液壓機總體及控制系統(tǒng)設計

/摘要本次畢業(yè)設計為壓力機總體及限制系統(tǒng)設計。壓力機主要由主機、液壓系統(tǒng)和電氣限制系統(tǒng)三部分組成。本文重點對電氣限制系統(tǒng)進行了設計和編程，對壓力機主機進行了簡潔的設計，并設計了壓力機限制系統(tǒng)配套電氣限制柜。壓力機的主機主要由橫梁、滑塊、工作臺、導柱、主缸和頂出缸等組成，通過對主機載荷的分析，對橫梁、滑塊、工作臺和導柱及其相互間的連接進行了簡潔的設計，進而完成了總體結構設計。由給定設計參數(shù)，通過對壓力機工作過程的分析，繪制了壓力機工作流程圖，確定了限制方案，完成了PLC選型、輸入輸出支配、器件選擇及硬件接線等設計過程，并進行了相應的程序分析和編程。對其中的保壓過程閉環(huán)限制進行了確定的分析計算，確定了一些設計參數(shù)。所設計限制系統(tǒng)能實現(xiàn)壓力機啟停、送料、手動/自動工作和平安互鎖等工作要求，保證液壓機平安精確工作。最終，本文對專用限制柜進行了設計，包括柜體外形尺寸、室內結構分布、器件安裝、通風散熱方案等。關鍵詞壓力機限制系統(tǒng)PLCABSTRACTThegraduationdesignisgeneralstructureandcontrolsystemdesignof6300kNhydraulicpress.Hydraulicpressmainlycomposedofthreeparts:themainframe,thehydraulicsystemandtheelectricalcontrolsystem.Thispaperfocusesonthedesignandprogrammingoftheelectricalcontrolsystem,andgivesasimpledesignforthemainframe,anddesignedthecompleteelectricalcontrolcabinetofthemachine.Themainframeofthehydraulicpressiscomposedbythebeam,slider,worktable,columnguide,maincylinderandacylindercomposedofthetop.Throughtheanalysisofloadonthemainframe,thepapergivesasimpledesignforthebeam,slider,worktableandcolumnguideandconnectionswitheachother.Fromthegivenparameters,thenthroughanalysingtheworkingprocessofpress,drewthepressworkflowchart,anddeterminedthecontrolscheme.ThispaperaccomplishedthedesignprocessincludingselectionofPLCmodel,I/Odistribution,selectionofcomponentandthehardwareconnection,etc.Thenthearticlemadethecorrespondingprogramanalysisandprogramming.Thecorrespondingclosed-loopcontrolofthepressure-keepingprogresshadbeendesignedandcalculatedinthispaper,andsomeofitsdesignparameterswasdetermined.Thecontrolsystembeendesignedcouldrealizetheworkingrequirementsofpressstartandoff,，feeding,automatic/manualworkandsafetyinterlock,etc,anditcouldensurethemachineworksafelyandaccurately.Finally,thespecialcontrolcabinetwasdesignedinthispaper,includingthecabinetshapedimension,distributionofindoorstructure,devicesinstall,ventilationandcoolingdesign,etc.Keywords:hydraulicpresscontrolsystemPLC書目第1章緒論 11.1概述 11.2國內外液壓機技術發(fā)呈現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 21.2.1發(fā)展狀況 21.2.2發(fā)展趨勢 31.3本文探討主要內容 4第2章壓力機總體方案設計 52.1壓力機的組成 52.2壓力機的工況特點 62.3四柱液壓機總體布局方案設計 72.4壓力機主機零部件設計 82.4.1主機載荷分析 82.4.2導柱設計 82.4.3橫梁設計 92.4.4滑塊設計 102.4.5工作臺設計 10第3章壓力機電氣限制系統(tǒng)設計 113.1限制系統(tǒng)方式選擇 113.2PLC概述 113.2.1PLC的定義 113.2.2可編程從限制器的發(fā)展史 123.2.3PLC的發(fā)展趨勢 123.2.4PLC的基本組成 133.3壓力機限制系統(tǒng)分析 133.3.1壓力機對限制系統(tǒng)的限制要求 133.3.2限制系統(tǒng)原理分析設計 143.4PLC輸入輸出量分析 143.4.1輸入輸出支配 143.4.2輸入量分析 153.4.3輸出量分析 153.5PLC選型及硬件配備 163.6輸入輸出方式的選擇和地址支配 173.6.1輸入輸出方式的選擇 173.6.2輸入輸出的地址支配 183.6.3電氣限制系統(tǒng)硬件線路設計 203.6.4電氣設備和元器件選擇 213.7限制系統(tǒng)軟件設計 233.7.1工作過程分化 233.7.2手動工作子過程分析 243.7.3自動工作過程分析 243.7.4送料過程分析 263.7.5系統(tǒng)工作指令表程序設計 273.7.6保壓過程PID限制過程分析 28第4章壓力機電氣限制柜設計 334.1設計參考 334.2柜體設計 364.2.1柜體外形設計 364.2.2柜內隔室設計 374.2.3器件安裝設計 384.2.4散熱及平安設計 39總結 40致謝 41參考文獻 42附錄1壓力機工作梯形圖程序 44附錄2三維零件圖設計 46第1章緒論1.1概述液壓壓力機是依據(jù)帕斯卡原理制成，利用液體壓力能來傳遞能量的機器。液壓機一般由主機、操縱系統(tǒng)及泵站三大部分組成。如圖1.1所示。泵站是動力源，供應液壓機各執(zhí)行機構及限制機構以高壓工作液體；操縱系統(tǒng)屬于限制機構，它通過限制工作液體的流始終使個執(zhí)行幾個依據(jù)工藝要求完成應有的動作；本體為液壓機的執(zhí)行機構。圖1.1典型液壓壓力機結構圖液壓機廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個部門，是一種主要的鍛壓設備。它具有下列一些特點：1.結構上易于得到較大的總壓力，較大的工作空間及較長的行程，因此便于壓制大型工件及較高的工件；2.和鍛錘相比，工作平穩(wěn)，撞擊和振動很小，噪音小，對工人健康，廠房低級，四周環(huán)境及設備本身都有很大好處；3.和機械壓力機相比，本體結構比較簡潔，簡潔鍛造，隨著液壓元件標準化、系列化、通用化程度的提高，以及專業(yè)丁點生產的逐步實現(xiàn)，比較適合和中小廠自行制造；4.隨著大功率高輕型的出現(xiàn)，液壓機快速性能已經(jīng)有了很大的提高，工作速度狀況越來越適應于更大范圍的應用。1.2國內外液壓機技術發(fā)呈現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1發(fā)展狀況由于液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結構方面，已經(jīng)比較成熟，國內外液壓機的發(fā)展主要體現(xiàn)在限制系統(tǒng)方面。微電子技術的飛速發(fā)展，為改進液壓機的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面供應了可能。相比來講，國內機型雖種類齊全，但技術含量相對較低，缺乏技術含量高的高檔機型，這和機電液一體化，中小批量柔性生產的發(fā)展趨勢不相適應。

