畢業(yè)設計（論文）PLC升降式工作臺自動控制系統(tǒng)的設計

1、電子與信息工程學院本 科 畢 業(yè) 論 文論文題目 升降式工作臺自動控制系統(tǒng)的設計 學生姓名 學 號 專 業(yè) 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(yè)企業(yè)及生產(chǎn)流水線，為了滿足生產(chǎn)工作中對升降式工作臺平穩(wěn)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(tǒng)的設計進行了探討。該系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動，利用梯形圖對plc進行編程，實現(xiàn)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(xù)四種模式。關 鍵 詞：plc，液壓傳動，自動控制系統(tǒng)，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(tǒng)整體設計分析63.1 認識液壓系統(tǒng)63.2三菱fx-

5、2n系列plc簡介94. 液壓系統(tǒng)設計134.1引言134.2液壓系統(tǒng)的結(jié)構134.3參數(shù)計算144.4小結(jié)155控制系統(tǒng)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(huán)境256.2 梯形圖在線仿真調(diào)試及結(jié)果分析267. 結(jié)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(chǎn)中，經(jīng)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(fā)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(xiàn)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(fā)展，而目前，升降機已經(jīng)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(chǎn)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(yè)的告訴發(fā)展，國外隨車起重機發(fā)展極為迅速。升降機技術最發(fā)達的幾個國家并是美國，日本和德國，日本的升降機年產(chǎn)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(nèi)的市場在高速發(fā)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(yè)，房地產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，帶動了電梯業(yè)和升降機業(yè)的發(fā)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(wěn)定性好，適用范圍廣的貨物舉升設備主要用于生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運送；物料上線、下線；工件裝配時調(diào)節(jié)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(jù)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(fā)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(zhuǎn)工作臺、液動翻轉(zhuǎn)工作臺、防止升降平臺下落的安全支撐桿、不銹鋼安全護網(wǎng)、電動或液動升降平臺行走動力系統(tǒng)、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(xiàn)車載式升降平臺的升降功能。以適應廠區(qū)內(nèi)外的高空作業(yè)。 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(yè)；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(yè)企業(yè)及生產(chǎn)流水線，滿足不同作業(yè)高度的升降需求，同時可配裝各類臺面形式（如滾珠、滾筒、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)向、傾翻、伸縮），配合各種控制方式（分動、聯(lián)動、防爆），具有升降平穩(wěn)準確、頻繁啟動、載重量大等特點，有效解決工業(yè)企業(yè)中各類升降作業(yè)難點，使生產(chǎn)作業(yè)輕松自如。曲臂式高空作業(yè)平臺 曲臂式高空作業(yè)平臺能懸伸作業(yè)、跨越一定的障礙或在一處升降可進行多點作業(yè)；平臺載重量大，可供兩人或多人同時作業(yè)并可搭載一定的設備；可以旋轉(zhuǎn)360，具有一定的作業(yè)半徑；升降平臺移動性好，轉(zhuǎn)移場地方便；外型美觀，適于室內(nèi)外作業(yè)和存放。動力目前有柴油機、柴油機和

10、電雙用、純電瓶驅(qū)動三種，適用于車站、碼頭、商場、體育場館、小區(qū)物業(yè)、廠礦車間等大范圍作業(yè)。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(zhì)和良好的機械性能，塔形梯狀護架，使升降平臺有更高的穩(wěn)定性。即使身處30米高空，也能感受其優(yōu)越的平穩(wěn)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(yè)。按照要求選擇固定式升降臺。2.2 控制器的選擇 工業(yè)上控制系統(tǒng)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(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利

11、用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控 制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)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(shù)量有限，所以繼電器控制系統(tǒng)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(tài)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(tǒng)依靠機械觸點的動作實現(xiàn)的，工作頻率低，觸點的開關動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，且機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。從可靠性和可維護性上由于繼電器控控制系統(tǒng)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(xiàn)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(yōu)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(lián)系,是自動控制方面必不可少的先備知識?，F(xiàn)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(tǒng)作為當今工業(yè)控制的主流系統(tǒng)，已取代常規(guī)的模擬檢測、調(diào)節(jié)、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(tài)過程按規(guī)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(tǒng)在交通、通信、工業(yè)、儀器、醫(yī)療等領域的廣泛應用而深入到各行業(yè)的諸多領域。51系列8位單片機既經(jīng)典又具生命力，其歷史可以劃分三個發(fā)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(nèi)使用較多。第三階段是當前推出的c8051f產(chǎn)品，其性價比更具優(yōu)勢。同時，16位、32位處理器的強大發(fā)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(yè)控制領域不斷占據(jù)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(xiàn)代機械設備的大腦！現(xiàn)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(tǒng)繼電器控制電路，這是因為plc具有先天的綜合優(yōu)勢，下面是我結(jié)合了近十年的自動化控制經(jīng)驗來告訴大家十大優(yōu)勢：1、功能強，性能價格比高一臺小型plc內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件（如計時器，計數(shù)器，繼電器等），有很強的功能，可以實現(xiàn)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(chǎn)品已經(jīng)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(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。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(qū)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(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，plc已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。4、系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少plc用軟件

