-0016432漏型32繼電器220*87*90(8.7*3.0*3.5)fx2n-64mt-001晶體管fx2n-80mr-0018040漏型40繼電器285*87*90(11.2*3.4*3.5) fx2n-80mt-001晶體管fx2n-128mr-00112864漏型64繼電器350*87*90(13.8*3.4*3.5) fx2n-128mt-001晶體管直流電源、24v直流輸入類型模型i/o總數輸入輸出尺寸mm(英寸)(寬)*(厚)*(高)數目類型數目類型fx2n-32mr-d3216漏型16繼電器150*87*90(5.9*3.4*3.5) fx2n-3

28、2mt-d晶體管fx2n-48mr-d4824漏型24繼電器182*87*90(7.2*3.4*3.5) fx2n-48mt-d晶體管fx2n-64mr-d6432漏型32繼電器220*87*90(8.7*3.4*3.5) fx2n-64mt-d晶體管fx2n-80mr-d8040漏型40繼電器285*87*90(11.2*3.4*3.5) fx2n-80mt-d晶體管fx2n性能規格項目規格備注運轉控制方式通過儲存的程序周期運轉i/o控制方法批次處理方法(當執行end指令時)i/o指令可以刷新運轉處理時間基本指令：0.8s/指令應用指令：1.52至幾百s/指令編程語言邏輯梯形圖和指令清單使用

29、步進梯形圖能生成sfc類型程序程式容量8000步內置使用附加寄存盒可擴展到16000步指令數目基本順序指令：27步進梯形指令：2應用指令：128最大可用298條應用指令i/o配置最大硬體i/o配置點256，依賴于用戶的選擇（最大軟件可設定地址輸入256、輸出256）輔助繼電器（m線圈）一般500點m0至m499鎖定2572點m500至m3071特殊256點m8000至m8255狀態繼電器（s線圈） 一般490點s0至s499鎖定400點s500至s899初始10點s0至s9信號報警器100點s900至s999定時器（t）100毫秒范圍：0至3276.7秒200點t0至t19910毫秒范圍：0至

30、327.67秒46點t200至t2451毫秒保持型范圍：0至32.767秒4點t246至t249100毫秒范圍：0至3276.7秒6點t250至t255計數器（c）一般16位范圍：0至32767數200點c0至c199類型：16位上計數器鎖定16位100點（子系統）c100至c199類型：16位上計數器 一般32位15點c200至c219類型：16位上/下計數器 鎖定32位15點c220至c234類型：16位上/下計數器 高速計數器（c）單相范圍：-2147483648至+2147483647數一般規則：選擇組合計數頻率不大于20khz的計數器組合注意所有的計數器鎖定 c235至c240 6點

31、單相c/w起始停止輸入 c241至c245 5點雙相c246至c250 5點a/b相c251至c255 5點數據寄存器（d） 一般200點d0至d199類型：32位元件的16位數據存儲寄存器對 鎖定7800點d200至d7999類型：32位元件的16位數據存儲寄存器對 文件寄存器7000點d1000至d7999通過14塊500程式步的參數設置類型：16位數據存儲寄存器 特殊256點從d8000至d8255類型：16位數據存儲寄存器 變址16點v0至v7以及z0至z7類型：16位數據存儲寄存器 指標（p）用于call128點p0至p127用于中斷6輸入點、3定時器、6計數器100*至150*和1

32、6*至18*(上升觸發*=1，下降觸發*=0，*=時間(單位：毫秒)嵌套層次用于mc和mrc時8點n0至n7常數十進位k16位：-32768至+3276832位：-2147483648至+2147483647 十六進位h16位：0000至ffff32位：00000000至ffffffff浮點32位：1.175*10-38，3.403*10-38（不能直接輸入）4. 液壓系統設計4.1 引言在工廠生產中，經常會用到升降式工作臺。例如，在鑄造、焊接、噴涂、搬運、裝配等工作場合就有各種升降式工作臺被用作輸送和定位的工具。較大型的升降式工作臺的驅動裝置一般選用液壓缸，這是因為液壓缸工作可靠、費用較低。