在國內外液壓機產品中，依據(jù)限制系統(tǒng)，液壓機可分為三種類型：一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機；一種是接受可編程限制器限制的液壓機；第三種是應用高級微處理器（或工業(yè)限制計算機）的高性能液壓機。三種類型功能各有差異，應用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢是高速化、智能化。

1）繼電器限制方式是持續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)限制方式，其電路結構簡潔，技術要求不高，成本較低，相應限制功能簡潔，適應性不強。其適用于單機工作、加工產品精度要求不高的大批量生產（如餐具、廚具產品等），其也可組成簡潔的生產線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、柔性差?，F(xiàn)在，國內許多液壓機廠家是以這種機型為主，運用對象多為小型加工廠，或加工精度要求不高的民用產品。國外眾多廠家只是保留了對這種機型的生產實力，而主要面對以下兩種技術含量高的機型組織生產。

2）可編程限制器是在繼電器限制和計算機限制發(fā)展的基礎上開發(fā)出來的，并慢慢發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術，計算機技術，通訊技術溶為一體的新型工業(yè)自動限制裝置。目前已被廣泛的應用于各種生產機械以及自動化生產過程中。隨著技術的不斷發(fā)展，可編程序限制器的功能更加豐富。早期的可編程序限制器在功能上只能進行簡潔的邏輯限制。后來一些廠家起先接受微電子處理器作為可編程序限制器的中心處理單元（CPU），從而擴大了限制器的功能，使其不僅可以進行邏輯限制，而且還可以對模擬量進行限制。因此，可編程限制器限制方式是介于繼電器方式和工業(yè)限制機限制方式之間的一種限制方式?？删幊滔拗破饔休^高的穩(wěn)定性和靈敏性，但在功能方面和工業(yè)限制機相比有確定差異。3）工業(yè)限制機限制方式是在計算機限制技術成熟發(fā)展的基礎上接受的一種高技術含量的限制方式。這種限制方式以工業(yè)限制機或單片/單板機作為主控單元，通過外圍接口器件（如A/D，D/A板等）或干脆應用數(shù)字閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的限制，同時利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的限制系統(tǒng)，達到精確限制的目的。作為液壓機兩大組成部分的主機和液壓系統(tǒng)，由于技術發(fā)展趨于成熟，國內外機型無較大差距。主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面，有較明顯改善。

在油路結構設計方面，國內外液壓機都趨向于集成化、封閉式設計。插裝閥、疊加閥和復合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應用。國外已起先廣泛接受封閉式循環(huán)油路設計。這種油路設計有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰塵、污物、空氣、化學物質侵入系統(tǒng)，延長了機器的運用壽命。由于加工工藝等方面的緣由，國內接受封閉式循環(huán)油路設計的系統(tǒng)還不多見。在平安性方面，國外某些接受微處理器限制的高性能液壓機利用軟件進行故障的檢測和維護。1.2.2發(fā)展趨勢1）高速化，高效化，低能耗。提高液壓機的工作效率，降低生產成本。

2）機電液一體化。充分合理利用機械和電子方面的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善。

3）自動化、智能化。微電子技術的高速發(fā)展為液壓機的自動化和智能化供應了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)的在加工，應能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調整，具有故障預處理的功能。