16、功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)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(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)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(diào)試，輸入信號用小開關來模擬，通過plc上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)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(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)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(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據(jù)plc上的發(fā)光二極管或編程器提供的實時梯形圖的狀態(tài)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(tǒng)，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(tǒng)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(xiàn)網(wǎng)絡通訊 plc可以與電腦及智能儀表等通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。并能實現(xiàn)地顯示出當前機械設備的工作狀態(tài)和工作流程，對生產(chǎn)管理和現(xiàn)場維修帶來極大的方便。9、提升產(chǎn)品技術含量，增加產(chǎn)品形象！對于復雜的機械設備，如果還使用傳統(tǒng)的繼電器控制，則不單加大的控制電箱的配制難度，還讓產(chǎn)品的最終客戶覺得產(chǎn)品不夠先進，使用信心不足，因為現(xiàn)在主流機械設備都用上plc，有plc的機械品質(zhì)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(tǒng)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(tǒng)的核心控制器。3.系統(tǒng)整體設計分析3.1 認識液壓系統(tǒng)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(zhì)，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(zhì)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(yōu)點，所以液壓傳動技術發(fā)展十分迅速，因此，在我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等各個行業(yè)中的機電設備上得到了廣泛的應用。3.1.1液壓傳動系統(tǒng)的工作原理液壓傳動的工作原理，可以用一個液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韥碚f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?shù)墓ぷ髟韴D。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(jīng)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?shù)墓ぷ髟?。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(zhì)。壓下杠桿時，小油缸2輸出壓力油，是將機械能轉(zhuǎn)換成油液的

22、壓力能，壓力油經(jīng)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(zhuǎn)換成機械能。大活塞8舉升的速度取決于單位時間內(nèi)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(zhuǎn)換過程。3.1.2液壓傳動系統(tǒng)的組成從上述的例子可以看出，液壓傳動系統(tǒng)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(zhuǎn)換成液體壓力能的裝置，是系統(tǒng)的能量來源，系統(tǒng)由此取得能量。液壓系統(tǒng)的能源裝置為液壓泵。2執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置是將液體的壓力能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速），以驅(qū)動工作部件，是系統(tǒng)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(zhuǎn)運動

23、的液壓馬達。3控制調(diào)節(jié)裝置控制調(diào)節(jié)裝置是對系統(tǒng)中流體的壓力、流量、流動方向進行控制和調(diào)節(jié)的裝置。如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等。它們通過控制與調(diào)節(jié)流體的壓力、流量和流向，以保證執(zhí)行元件完成預期的工作運動?？刂普{(diào)節(jié)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(tǒng)。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(tǒng)正常工作，是液壓系統(tǒng)不可缺少的組成部分。5工作介質(zhì)工作介質(zhì)即傳遞能量的流體。通常液壓系統(tǒng)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(zhí)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(fā)的特殊功能開發(fā)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(shù)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(fā)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(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡 cc-link，profibus dp和devicenet或者采用傳