33、此外，利用液壓系統的儲能作用，還可以使工作臺的能耗較低。 在升降式工作臺攜帶著工件上升時，需要液壓缸向其提供驅動力，即液壓缸向工作臺輸出能量；而在工作臺攜帶著工件下降時，其勢能將釋放出來。這種勢能如果不能有效地利用，則會造成能量浪費。這種能量浪費對于小型工作臺來說尚不顯嚴重，但對于較大工作臺來說，就非常可惜了。因此，對于較大工作臺，需在其液壓系統中加入儲能裝置，在工作臺下降時將其勢能儲存起來，以便在工作臺上升時重新釋放出去，使能量的利用更加合理，并同時達到保護系統安全的目的。 在一些液壓系統中，采用蓄能器來儲存液壓能。這種方法結構簡單，易于實施。然而，由于蓄能器的容積有限，因此對于較大工作臺來

34、說，就難以滿足要求了。在本文中，采用了兩個液壓缸互補的方法，即通過兩個液壓缸間的液壓油互補，實現兩者間的能量互補，從而達到節能效果，同時又使液壓系統工作平穩、可靠性高。 4.2 液壓系統的結構升降式工作臺液壓系統基本結構如圖1所示。 圖1-1升降式工作臺液壓系統工作原理圖1工作臺2液壓缸3活塞4換向手柄5換向閥6，8，16回油管7節流閥9開停手柄10開停閥11壓力管12壓力支管13溢流閥14鋼球15彈簧17液壓泵18濾油器19油箱圖12液壓傳動系統原理下面分析該升降式工作臺的液壓傳動系統。如圖1-2所示，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管、接

35、頭組成。其工作原理如下：液壓泵由電動機驅動后，從油箱中吸油。油液經濾油器進入液壓泵，油液在泵腔中從入口低壓到泵出口高壓，在圖1-2(a)所示狀態下，通過開停閥、節流閥、換向閥進入液壓缸上腔，推動活塞使工作臺向下移動。這時，液壓缸下腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。如果將換向閥手柄轉換成圖1-2(b)所示狀態，則壓力管中的油將經過開停閥、節流閥和換向閥進入液壓缸下腔、推動活塞使工作臺向上移動，并使液壓缸左腔的油經換向閥和回油管6排回油箱。工作臺的移動速度是通過節流閥來調節的。當節流閥開大時，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度增大；當節流閥關小時，進入液壓缸的油量減小，工作臺的移動速度減小。為

36、了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力所產生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。這種現象正說明了液壓傳動的一個基本原理壓力決定于負載。液壓傳動是以液體的靜壓力傳遞動力為特征，以區別于以液體動能（或動量）來傳遞動力的液力傳動。4.3 參數計算 技術要求：工作臺升降高度為1000cm,提升重量為2000kg 1.液壓元件選擇 (1)液壓缸參數確定及選型 系統壓力的初選是按最大載荷選取的，按技術要求可知系統工作壓力p/為3 mpa。根據液壓缸內徑計算公式，得出其內徑為79.8 mm。按液壓缸內徑系列參數表，選取缸筒內徑

37、為82 mm 。再根據液壓缸壁厚公式計算得出液壓缸壁厚為8 mm，由此確定液壓缸外徑尺寸為98 mm 。 按照活塞桿直徑計算公式，得出其直徑尺寸為27 mm，再按活塞桿直徑系列參數表，選取活塞桿直徑為40mm 。根據安裝尺寸和動作要求，活塞桿行程應為400mm 。根據以上分析和計算，最終決定選用tere3307型車轉向助力器液壓缸。該型液壓缸是單級雙作用液壓缸，其內徑d為82.6 mm，活塞桿行程s為460 mm，按照中等壁厚缸筒校核公式計算，滿足強度要求。該液壓缸的單程平均速度為4.6 m/min ，單個液壓缸實際流量q為24.6 l/min ， 實際工作壓力p為2.8 mpa 。 (2)液