4）液壓元件集成化，標準化。集成的液壓系統(tǒng)削減了管路連接，有效地防止泄漏和污染。標準化的元件為機器的修理帶來便利。1.3本文探討主要內容本文主要對630噸粉末成型壓力機總體及其限制系統(tǒng)進行設計。本文重點設計的是壓力機的電氣限制系統(tǒng)，簡要地設計了壓力機主體和電器限制柜及其裝配。探討設計過程如下：首先，確定壓力機的總體方案，對主機進行設計，確定液壓機的總體布局；其次，設計液壓機的限制系統(tǒng)，通過工況分析，選擇限制方式，設計電氣線路，確定電器型號及安裝，檢驗限制系統(tǒng)平安性和合理性等。第2章630KN壓力機總體方案設計2.16300KN壓力機的組成完整的壓力機應有主機、液壓限制系統(tǒng)、電氣限制系統(tǒng)組成。以現(xiàn)有630T壓力機為藍本，本次設計也接受傳統(tǒng)“三梁四柱”的主機機型，該型主機主要由主缸、橫梁、滑塊、導柱、工作臺組成，其結構圖見圖2.1。液壓限制系統(tǒng)主要由液壓泵、執(zhí)行元件、限制元件、幫助元件等組成。本設計的液壓系統(tǒng)的電氣限制系統(tǒng)是以可編程限制器（PLC）為主控元件的新型限制方式，主要由PLC、壓力變送器、輸入電路和輸出電路等組成。圖2.1壓力機主機結構圖1-副油箱2-橫梁3-主缸4-導柱5-頂出缸6-工作臺7-滑塊2.2壓力機的工況特點所設計壓力機的主要技術參數(shù)如下表：表2.1設計參數(shù) 參數(shù)項 參數(shù)公稱壓力（最大負載）6300KN主缸回程力1250KN頂出缸頂出力1000KN滑塊行程1000mm頂出行程355mm滑塊速度空程下行100mm/s工進6mm/s回程60mm/s頂出活塞速度頂出80mm/s退回160mm/s本壓力機依據(jù)其工作要求，分為手動和自動工作兩種工作模式。兩種工作模式的各自的工作過程如下：自動工作：滑塊快進→滑塊工進→保壓→泄壓→滑塊回程→頂出缸頂出→頂出缸退回。其工作循環(huán)過程見圖2.2?；瑝K快進滑塊工進保壓 泄壓滑塊回程頂出缸頂出 頂出缸退回圖2.2壓力機自動工作循環(huán)過程手動工作：滑塊啟動后可在隨意位置手動停止，手動縮回；頂出缸手動頂出，手動退回。2.3四柱液壓機總體布局方案設計了解了四柱液壓機的組成、工作過程之后，可初步確定壓力機的總體布局，布局圖如圖2.3所示。圖2.3四柱液壓機總體布局1主機2副油箱3油管4液壓站5電氣柜6限制臺圖2.3為壓力機整體布局簡圖，分為三個部分，即：主機、液壓系統(tǒng)、電氣限制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的全部部件都集中安裝在液壓油箱處，使液壓站布局結構變得緊湊。電氣限制元-PAGE8-件集中設計在電氣柜中。啟動、停止、快進、頂出、調整、等限制按鈕設置在限制臺上。2.4壓力機主機零部件設計2.4.1主機載荷分析依據(jù)表2.1,本次設計壓力機的最大工作負載為6300KN，主缸回程力為1250KN，頂出缸頂出力為1000KN。由于工作時的負載遠大于其它工況時的負載，因此在進行載荷設計時，取負載6300KN對壓力機進行受力計算。壓力機結構形式為“三梁四柱”式，工進加壓的負載作用在橫梁和導柱上，受載時橫梁受壓，導柱受拉，受力如圖2.4所示。F-負載T-導柱拉力圖2.4橫梁、導柱受力圖2.4.2導柱設計材料選擇：導柱在工作過程中主要承受拉力，材料必需具備較高的抗拉強度。導柱材料選擇45圓鋼，也可選用鍛件形式。熱處理要求：導柱除了承受拉力之外，外圓柱表面和滑塊之間還存在摩擦力。為了削減導柱表面的磨損，通過表面熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{質和表面淬火。理論設計計算：液壓機的最大主題:負載約為6300kN，通過力傳遞后，最終由四根導柱承受6300kN的拉力，作用在每根導柱上的拉力為1575kN。由許用拉應力公式(2-1)，可計算導柱的平安直徑D。（2-1）式中：—許用應力；取45鋼=80～100MPa；F—軸向拉力；A—橫截面積。即：圓整后取導柱直徑D=160mm，考慮到立柱帶螺紋部分的應力集中對承載實力的減弱，以及為了防止四根導柱因瞬間的受力不均而被破壞，導柱直徑可適當加大，取D=180mm。結構形式：上、下橫梁用立柱調整圓螺母支承，兩端用鎖緊螺母鎖緊。2.4.3橫梁設計結構形式：上橫梁位于立柱上不，用于安裝工作缸，承受工作缸的反作用力。對中小型液壓機其結構形式主要有鑄造和焊接兩種。本次設計的630噸四柱液壓機的上橫梁接受鑄造結構，材料為ZG35。形態(tài)尺寸要求：上橫梁通過立柱連接主機機身上半部，并安裝工作油缸。為使其組成空間合乎要求，以及活塞平穩(wěn)運行，因此要求上橫梁安裝油缸孔的軸線和安裝油缸的臺肩平面應垂直，上橫梁和調整圓螺母接觸面和主油缸臺肩接觸應平行，以及立柱穿過孔的的上下平面應平行等。和油缸的連接方式：依靠圓螺母固定油缸。2.4.4滑塊設計滑塊主要作用：和主油缸活塞桿連接傳遞壓力機的壓力；通過導向套沿導柱導向面上下往復運動；安裝工具等。須要較好的強度、剛度及導向結構?；瑝K材料亦接受ZG35。結構形式：依據(jù)壓制工藝的性質，滑塊無論如何都不能彎曲，因此滑塊常是上面放開的箱形梁，高度可設計低一點。形態(tài)和尺寸要求：滑塊是液壓機的主要運動部件，為保證液壓機的精度要求，要求四導柱導向套孔軸線應相互平行，它應和連接活塞桿孔的中心線平行；這些孔軸線都應和活動橫梁下平面想垂直；和活塞桿接觸平面對下面要求平行。和活塞桿的連接方式：連接方式可分為可動連接和固定連接。固定連接結構是通過活塞端面和以及圓柱面和滑塊協(xié)作連接成不能具有相對運動的整體。本設計的連接方式是通過活塞桿頭螺紋和螺母連接緊固于滑塊內。2.4.5工作臺設計結構形式：工作臺是主機的安裝基礎。工作中承受機器本身的重量及全部載荷。本設計選材料為ZG35，鑄造結構。形態(tài)尺寸要求：工作臺是整機的基礎性零件，是安裝磨具的標準，還要安裝頂出缸和其他零部件。因此對工作臺面的不平度、各部件安裝定位基面均應有必要的技術要求。和頂出缸的連接方式：接受螺釘及法蘭盤將頂出缸固定在工作臺上。固定模具的結構：為了固定模具，一般在工作臺面上設有T型槽，按GB158-59標準尺寸進行加工。第3章壓力機電氣限制系統(tǒng)設計3.1限制系統(tǒng)方式選擇由前所述，液壓機的限制系統(tǒng)主要有繼電器限制方式、可編程限制器限制方式和工業(yè)限制計算機限制方式三種類型。其中，傳統(tǒng)的繼電器限制方式存在較多的不足，設備體積大，在困難限制系統(tǒng)中牢靠性低，維護部便利，節(jié)點困難，通用性和靈敏性差；而工業(yè)限制計算機（簡稱工控機）限制方式是新型的高智能限制方式，雖然其強大的運算和處理實力能滿足各種困難的限制過程要求，但其成本也是比較昂貴的。而可編程限制器（PLC）相對于工控機具有很大的成本優(yōu)勢，相對于繼電器又具有突出的限制優(yōu)勢，其時間響應快、限制精度高、牢靠性好、限制程序可隨工藝變更、易于計算機相連接、維護便利、體積小、質量小、功耗低，等等，目前為各種一般用途中、小型液壓機廣泛接受?？紤]到本設計中的630噸壓力機的特點，選擇PLC作為限制系統(tǒng)的核心元件。3.2PLC概述3.2.1PLC的定義可編程限制器（ProgrammableController，PC或PLC），它是在20世紀70年頭以來，在繼電器限制技術和計算機限制技術的基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動化設備。它以微處理器為核心，集自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，被廣泛應用在自動化限制的各個領域中。1982年2月國際電工委員會（IEC）在頒布可編程限制器標準草案中，對可編程限制器定義為：“一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它接受可編程的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行運算、依次限制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，來限制各種類型的機械設備和生產過程。”可編程限制器及其有關設備應按易于和工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體和具有擴成功能的原則進行設計。3.2.2可編程從限制器的發(fā)展史美國數(shù)字設備公司（DEC）于1969年研制成功了第一臺可編程限制器PDP-14，并在汽車自動裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)限制的新局面。從今這一技術在工業(yè)領域快速發(fā)展起來。從第一臺PLC誕生，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，PLC現(xiàn)已發(fā)展到第三代。各代的特點和應用范圍如下表3.1所示。表3.1各代PLC的特點和應用范圍年頭功能特點應用范圍早期：20世紀60年頭末～70年頭中期接受分立元件和中小規(guī)模集成電路CPU，磁芯存儲器取代電氣限制、能同時完成邏輯限制，模擬量限制中期：20世紀70年頭中期～80年頭中、后期增加困難數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理，遠程I/O和通信功能，接受大規(guī)模集成電路，微處理器，加強自診斷、容錯計算適應大型困難限制系統(tǒng)須要并用于聯(lián)網(wǎng)、通信、監(jiān)控等場合近期：20世紀80年頭中、后期～現(xiàn)在高速大容量多功能，接受32位微處理器，變成語言多樣化，通信功能進一步完善，智能化功能模塊齊全構成分級網(wǎng)絡限制系統(tǒng)，實現(xiàn)圖像動態(tài)過程監(jiān)控，模擬網(wǎng)絡資源共享3.2.3PLC的發(fā)展趨勢隨著應用領域的日益擴大，PLC技術及其產品仍在接著發(fā)展，主要朝著以下的方面發(fā)展。1）微型化、網(wǎng)絡化、開放性；2）智能模塊化；3）編程語言的標準化和高級化；4）網(wǎng)絡通信功能標準化。3.2.4PLC的基本組成PLC的硬件構成主要有：1）中心處理器（CPU）；2）存儲器（系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器）；3）輸入、輸出接口；4）電源。PLC的軟件構成包括系統(tǒng)軟件和用戶程序，其應用程序的編程語言最常用的是梯形圖（LAD）和指令表（STL）。3.36300KN壓力機限制系統(tǒng)分析3.3.1壓力機對限制系統(tǒng)的限制要求1.壓力機的基本工作過程液壓機的工作流程由送料車送料、送料車退回、滑塊快速下行、慢下加壓、保壓延時、卸壓回程、頂出缸頂出、頂出缸退回9個過程組成。在自動限制的壓力機中,從滑塊起先下行至頂出缸退回7個過程可做到全自動依次運行,只有人工按停止按紐或急停按紐干預方能停車。2.設備限制要求壓力機的自動限制系統(tǒng)要求能實現(xiàn)自動及手動兩種限制方式，在正常工作時選擇自動限制方式。液壓機自動工作狀態(tài):將轉換開關打到自動工作狀態(tài),按下滑塊下行啟動按鈕，則壓力機依以下步驟自動工作。