25、感器層次的網(wǎng)絡解決您的通信需要其它功能：內(nèi)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?？焖贁嚅_端子塊因為采用了優(yōu)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(xù)掃描功能為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期。輸入濾波器調(diào)節(jié)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(chǎn)運轉(zhuǎn)。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(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護 使用一個八位數(shù)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(shù)輸入輸出尺寸mm(英寸)(寬)*(厚)*(高)數(shù)目類型數(shù)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(shù)輸入輸出尺寸mm(英寸)(寬)*(厚)*(高)數(shù)目類型數(shù)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(guī)格項目規(guī)格備注運轉(zhuǎn)控制方式通過儲存的程序周期運轉(zhuǎn)i/o控制方法批次處理方法(當執(zhí)行end指令時)i/o指令可以刷新運轉(zhuǎn)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(nèi)置使用附加寄存盒可擴展到16000步指令數(shù)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(tài)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(shù)器（c）一般16位范圍：0至32767數(shù)200點c0至c199類型：16位上計數(shù)器鎖定16位100點（子系統(tǒng)）c100至c199類型：16位上計數(shù)器 一般32位15點c200至c219類型：16位上/下計數(shù)器 鎖定32位15點c220至c234類型：16位上/下計數(shù)器 高速計數(shù)器（c）單相范圍：-2147483648至+2147483647數(shù)一般規(guī)則：選擇組合計數(shù)頻率不大于20khz的計數(shù)器組合注意所有的計數(shù)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(shù)據(jù)寄存器（d） 一般200點d0至d199類型：32位元件的16位數(shù)據(jù)存儲寄存器對 鎖定7800點d200至d7999類型：32位元件的16位數(shù)據(jù)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(shù)設置類型：16位數(shù)據(jù)存儲寄存器 特殊256點從d8000至d8255類型：16位數(shù)據(jù)存儲寄存器 變址16點v0至v7以及z0至z7類型：16位數(shù)據(jù)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(shù)器100*至150*和1

32、6*至18*(上升觸發(fā)*=1，下降觸發(fā)*=0，*=時間(單位：毫秒)嵌套層次用于mc和mrc時8點n0至n7常數(shù)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(tǒng)設計4.1 引言在工廠生產(chǎn)中，經(jīng)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(qū)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(tǒng)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(qū)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?？上Я?。因此，對于較大工作臺，需在其液壓系統(tǒng)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(tǒng)安全的目的。 在一些液壓系統(tǒng)中，采用蓄能器來儲存液壓能。這種方法結(jié)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(xiàn)兩者間的能量互補，從而達到節(jié)能效果，同時又使液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)、可靠性高。 4.2 液壓系統(tǒng)的結(jié)構升降式工作臺液壓系統(tǒng)基本結(jié)構如圖1所示。 圖1-1升降式工作臺液壓系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)原理下面分析該升降式工作臺的液壓傳動系統(tǒng)。如圖1-2所示，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)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(qū)動后，從油箱中吸油。油液經(jīng)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(tài)下，通過開停閥、節(jié)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(jīng)換向閥和回油管6排回油箱。如果將換向閥手柄轉(zhuǎn)換成圖1-2(b)所示狀態(tài)，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)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(jīng)換向閥和回油管6排回油箱。工作臺的移動速度是通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當節(jié)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(qū)別于以液體動能（或動量）來傳遞動力的液力傳動。4.3 參數(shù)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(shù)確定及選型 系統(tǒng)壓力的初選是按最大載荷選取的，按技術要求可知系統(tǒng)工作壓力p/為3 mpa。根據(jù)液壓缸內(nèi)徑計算公式，得出其內(nèi)徑為79.8 mm。按液壓缸內(nèi)徑系列參數(shù)表，選取缸筒內(nèi)徑

37、為82 mm 。再根據(jù)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(shù)表，選取活塞桿直徑為40mm 。根據(jù)安裝尺寸和動作要求，活塞桿行程應為400mm 。根據(jù)以上分析和計算，最終決定選用tere3307型車轉(zhuǎn)向助力器液壓缸。該型液壓缸是單級雙作用液壓缸，其內(nèi)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(tǒng)為2個液壓缸串聯(lián)，其工作壓力應調(diào)整為3.3 mpa ，整個系統(tǒng)流量qs應調(diào)整為54 l/min。液壓泵的流量q/應大于或等于系統(tǒng)流量qs，經(jīng)計算額定工作壓力p/h為5.28 mpa 。 根據(jù)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(jié)構，額定工作壓力為 7 mpa，額定流量為60 l/min，各項參數(shù)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(tǒng)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(jù)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(wǎng)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(nèi)蓄電池輸出的電量，它必須與設備上的用電系統(tǒng)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(guī)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(zhuǎn)矩減小，導線發(fā)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(jié)本章討論了一種升降式工作臺的液壓系統(tǒng)的設計問題，并給出了這種液壓系統(tǒng)的可行方案。該液壓系統(tǒng)中通過兩個液壓缸間的液壓油互補，實現(xiàn)兩者間的能量互補，從而達到了節(jié)能效果，同時又使液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)、可靠性較高。 5控制系統(tǒng)設計5.1 控制系統(tǒng)整體分析為了滿足生產(chǎn)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(xù)、單周期、單步和自動返回初始狀態(tài)四種工作方