38、壓泵的選型 由于液壓系統為2個液壓缸串聯，其工作壓力應調整為3.3 mpa ，整個系統流量qs應調整為54 l/min。液壓泵的流量q/應大于或等于系統流量qs，經計算額定工作壓力p/h為5.28 mpa 。 根據以上分析計算，我們選用小松hd325車型的液壓應急泵。此液壓泵為直流電動機與齒輪泵一體化結構，額定工作壓力為 7 mpa，額定流量為60 l/min，各項參數符合技術要求。 (3)其他液壓元件的選擇 按液壓泵流量54 l/min、系統工作壓力3.3 mpa以及通路要求，選用wmm型手動換向閥。為了減少連接管路，我們選取zfs型組合閥作為溢流閥、單向閥。選用y-100t彈簧式壓力表，其

39、測量上限為10 mpa 。 根據液壓泵推薦用油和實際工作情況，選用液力傳動c-3液壓油。油箱容量定為液壓泵流量的2倍，即108 l，并選用通過能力為54 l/min的網式濾油器。2.電器元件的選擇 (1)蓄電池的選型 蓄電池的容量是指在放電允許的范圍內蓄電池輸出的電量，它必須與設備上的用電系統相匹配，否則會影響蓄電池的使用壽命，其計算公式為：式中：qe蓄電池額定容量，a.h； p直流電動機功率，3.5 kw； u 直流電動機電壓，24 v。 查蓄電池規格型號表，選用2塊6-q-105型蓄電池。 (2)蓄電池導線的選擇 蓄電池導線截面積如果選取得過小，就會使電動機功率和轉矩減小，導線發熱。為此選

40、取橡皮絕緣電纜多股銅芯線，其截面積為50 mm2。 (3)繼電器和搭鐵開關的選擇 帶動液壓泵工作的是串激式直流電動機，其工作時電樞繞組電流很大（達幾百安培），因此選擇了觸點可承載大電流的繼電器和搭鐵開關。4.4 小結本章討論了一種升降式工作臺的液壓系統的設計問題，并給出了這種液壓系統的可行方案。該液壓系統中通過兩個液壓缸間的液壓油互補，實現兩者間的能量互補，從而達到了節能效果，同時又使液壓系統工作平穩、可靠性較高。 5控制系統設計5.1 控制系統整體分析為了滿足生產的需要，該升降式工作臺設置了多種工作方式嗎，有手動方式和自動工作方式，自動方式又分為連續、單周期、單步和自動返回初始狀態四種工作方

41、式。如何實現多種工作方式，并將它們融合到一個程序中，是梯形圖設計的難點之一。升降臺是用來將物體從低處搬到高處(見圖5.1)，控制面板如同5.2，圖5.3是plc的外部接線圖。工作方式選擇開關的5個位置分別對應于5種工作方式，操作面板左下部的2個按鈕是手動按鈕。為了保證在緊急情況下（包括plc發生故障時）能可靠地切斷plc的負載電源，設置了交流接觸器km(見圖5.3)。在plc開始運行時按下“電源”按鈕，使km線圈得電并自鎖，km的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源。圖5.1 升降臺示意圖圖5.2 控制面板圖5.3 外部接線圖由下圖5.4可知，選擇手

42、動工作方式時手動開關x10為on,將執行共用程序和調用手動子程序。選擇自動回原點方式時x11為on，將調用回原點程序。選擇其他工作方式時將調用自動程序。圖5.4 程序的總體結構升降臺在最下面時稱系統處于原點狀態（或稱初始狀態）。如果選擇的是單周期工作方式，在初始狀態下按下啟動按鈕x16，從初始步m0開始，升降臺按順序功能圖（見圖5.5）的規定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。如果選擇連續工作方式，在初始狀態下按啟動按鈕升降臺從初始步開始一個周期一個周期地反復連續工作。按下停止按鈕，并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統才返回并停留在初始步。在單步工作方式，從初始步開始，按一下

43、啟動按鈕，系統轉換到下一步動作，完成該步任務后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕，才往前走一步。單步工作方式常用于系統調試。在選擇單周期、連續、單步工作方式之前，系統應處于原點狀態，如果不滿足這一條件，可以選擇回原點工作方式，然后按啟動按鈕x16，系統自動返回原點狀態。在原點狀態，順序功能圖中的初始步m0為on,為進入單周期、連續和單步工作方式做好了準備。項目所需設備、工具、材料見表5-1表5-1 項目所需設備、工具、材料名稱型號或規格數量名稱型號或規格數量可編程控制器fx-2n32mr1臺熔斷器rc1a-30/151只交流接觸器cj10-203只行程開關lx192只按鈕la10-3