1）液壓機滑塊靠自重快速下行。

2）液壓機滑塊慢下加壓。

3）達到設定壓力起先保壓。

4）保壓延時到卸壓回程。

5）回程到位后,延時確定的時間頂出缸頂出。

6）頂出到位后,延時確定的時間頂出缸退回。

7）延時確定的時間進行下一個工作循環(huán)。壓力機手動工作狀態(tài):將轉換開關打到手動工作狀態(tài)，手動工作過程如下：1）按“壓制”、“回程”按鈕,壓力機滑塊動作；按“停止”按鈕或壓下行程開關，滑塊停止。

2）按“頂出”、“退回”按鈕,頂出缸動作,壓下限位開關停止。其他限制要求：1）壓力機壓制藥柱時，為防止防爆門未關閉就加壓帶來的平安隱患，要求滑塊在防爆門關閉的狀況下才能下行。2）滑塊回到原位時，頂出缸才能頂出；同樣，頂出缸回到原位，滑塊才能下行。3）自動保壓過程為閉環(huán)限制。4）保壓值可手動設定。3.3.2限制系統(tǒng)原理分析設計由上述的工作過程分析，結合PLC閉環(huán)限制的特點，可設計出本壓力機工作和限制的原理如圖3.1所示。負載液壓系統(tǒng)限制臺PLC限制系統(tǒng)負載液壓系統(tǒng)限制臺PLC限制系統(tǒng)壓力變送器壓力變送器圖3.1壓力機限制原理框圖3.4PLC輸入輸出量分析3.4.1輸入輸出支配壓力機的限制系統(tǒng)中，各硬件的作用不同，則在限制系統(tǒng)中的位置也不同，其中，限制按鈕、行程開關和壓力變送器系發(fā)訊元件，要放在輸入端；繼電器、接觸器、信號燈、電磁閥等為收訊元件，要放在輸出端。因此，PLC的輸入輸出可表示成圖3.2。中間繼電器接觸器P中間繼電器接觸器PLC控制按鈕行程開關行程開關信號燈信號燈電源電源電磁閥電磁閥電位器電位器比例閥壓力變送器比例閥壓力變送器圖3.2PLC輸入輸出框圖3.4.2輸入量分析本設計壓力機的電氣限制系統(tǒng)中，須要主電機（用M1表示）啟停按鈕各一個，送料電機（用M3表示）來回按鈕各一個，滑塊下行、返回和停止按鈕各一個，頂出缸頂出和停止按鈕各一個，急停按鈕一個，滑塊行程限位開關三個，頂出缸限位開關兩個，送料車限位開關兩個，自動/手動工作切換開關一個，防爆門關閉行程開關一個，保壓電動機（用M2表示)可以靠自動工作過程中PLC內部程序限制實現(xiàn)啟停，不占用輸入口。因此，總計約20個開關輸入量。由于保壓過程為閉環(huán)限制，須要PLC的模擬量處理，因此初步預料模擬量輸入壓力傳感器（或壓力變送器）一個，壓力設定電位器一個，共2個模擬輸入量。3.4.3輸出量分析壓力機動力系統(tǒng)共有三個壓力機，主電動機為星-三角形啟動，須要三個溝通接觸器；保壓電動機干脆啟動，須要一個溝通接觸器；送料電動機干脆啟動，來回（正反轉）各須要一個溝通接觸器；依據(jù)壓力機的液壓系統(tǒng)中電磁閥的數(shù)量，共有10個電磁線圈，總計約16個開關輸出量。依據(jù)保壓過程閉環(huán)限制過程及保壓回路所用比例閥，須要一路模擬量輸出。3.5PLC選型及硬件配備依據(jù)上述限制特點，接受小型PLC即可滿足功能要求。由于西門子S7-200系列屬于小型PLC，其許多功能達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣。特殊是S7-2000PU22*系列PLC，由于它具有多種功能模塊和人機界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成特殊便利，并且可以很簡潔地組成PLC網(wǎng)絡?？捎锰菪螆D、語句表和功能圖三種語言來編程。且指令功能強，易于駕馭、操作便利。近年來，S7-200PLC已在工業(yè)各領域得到了廣泛的應用。S7-200CPU22*系列PLC共有五種CPU模塊，其各自的技術指標見表3.2。，由于存在模擬量輸入輸出，須要增加模擬量輸入輸出模塊，在西門子S7-200系列PLC中有特地的模擬量I/O擴展模塊。依據(jù)壓力機的輸入輸出量的數(shù)量和特點，本系統(tǒng)接受CPU226作為其主機，EM235作為模擬量輸入輸出擴展模塊。EM235的輸入輸出技術規(guī)范如表3.3所示。表3.2S7-200的CPU型號表3.3模擬量擴展模塊EM235輸入輸出技術規(guī)范輸入技術規(guī)范輸出技術規(guī)范輸入端口數(shù)4輸出端口數(shù)2最大輸入電壓30VDC信號范圍電壓輸出電流輸出±10V0～20mA最大輸入電流32mA辨別率12位A/D轉換器輸入范圍電壓單極性0～10V,0～5V,0～1V,0～50mV,0～100mV,0～50mV辨別率，滿量程電壓電流12位11位電壓雙極性±10V，±5V，±2.5V，±1V，±500mV，±250mV，±100mV，±50mV，±25mV精度，25°C電壓輸出電流輸出±5%滿量程±5%滿量程電流0～20mAAD轉換時間<250μs設置時間100μs電壓輸出2ms電流輸出模擬量輸入階躍響應1.5ms到95%24VDC電壓范圍20.4～28.8最大驅動電壓輸出電流輸出5000Ω最小500Ω最大DC輸入阻抗≥10MΩ電壓輸入；25Ω電流輸入數(shù)據(jù)字格式雙極性，滿量程單極性，滿量程-32000～+320000～32000數(shù)據(jù)字格式電壓電流-32000～+320000～+320003.6輸入輸出方式的選擇和地址支配3.6.1輸入輸出方式的選擇S7-200系列PLC輸入端可干脆接按鈕和行程開關，輸出方式有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種，繼電器輸出的價格便宜，既可以驅動溝通負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的實力較強。因此本設計中選用繼電器輸出方式，由繼電器驅動后續(xù)溝通接觸器和電磁閥線圈。由于輸出點較多，輸出電流較大，因此開關量輸出回路接受外接電源，減小PLC負荷。模擬量輸入電流較小，可干脆輸入，模擬量輸出電流很小，不足以驅動比例閥，可接比例閥驅動電路放大器。3.6.2輸入輸出的地址支配由前所述，壓力機初步估計約19個開關量輸入，兩個模擬量輸入，16個開關量輸出，一個模擬量輸出。