41、式。如何實現(xiàn)多種工作方式，并將它們?nèi)诤系揭粋€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(fā)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(xiàn)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(zhí)行共用程序和調(diào)用手動子程序。選擇自動回原點方式時x11為on，將調(diào)用回原點程序。選擇其他工作方式時將調(diào)用自動程序。圖5.4 程序的總體結(jié)構升降臺在最下面時稱系統(tǒng)處于原點狀態(tài)（或稱初始狀態(tài)）。如果選擇的是單周期工作方式，在初始狀態(tài)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(guī)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(xù)工作方式，在初始狀態(tài)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(xù)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(tǒng)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(tǒng)轉(zhuǎn)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(tǒng)調(diào)試。在選擇單周期、連續(xù)、單步工作方式之前，系統(tǒng)應處于原點狀態(tài)，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(tǒng)自動返回原點狀態(tài)。在原點狀態(tài)，順序功能圖中的初始步m0為on,為進入單周期、連續(xù)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(guī)格數(shù)量名稱型號或規(guī)格數(shù)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(xù)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(zhuǎn)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(tǒng)開始執(zhí)行自動程序時，要求系統(tǒng)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(tài)。如開機后系統(tǒng)沒有處于初始狀態(tài)，則應進入手動工作方式，用手動操作使系統(tǒng)進入初始狀態(tài)，再切換到自動工作方式。也可以設置使系統(tǒng)自動進入初始狀態(tài)， 系統(tǒng)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(tǒng)返回自動工作方式時出現(xiàn)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(jīng)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(tǒng)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(lián)，以防止升降臺行進超限出現(xiàn)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?yōu)閛n，升降臺下降，下降到下限位開關x1變?yōu)閛n，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(xù)、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(xù)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(tǒng)程序的順序功能圖。該圖是一種典型結(jié)構，這種結(jié)構可以用于別的具有多種工作方式的系統(tǒng)，最上面的轉(zhuǎn)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(xù)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(xù)標志m7和轉(zhuǎn)換允許標志m6來區(qū)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(qū)別2單周期與連續(xù)的區(qū)別3單周期工作過程4單步工作過程上述系統(tǒng)的順序功能圖：單步運行控制：n 轉(zhuǎn)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(tài)，轉(zhuǎn)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(tài)，轉(zhuǎn)換允許繼電器m6“通電”，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換連續(xù)運行控制：n 連續(xù)運行標志：輔助繼電器m7n 常開觸點x14為1狀態(tài)，使m7“通電”并自保持。n 當處于連續(xù)運行方式時， m7.x1使系統(tǒng)在左行結(jié)束后返回“裝料”。n 當處于單周期運行方式時， m7.x1使系統(tǒng)在左行結(jié)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?yōu)閛ff，如果y1的線圈不與下限位開關x1的常閉觸點串聯(lián)，升降臺不能停在x1處，還會繼續(xù)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(diào)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(diào)試軟件gx simulator。利用仿真軟件對梯形圖進行在線調(diào)試，得到一系列時序圖仿真結(jié)果6.1 仿真環(huán)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(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)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(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)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(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,word等作成的說明數(shù)據(jù)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(jù)標示制作成標準程序。 用標號編程做成的程序能夠依據(jù)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(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能

51、。把開發(fā)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(fā)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(tǒng)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(jīng)由串行通訊口 (2) 經(jīng)由usb (3) 經(jīng)由melsecnet/10(h)計算機插板 (4) 經(jīng)由melsecnet()計算機插板 (5)

52、 經(jīng)由cc-link計算機插板 (6) 經(jīng)由ethernet計算機插板 (7) 經(jīng)由cpu計算機插板 (8) 經(jīng)由af計算機插板 6. 豐富的調(diào)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(diào)試作業(yè)。 (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(fā)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(nèi)容的情況下提供非常大的便利。 (3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。菱全系列plc仿真調(diào)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(diào)試及結(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)進入單周期控制模式。按一下啟動按鈕x16開始單周期執(zhí)行，y0通電，升降臺上升，上升碰到上限位開關x2后，停留