44、h6個組合開關hz10-10/51個熱繼電器jr16-20/31個連接導線若干輸入點和輸出點分配如表13-2所示。輸入信號輸入信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號下限位sq1x1單周期x13上限位sq2x2連續x14上升sb1x6啟動sb3x16下降sb2x7停車sb4x17手動x10輸出信號回原點x11上升y0單步x12下降y15.2梯形圖設計5.2.1、梯形圖的編程方法 1 起保停電路的編程方法2 以轉換為中心的編程方法3 使用stl指令的編程方法5.2.2、公用程序與手動程序設計 1公用程序設計公用程序的作用：自動程序和手動程序相互切換的處理。 當系統開始執行自動程序時，要求系統處于

45、與自動程序的順序功能圖中初始步對應的初始狀態。如開機后系統沒有處于初始狀態，則應進入手動工作方式，用手動操作使系統進入初始狀態，再切換到自動工作方式。也可以設置使系統自動進入初始狀態， 系統進入自動運行之前，公用程序應將順序功能圖的初始步對應的編程元件置位，將除初始步以外的各步對應的輔助繼電器復位，避免系統返回自動工作方式時出現同時有兩個活動步的異常情況。2 手動程序設計 手動程序比較簡單，可以用經驗法設計。下圖5.7是手動子程序，手動操作時用x6/x7對應的按鈕控制升降臺的上升與下降。為了保證系統的安全性，在手動程序中設置了必要的連鎖，如在上升與下降之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器

46、同時為on。上下限位開關x1/x2的常閉觸電分別與控制升降臺上下的y0/y1的線圈串聯，以防止升降臺行進超限出現事故。可以獨立地對plc的輸出量進行控制 圖5.73自動回原點程序圖5.8是自動回原點程序用起保停電路設計的梯形圖。在回原點工作方式（x11為on）按下啟動按鈕x16,m10變為on，升降臺下降，下降到下限位開關x1變為on，同時y0被復位。圖中x1的常閉觸點斷開使m10的線圈斷電。由公共程序知，這時原點條件滿足，m5為on，初始步m0被置位，為進入連續、單周期和單步工作方式做好了準備。4 自動程序自動程序由圖5.31中的孔子單周期、連續和單步的程序及圖5.32中的輸出程序組成。圖5

47、.30是升降式工作臺控制系統程序的順序功能圖。該圖是一種典型結構，這種結構可以用于別的具有多種工作方式的系統，最上面的轉換條件和公用程序有關。圖5.31是用起保停電路設計的單周期、連續和單步程序（不包括輸出電路），這3中工作方式主要是用連續標志m7和轉換允許標志m6來區別的，m0和m20、m24用典型的起保停電路來控制。1單步與非單步的區別2單周期與連續的區別3單周期工作過程4單步工作過程上述系統的順序功能圖：單步運行控制：n 轉換運行標志：輔助繼電器m6n 當處于單步運行方式時，常閉觸點x12為0狀態，轉換允許繼電器m6是否“通電”由啟動按鈕x16的上升沿檢測觸點控制。n 當處于非單步運行方

48、式時，常閉觸點x11為1狀態，轉換允許繼電器m6“通電”，允許步與步之間的轉換連續運行控制：n 連續運行標志：輔助繼電器m7n 常開觸點x14為1狀態，使m7“通電”并自保持。n 當處于連續運行方式時， m7.x1使系統在左行結束后返回“裝料”。n 當處于單周期運行方式時， m7.x1使系統在左行結束后返回初始步。 5 輸出電路 下圖是自動控制程序的輸出電路，圖中的常閉觸點視為單步工作方式設置的。以控制下降的y1為例，當升降臺碰到下限位開關x1時，在單步方式控制下降的輔助繼電器m22不會馬上變為off，如果y1的線圈不與下限位開關x1的常閉觸點串聯，升降臺不能停在x1處，還會繼續下降，這種情況