經(jīng)分析，輸入量中，因為緊急停車按鈕的設置是為了處置重大設備或人身事故而實行的緊急停機措施，它應干脆作用于總電源的限制器件，假如急停信號通過PLC程序處理，不但占用其1/O點數(shù)，而且不利于快速牢靠地處理平安事故，故可將急停按鈕設在外部電路中?；瑝K下行停止按鈕和下行限位停止按鈕（手動工作）可并聯(lián)共用一個輸入口；防爆門關閉行程開關和滑塊下行啟動按鈕可以串聯(lián)共用一個輸入口。因此，實際只須要17個輸入口即可。輸入元件地址支配列于表3.4中。表3.4輸入元件地址支配開關量輸入限制元件符號地址編號M1啟動按鈕SB1I0.0防爆門關閉行程開關SQ1自動/手動工作切換開關手動SAI0.1自動I0.2M1停止按鈕SB2I0.3滑塊下行啟動按鈕SB3I0.4滑塊慢進加壓行程開關SQ2I0.5滑塊下行手動停止按鈕SB4I0.6滑塊下行停止行程開關SQ3滑塊回程按鈕SB5I0.7滑塊回程停止限位開關SQ4I1.0頂出缸伸出按鈕SB6I1.1頂出缸退回按鈕SB7I1.2頂出缸伸出停止限位開關SQ5I1.3頂出缸退回停止限位開關SQ6I1.4M3正轉啟動按鈕SB8I1.5M3反轉啟動按鈕SB9I1.6送料小車送料到位停止限位開關SQ7I1.7送料小車退回停止限位開關SQ8I2.0模擬量輸入信號名稱信號類型地址編號壓力變送器模擬量信號4-20mA電流AIW0電位器模擬量信號4-20mA電流AIW1輸出口接繼電器，仍為16個輸出。輸入輸出的地址支配如下表3.5所示。表3.5輸出元件地址支配開關量輸出輸出繼電器編號繼電器所驅動元件地址編號名稱符號KA1溝通接觸器KM1Q0.0KA2溝通接觸器KM2Q0.1KA3溝通接觸器KM3Q0.2KA4溝通接觸器KM4Q0.3KA5溝通接觸器KM5Q0.4KA6溝通接觸器KM6Q0.5KA7電磁閥YA1Q0.6KA8電磁閥YA2Q0.7KA9電磁閥YA3Q1.0KA10電磁閥YA4Q1.1KA11電磁閥YA5Q1.2KA12電磁閥YA6Q1.3KA13電磁閥YA7Q1.4KA14電磁閥YA8Q1.5KA15電磁閥YA9Q1.6KA16電磁閥YA10Q1.7模擬量輸出輸出信號信號類型地址編號比例閥限制信號0-20mA電流AQW03.6.3電氣限制系統(tǒng)硬件線路設計依據(jù)壓力機限制系統(tǒng)特點，設計出限制系統(tǒng)硬件線路圖如圖3.3和圖3.4。圖3.3PLC外部I/O接線圖圖3.4主電路接線圖3.6.4電氣設備和元器件選擇由硬件線路圖中所列元件，考慮到壓力機限制系統(tǒng)中各部分對電壓、電流和功率的要求，確定各電氣設備和元器件清單列于表3.6中。表3.6電氣設備及元器件清單名稱代號型號規(guī)格數(shù)量電動機M1Y225L-41電動機M2YH160M11電動機M3Y160M-61溝通接觸器KM、KM1CJX1-1102溝通接觸器KM（2,3）CJX1-632溝通接觸器KM（4,5,6）CJX1-452斷路器QF1DZ20Y-400/31斷路器QF2DZ15-40/21熔斷器FU、FU1RL1-200/200A2熔斷器FU（2,3）RL1-60/60A2熔斷器FU（4,5）RL1-15/6A2熱繼電器FR1JR16-60/3D120A75～1201熱繼電器FR2JR16-60/3D32A20～321熱繼電器FR3JR16-60/3D22A14～221按鈕開關SBLAY3-11ZS/1，紅色1按鈕開關SB（1，3,6,8）LAY3-11D，綠色4按鈕開關SB（2,4）LAY3-11，紅色2按鈕開關SB（5,7,9）LAY3-11，黑色3旋鈕開個SALAY3-22X/3，黑色1行程開關SQ（1,3～7）LXK3-20S/B6行程開關SQ2LXK3-20H/H11整流變壓器VCBKZ-5-～380/-241信號燈HL,HL（1～4）AD0-5,220V,1.5W,紅色5信號燈HL（5～14）DH16-51,24V,2W,綠色10中間繼電器YA（1～10）HHC68B-2Z16電位器RPWWX0.25-11壓力變送器CYB-ZH8011比例溢流閥DBEM10-30/31.5Y/21比例放大器ADVT200013.7限制系統(tǒng)軟件設計3.7.1工作過程分化在設計系統(tǒng)工作程序之前，首先要對系統(tǒng)的工作過程進行詳細的分析。本壓力機有自動和手動兩種工作模式，再加上送料過程，可將總工作分為三個子部分，即自動工作子過程、手動工作子過程和送料子過程。系統(tǒng)工作總過程流程圖如圖3.5所示。圖3.5壓力機工作總流程圖在程序設計過程中，可依據(jù)總工作要求進行總體把握，然后對各子過程工總詳細過程進行分析，最終編出完整程序。3.7.2手動工作子過程分析由本章第3節(jié)中對手動工作過程的描述，結合輸入輸出地址支配特點，繪出圖3.6所示的手動工作子過程流程圖。3.7.3自動工作過程分析由本章第3節(jié)中對自動工作過程的描述，結合輸入輸出地址支配特點，繪出圖3.7所示的自動工作子過程流程圖。圖3.6手動工作過程流程圖圖3.7自動工作過程流程圖3.7.4送料過程分析送料過程中，按下送料開關，送料小車前進至卸料點停止；卸料完畢，按下退回按鈕，送料小車退回至原位停止。該過程的流程圖如圖3.8所示。圖3.8送料過程流程圖3.7.5系統(tǒng)工作指令表程序設計在設計系統(tǒng)共走梯形圖程序之前，首先要了解壓力機液壓系統(tǒng)工作原理和各電器元件及電磁閥動作依次。圖3.8是所設計壓力機的液壓系統(tǒng)原理圖；表3.7為電器元件和電磁閥動作表。圖3.8壓力機液壓系統(tǒng)原理圖表3.7電器元件和電磁閥動作表工作過程序號動作名稱發(fā)訊元件電磁鐵YA（+表示得電動作）電動機M12345678910123急停1緊急停車SB電機啟停1電動機M1啟動SB1+2電動機M1停止SB2送料1送料車前進SB8+2送料車停止，卸料SQ73送料車退回SB9+4送料車退回停止SQ8手動工作1滑塊下行SB3+++2滑塊停止SB4/SQ3+3滑塊回程SB5+++4滑塊回程停止SQ4+5頂出缸頂出SB6+++6頂出缸頂出停止SQ5+7頂出缸退回SB7+++8頂出缸退回停止SQ6+自動工作1滑塊快速下行SB3++++2滑塊慢速下行并加壓SQ2+++++3保壓壓力變送器+++4滑塊泄壓回程PLC計時器++++5滑塊回程停止，頂出缸頂出SQ4+++6頂出缸頂出停止并延時SQ5+7頂出缸退回PLC計時器++++8頂出缸退回停止SQ6+依據(jù)液壓原理圖和各器件動作表，可以設計出相應的指令表程序，見附錄1。3.7.6保壓過程PID限制過程分析在上面的指令表程序中，保壓過程啟動后，用插入子程序的方式表示了保壓過程，其詳細保壓過程中涉及到了PID限制，現(xiàn)在對其進行粗略分析。1.PID限制的原理PID限制原理可以用公式（3-1）表明：（3-1）式中，Yn——PID回路的輸出，是時間的函數(shù)；Kc——PID回路的增益，也叫比例常數(shù)；Ki——積分項的比例常數(shù)；Kd——微分項的比例常數(shù)；Minitial——PID回路輸出的初始值；x——給定值和過程變量的差值。在PLC中要實現(xiàn)PID限制，必需對這個式子進行離散化處理。由于上式中的微分項和積分項在微機中不能干脆精確計算，只能用數(shù)值計算的方法靠近，假如采樣周期取得足夠小，離散后的限制過程和連續(xù)限制特殊接近。西門子S7-200系列PLC中有對應的PID指令，只須要確定上式中的三個比例常數(shù)及采樣頻率即可編出系統(tǒng)所須要的模擬限制子程序。本系統(tǒng)接受的是S7200系列PLC配套的EM235模擬量輸入輸出擴展模塊，來實現(xiàn)被測壓力信號的模擬量輸入和限制比例閥的模擬量輸出。EM235的輸入/輸出均編程為0～20mA范圍，壓力變送器檢測的壓力信號（4～20mA電流），經(jīng)EM235轉換成數(shù)字信號送入PLC，和電位器設定的壓力信號（4～20mA電流，也經(jīng)EM235轉換成數(shù)字量）進行比較處理后，通過PID調整運算，得到確定函數(shù)關系對應的數(shù)字信號，再經(jīng)EM235模塊轉換成模擬的電流信號輸出給比例放大器，再經(jīng)比例放大器將放大后的電流輸送到比例閥線圈，從而調整液壓回路流量，達到壓力限制的目的。PID限制中所用到的技術參數(shù)本設計中有兩路模擬量輸入，壓力檢測信號為主信號，電位器信號為比較信號。壓力檢測信號的特點和所選用的壓力變送器性能特點相關，設計中選用的CYB-ZH801陶瓷壓力變送器的詳細型號為CYB-ZH801L2J2S1W1A1H1，其性能特點列于表3.8中。表3.8CYB-ZH801壓力變送器技術參數(shù)測量范圍0～10KPa···35MPa輸出4～20mA，1～5V，0～5V供電電壓24V±15V（DC）精度（%FS）±0.25.，±0.5壓力過載量程的1.2倍壓力接頭M20×1.5,1/2NPT，1/4NPT結構形式一般，指針顯示，液晶顯示本設計中選用0～32MPa量程，4～20mA電流輸出，則其輸出特性如下圖3.10所示。圖3.10變送器輸出特性由輸出特性，得出輸入輸出的比例系數(shù)初始輸出電流為4mA，則該變送器檢測壓力和輸出電流信號的關系如下：（3-2）式（3-2）中，I是輸出電流，P是檢測壓力。這些參數(shù)可作為工程計算的參考，以確定式（3-1)中的各系數(shù)。設計中選用的電位器為WS-1型有機實芯式電位器，功率1W，阻值范圍100Ω～4.7MΩ。本設計須要選擇的阻值范圍可由式（3-3)確定。（3-3）所用電壓為24V直流，則于是要選擇的電位器工作阻值范圍為1.2～6kΩ。對應所要設定的壓力調整范圍0～32MPa，電位器要調整的阻值和壓力設定值之間的關系可表示為圖3.11。圖3.11電位器阻值和設定壓力關系圖由圖3.11，電位器阻值變更和設定壓力之間的比例系數(shù)為初始電阻為6000Ω，則可得到電位器阻值和設定壓力之間的關系如下式（3-4）所示。（3-4）式（3-4）中，R為電位器工作阻值，P設定是壓力機保壓工作設定值。3.PID限制流程圖設計運用PID指令的關鍵是對輸入信號的采集和轉換過程以及輸出信號的轉換。實際運用中，PID指令的限制程序包括一個初始化程序和PID回路表加載程序以及中斷處理子程序和PID啟動子程序。其流程如圖3.12所示。（a）（b）初始化子程序框圖b.PID限制中斷程序框圖圖3.12PID限制流程圖壓力機電氣限制柜設計本設計中的電氣限制系統(tǒng)配套對應一個專用限制柜，以用來安置PLC、接觸器等電器元件和實現(xiàn)電源配備，它是電源、輸電設備和壓力機之間能量傳送的紐帶。4.1設計參考目前市場上流行的開關柜型號許多,歸納起來和本設計相近的低壓開關柜有以下幾種型號：GGD系列GGD是溝通低壓配電、電器元件固定安裝固定安裝、動力用系列柜的統(tǒng)稱。用途：GGD型溝通低壓配電柜適用于變電站、發(fā)電廠、廠礦企業(yè)等電力用戶的溝通50Hz，額定工作電壓380V，額定工作電流1000-3150A的配電系統(tǒng)，作為動力、照明及發(fā)配電設備的電能轉換、支配和限制之用。結構特點：GGD型溝通低壓配電柜的柜體接受通用柜形式，構架用8MF冷彎型鋼局部焊接組裝而成，并有20模的安裝孔，通用系數(shù)高。GGD柜充分考慮散熱問題。在柜體上下兩端均有不同數(shù)量的散熱槽孔，當柜內電器元件發(fā)熱后，熱量上升，通過上端槽孔排出，而冷風不斷地由下端槽孔補充進柜，使密封的柜體自下而上形成一個自然通風道，達到散熱的目的。GGD柜依據(jù)現(xiàn)代化工業(yè)產品造型設計的要求，接受黃金分割比的方法設計柜體外形和各部分的分割尺寸，使整柜美觀大方，面目一新。柜體的頂蓋在須要時可拆除，便于現(xiàn)場主母線的裝配和調整，柜頂?shù)乃慕茄b有吊環(huán)，用于起吊和裝運。柜體的防護等級為IP30，用戶也可依據(jù)環(huán)境的要求在IP20—IP40之間選擇。2.GCK系列GCK低壓抽出式開關柜(以下簡稱開關柜)由動力配電中心(PC)柜和電動機限制中心(MCC)兩部分組成。該裝置適用于溝通50(60)HZ、額定工作電壓小于等于660V、額定電流4000A及以下的控配電系統(tǒng),作為動力配電、電動機限制及照明等配電設備。結構特點：整柜接受拼裝式組合結構，模數(shù)孔安裝，零部件通用性強，適用性好，標準化程度高。