49、可能造成事故。6編程仿真實驗本設計的調試部分主要利用軟件模擬仿真，分別用到三菱plc的編程軟件gx developer和三菱全系列plc仿真調試軟件gx simulator。利用仿真軟件對梯形圖進行在線調試，得到一系列時序圖仿真結果6.1 仿真環境gx developer是三菱plc的編程軟件。適用于q、qnu、qs、qna、ans、ana、fx等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、sfc、 st及fb、label語言程序設計，網絡參數設定，可進行程序的線上更改、監控及調試，具有異地讀寫plc程序功能。 gx developer的特點：1. 軟件的共通化 gx developer能夠制作q

50、系列，qna系列，a系列（包括運動控制（scpu）,fx系列的數據,能夠轉換成gppq,gppa格式的文檔。 此外，選擇fx系列的情況下，還能變換成fxgp(dos),fxgp(win)格式的文檔。 2. 利用windows的優越性，使操作性飛躍上升能夠將excel,word等作成的說明數據進行復制，粘貼，并有效利用。 3. 程序的標準化 (1) 標號編程 用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據標示制作成標準程序。 用標號編程做成的程序能夠依據匯編從而作為實際的程序來使用。 (2) 功能塊（以下，略稱作fb） fb是以提高順序程序的開發效率為目的而開發的一種功能

51、。把開發順序程序時反復使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 4. 能夠簡單設定和其他站點的鏈接 由于連接對象的指定被圖形化而構筑成復雜的系統的情況下也能夠簡單的設定。 5. 能夠用各種方法和可編程控制器cpu連接 (1) 經由串行通訊口 (2) 經由usb (3) 經由melsecnet/10(h)計算機插板 (4) 經由melsecnet()計算機插板 (5)

52、 經由cc-link計算機插板 (6) 經由ethernet計算機插板 (7) 經由cpu計算機插板 (8) 經由af計算機插板 6. 豐富的調試功能 (1) 由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調試作業。 (a) 沒有必要再和可編程控制器連接。 (b) 沒有必要制作條使用的順序程序。 (2) 在幫助中有cpu錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內容的情況下提供非常大的便利。 (3) 數據制作中發生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數據制作的時間能夠大幅度縮短。菱全系列plc仿真調試軟件gx simul

53、ator： 一，仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運行，如果沒有編好的程序，是無法進行仿真的。 所以，在安裝仿真軟件gx simulator 6c 之前，必須先安裝編程軟件 gx developer，并且版本要互相兼容。 二，安裝好編程軟件和仿真軟件后，在桌面或者開始菜單中并沒有仿真軟件的圖標。 因為仿真軟件被集成到編程軟件gx developer中了，其實這個仿真軟件相當于編程軟件的一個插件6.2 梯形圖在線仿真調試及結果分析選擇手動控制手動控制 向上接通電源后選擇x10，系統進入手動控制模式。按下向上按鈕x6，輸出y0通電，升降臺上升，碰到上限位開關x2后，y0失電，升降臺停止上

54、升。手動控制向下過程與之類似。注意：由于手動控制為點動控制，所以當松開控制按鈕后升降臺將停止動作。選擇回原點控制接通電源后選擇x11，系統進入回原點控制模式。按一下啟動按鈕x16，當升降臺不在原點x1處時，輸出y1通電，升降臺下降，碰到上限位開關x1后，y1失電，升降臺停止下降回到原點。選擇單步控制接通電源后選擇x11，系統進入單步控制模式。按一下啟動按鈕x16后 y0接通，升降臺上升，接觸到上限位開關x2后，y0失電，升降臺停止上升。再次按一下動啟動按鈕x16后，系統進行下一步動作，y1接通，升降臺開始下降下降至原點處，使下限位開關x1激活，y1失電，升降臺停止下降選擇單周期控制接通電源后選擇x13，系統進入單周期控制模式。按一下啟動按鈕x16開始單周期執行，y0通電，升降臺上升，上升碰到上限位開關x2后，停留