柜體上部為母線室、前部為電器室、后部為電纜進出線室，各室間有鋼板或絕緣板作隔離，以保證平安。MCC柜抽屜小室的門和斷路器或隔離開關的操作手柄設有機械聯(lián)鎖，只有手柄在分斷位置時門才能開啟。受電開關、聯(lián)絡開關及MCC柜的抽屜具有三個位置：接通位置、試驗位置、斷開位置。開關柜的頂部依據(jù)受電須要可裝母線橋。GCX系列GCS型低壓抽出式開關柜運用于三相溝通頻率為50Hz，額定工作電壓為400V（690V），額定電流為4000A及以下的發(fā)、供電系統(tǒng)中的作為動力、配電和電動機集中限制、電容補償之用。廣泛應用于發(fā)電廠、石油、化工、冶金、紡織、高層建筑等場所，也可用在大型發(fā)電廠，石化系統(tǒng)等自動化程度高，要求和計算機接口的場所。結構特點：框架接受8MF型開口型鋼，主構架上安裝模數(shù)為E=20mm和100mm的Φ9.2mm的安裝孔，使得框架組裝靈敏便利。開關柜的各功能室相互隔離，其隔室分為功能單元室、母線室和電纜室。各室的作用相對獨立。水平母線接受柜后平置式排列方式，以增加母線抗電動力的實力，是使主電路具備高短路強度實力的基本措施。電纜隔室的設計使電纜上、下進出均特殊便利。抽屜高度的模數(shù)為160mm。抽屜變更僅在高度尺寸上變更，其寬度、深度尺寸不變。相同功能單元的抽屜具有良好的互換性。單元回路額定電流400A及以下。抽屜面板具有分、合、試驗、抽出等位置的明顯標記。抽屜單元設有機械聯(lián)鎖裝置。抽屜單元為主體,同時具有抽出式和固定性,可以混合組合,隨意運用。柜體的防護等級為IP30IP40,還可以按用戶須要選用。MNS系列MNS型低壓抽出式成套開關設備（以下簡稱開關柜）為適應電力工業(yè)發(fā)展的需求，參考國外MNS系列低壓開關柜設計并加以改進開發(fā)的高級型低壓開關柜，該產品符合國家標準GB7251、VDE660和ZBK36001-89《低壓抽出式成套開關設備》、國際標準IEC439規(guī)定MNS型低壓開關柜適應各種供電、配電的須要，能廣泛用于發(fā)電廠、變電站、工礦企業(yè)、大樓賓館、市政建設等各種低壓配電系統(tǒng)。結構特點：MNS型低壓開關柜框架為組合式結構，基本骨架由C型鋼材組裝而成。柜架的全部結構件經(jīng)過鍍鋅處理，通過自攻鎖緊螺釘或8.8級六角螺栓堅實連接成基本柜架，加上對應于方案變更的門、隔板、安裝支架以及母線功能單元等部件組裝成完整的開關柜。開關柜內部尺寸、零部件尺寸、隔室尺寸均依據(jù)模數(shù)化（E=25mm）變更。MNS型組合式低壓開關柜的每一個柜體分隔為三個室，即水平母線室（在柜后部），抽屜小室（在柜前部），電纜室（在柜下部或柜前右邊）。室和室之間用鋼板或高強度阻燃塑料功能板相互隔開，上下層抽屜之間有帶通風孔的金屬板隔離，以有效防止開關元件因故障引起的飛弧或母線和其它線路短路造成的事故。MNS型低壓開關柜的結構設計可滿足各種進出線方案要求：上進上出、上進下出、下進上出、下進下出。設計緊湊：以較小的空間容納較多的功能單元。結構件通用性強、組裝靈敏，以E=25mm為模數(shù)，結構及抽出式單元可以隨意組合，以滿足系統(tǒng)設計的須要。母線用高強度阻燃型、高絕緣強度的塑料功能板愛惜，具有抗故障電弧性能，使運行修理平安牢靠。各種大小抽屜的機械聯(lián)鎖機構符合標準規(guī)定，有連接、試驗、分別三個明顯的位置，平安牢靠。接受標準模塊設計:分別可組成愛惜、操作、轉換、限制、調整、測定、指示等標準單元，可以依據(jù)要求隨意組裝。通用化、標準化程度高，裝配便利。具有牢靠的質量保證。柜體可按工作環(huán)境的不同要求選用相誚的防護等級。MCS系列MCS智能型低壓抽出式開關柜是一種融合了其它低壓產品的優(yōu)點而開發(fā)的高級型產品，適用于電廠、石油化工、冶金、電信、輕工、紡織、高層建筑和其它民用、工礦企業(yè)的三相溝通50HZ，60HZ，額定電壓380V，額定電流4000A及以下的三相四（五）線制電力系統(tǒng)配電系統(tǒng)，在大型發(fā)電廠、石化、電信系統(tǒng)等自動化程度高，要求和計算機接口的場所，作為發(fā)、供電系統(tǒng)中的配電、電動機集中限制、無功功率補償?shù)牡蛪号潆娧b置。結構特點：開關柜的基本框架接受C型（或8MF型）開口型鋼組裝而成，外型統(tǒng)一、精度高、抽屜互換性好。MCC柜寬度只有600mm，運用空間大，可容納更多的功能單元，節(jié)約建設用地。柜內元件可依據(jù)用戶不同需求，配置各種型號的開關，更好的保證產品高的牢靠性。裝置可預留自動化接口，也可把智能模塊安裝在開關柜上，實現(xiàn)遙信、遙測、遙控等三遙功能。每個抽屜上均裝有一特地設計的操作機構，用于分斷和閉合開關，并具備機械聯(lián)鎖等多種防誤操作功能。4.2柜體設計參考常用低壓開關柜的結構特點，結合本設計電氣系統(tǒng)中所用電器件的類型特點，可以對柜體做如下設計。4.2.1柜體外形設計本設計電氣系統(tǒng)有三個電機，額定功率分別為45KW、11KW、7.5KW，則總功率約為75KW；三個電機的額定電流分別為85.5A、22.4A、16.7A，總電流約為125A。主電機為星-三角形降壓啟動，其他兩電機干脆全壓啟動。綜合考慮所需溝通接觸器數(shù)目及散熱狀況，再加上PLC、斷路器、變壓器等尺寸較大，發(fā)熱較大等特點，選用的柜體主尺寸為：H×L×D=2000×1000×600。其外形如圖4.1所示。圖4.1柜體外形圖1把手2標簽框3開關指示窗4電表5頂檔蓋6指示燈7限制按鈕8限制面板9標簽框10前門4.2.2柜內隔室設計須要裝入柜中的電器件包括：溝通接觸器、PLC、熔斷器、熱繼電器、斷路器、中間繼電器、變壓器和一些接線端子等。這些器件中，劃分隔室時，須要考慮的問題有：斷路器屬常控件，放在易于人手拉動的地方為宜；不同用電電源的器件宜分開安裝；PLC外接中間繼電器，兩者不宜相距太遠；大質量器件，宜安置在柜體下方；發(fā)熱件相互間要避開熱對流方向；器件要便于接線；限制面板對應元件宜單獨成室；等等。綜合考慮，設計柜內隔室如圖4.2所示。圖4.2限制柜隔室劃分示意圖1底室2下隔室3右隔室4左隔室5上隔室6隔板/安裝板7后室空間圖4.2中，下隔室安裝接觸器、熱繼電器、熔斷器等；右隔室安裝PLC、中間繼電器和整流變壓器；左隔室安裝斷路器；上隔室安裝各電表及按鈕和指示燈；后室空間為母線安裝空間。4.2.3器件安裝設計劃分好了隔室，即可對各器件安裝進行設計。底室主要用來散熱，亦可用于備用零部件的存儲，擔憂裝工作電器件。下隔室中，接觸器質量和發(fā)熱均較大，可并排安裝在下室靠下部位，相互之間的橫向距離均衡適當，以保證散熱和避開相互電弧影響。接觸器接線端子安裝在接觸器上方，便利接線。熱繼電器固定于安裝架安裝在下室中部，和接觸器隔開適當距離。三相溝通電熔斷器系經(jīng)常更換器件，安裝在下室上部，和頂板和熱繼電器隔開適當距離，便利置換。熱繼電器和熔斷器右上側均安裝適量端口的接線端子。左隔室并排靠中安裝兩個斷路器，開關觸頭對應柜門上的開關指示窗，便于在不打開柜門的狀況下查看斷路器通斷。接線端子安裝于右上側。右隔室中安裝PLC、整流變壓器和中間繼電器，便利這三者之間的接線。PLC安裝要考慮下列問題：①不要設置在柜內熱空氣聚集的最上部；②為確保通風空間，上下部要和其他的設備、配線管等之間應維持充分的間隔距離；③不要在指定以外的方向進行安裝（如縱向或上下顛倒），否則會造成PLC內部的異樣發(fā)熱；④不要安裝在加熱器、變壓器、大容量電阻等發(fā)熱量大的設備正上方；⑤避開陽光直射的地方。整流變壓器發(fā)熱較大，因此它和PLC不能豎排并排，可將其安裝在右隔室左側，其上方安裝直流熔斷器；右側上部安裝PLC及其擴展模塊，右側下部安裝中間繼電器。上述三者之間均保證適當距離，接線端子安裝于右上側。上室主要用來安裝各電表、限制按鈕和指示燈。電表高度較按鈕和指示燈大，因此電表和后兩者分裝在不同的安裝板上。電表指針面要離限制面板視窗較近但不行伸出；按鈕和指示燈的端面要伸出限制面板之外。后室空間為富有柜深，其作用有二：一，保證充分的通風和散熱空間；二，布置母線。詳細安裝方式及安裝尺寸見于限制柜裝配圖中。4.2.4散熱及平安設計限制柜中有較多發(fā)熱元件，要考慮其通風散熱處理方式。因此，在柜體底室門板上，柜體側面及背面均開設適當散熱孔，開孔位置應對應各主要發(fā)熱元件的位置，以便通風散熱。柜頂開大面積通風網(wǎng)板，為防塵土及雜物，柜頂上部設擋板。另外，限制柜需安置于室內陰涼處，且和壓力機保持適當距離，削減振動對其影響。柜體用地腳螺栓固定，防止意外傾倒。等等?？偨Y本次畢業(yè)設計設計的核心是6300KN壓力機電氣限制系統(tǒng)，對壓力機的限制系統(tǒng)進行了詳細的設計，包括壓力機限制系統(tǒng)分析、PLC選型和I/O口支配、電器元件的選擇、梯形圖程序的設計等，并設計了相應的電氣限制柜及電器件裝配。對壓力機總體結構進行了簡潔的設計，并對其中的滑塊零件進行了典型設計。設計中，通過查閱參考資料和對系統(tǒng)工作過程進行分析擬定了電氣限制系統(tǒng)原理圖，設計了限制系統(tǒng)硬件線路圖，進行了電器元件的選擇，設計出了工作過程中的主要程序；對保壓過程的PID限制也進行了相應的簡要計算，設計了程序流程圖。本次設計時間倉促，實踐閱歷不足，設計結果確定存在確定的不足之處，但該設計的電氣限制系統(tǒng)大體可以滿足壓力機對粉末成型工作的工作要求。設計過程中，通過不斷的查閱資料和學習相應學問，我獲益良多。設計中涉及了材料力學、高等數(shù)學、機械設計、工程材料、電工技術、機電限制、PLC、CAD制圖及三維CATIA設計等諸多學科的學問，有課堂上學過的，也有課本上沒有，須要自己查閱自學的學問。因此，這次設計是高校四年所學學問的一次綜合運用過程，溫故而知新，不僅鞏固了以往所學，更近一步接近了完整的實踐過程，學到了特殊受用的新東西。畢業(yè)設計培育了我們搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運用各種標準和工具書籍以及編寫技術文件的實力，提高了計算、繪圖等基本技能；駕馭了設計的一般程序和方法，進一步學習了現(xiàn)代設計方法；樹立了正確的設計思想及肅穆細致的工作作風，為今后的接著學習深造和進一步發(fā)展奠定了特殊重要的基礎?？傊敬卧O計意義重大，數(shù)不勝數(shù)，實是不行多得的人生歷程。致謝為期半年左右的畢業(yè)設計即將結束，面臨答辯。由于所學學問的局限和實踐閱歷的匱乏，加上時間倉促，本次設計難免有考慮不周的地方。在設計的過程中，指導老師張老師定期檢查我的設計進度并加以指導，訂正我的錯誤，改進我的設計方案，使我能順當完成畢業(yè)設計。開題伊始，張老師就給我們供應了盡可能多的幫助，使我們不至于迷茫，對設計有了總體的明確把握；設計后期，張老師對我們設計中錯誤和不周進行耐性訂正，細心檢查圖紙中的錯誤，所指皆為極易疏忽的地方或重點難點，其淵博的學問、豐富的閱歷、不辭辛苦的品德令我折服。在此對張萃老師表示誠意感謝！同時，我也要感謝高校四年來曾經(jīng)教化過我的老師們，沒有他們的教化我也積累不了現(xiàn)在的學問，也就完成不了這次畢業(yè)設計，在此對這些尊敬的老師們表示感謝！設計中查閱資料得益匪淺，對這些資料的作者也致以真摯的敬意！參考文獻[1]俞新陸.液壓機.機械工業(yè)出版社,2007[2]高春甫,張宏穎主編.機電限制系統(tǒng)設計和分析.學出版社，2007[3]周恩濤.可編程限制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應用.機械工業(yè)出版社，2003[4]劉順安.液壓傳動和氣壓傳動.吉林科學技術出版社，1999[5]雷天絕.新編液壓工程手冊.北京理工高校出版社，1998[6]鄧星鐘.機電傳動限制.華中科技高校出版社，2001[7]張萬忠.可編程限制器入門和應用實例.中國電力出版社，2005[8]孔祥冰等.電氣限制和PLC技術應用.中國電力出版社，2008[9]張高煜，屈明富.PLC指令和梯形圖速查手冊.人民郵電出版社，2008[10]戴仙金主編.西門子S7-200系列PLC應用于開發(fā).中國水利水電出版社，2007[11]常文秀.電工學Ⅱ.機械工業(yè)出版社，2004[12]機械設