苏ICP备112451047180号-6
压力机控制系统设计分析
摘要：本文为液压机机控制系统方面的设计。液压式压力机主要油缸，液压杆——（提供动力），工作台（工装，模具）和电气部分组成。液压系统有等动力部分、执行部分、辅助部件、控制部分组成。本次论文设计重点是对电气控制系统的设计分析。给定设主机包含工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等机构。通过对工作过程的参数分析,确定控制方案,完成了PLC选型、输入和输出分布、组件选择和硬件线路设计过程和相应的程序分析和编程。设计的控制系统可以实现按起止,送料,手动/自动工作和安全联锁装置的工作要求,确保安全的液压机工作。最后,介绍了控制柜的设计,包括分布柜体的立场出现大小,内部结构、设备安装、通风冷却方案等。
关键词：压力机； 控制系统 ；PLC
Press control system design and analysis
Abstract：This thesis is designed to press control system design and analysis. Press the main host, hydraulic system, electrical control system. Hydraulic system with control devices, actuators, auxiliary components, power plant, the working medium, etc. This paper designs the key is the design of electrical control system analysis. Given a host including workbench, guide pin, slide block, cylinder and ejection cylinder structure. The parameters of working process, through the analysis, the control scheme is determined, completed the PLC type selection, the input and output distribution, component selection and hardware circuit design process and the corresponding program analysis and programming. Preserved in the process of pressure closed loop control is analyzed and calculated, understand the parameters. Designed control system can realize the start-stop, feeding, manual/automatic work and working requirements of safety interlock to ensure the safety of hydraulic press. Finally, the paper introduces the design of the control cabinet, including the distribution of cabinet put oneself in another's position size, internal structure, equipment installation, ventilation cooling scheme, etc.
Keywords：press machine; control system ; PLC
1 绪论
1.1压力机控制系统的基本介绍
液压机是根据帕斯卡原理,它是用液体作为介质，制造出来的用来传递能量以实现各种工艺的机器。一般由主机、控制系统和液压泵站的三个部分。如图1-1所示。泵站是动力的来源、供应液压执行机构和控制机构工作的高压液体；控制系统控制机制,它通过控制流的工作流体按照工艺要求完成由于执行一些操作；本体为液压机的执行机构。
液压机适用于各行各业，在工业生产过程中是最主要的锻压设备。它有这些特点：
（1） 容易获得比较大的总压力，行程和工作空间比较大。
（2） 伴随着大功率和高轻型的呈现，大大提升了快速液压机机能，并且顺应以更多的工作前提和普及更多的应用。
1.2压力机控制系统的发展历史
因为液压机发展很久，它的机械方面也就是整体的布局和液压方面的系统已经很成熟，所以接下来最为主要的就是控制系统方面的发展。随着微电子技术的快速成长为液压机的工作效率和稳定性还有其他方面的性能提供了改观。世界上的液压产品,根据控制系统的不同,大致上可以分为以下三种类型:一种传统液压机主要用的控制元件为继电器;一个是使用PLC控制液压机;第三种高性能液压机是的。三种类型的液压机在性能上有着巨大的差异,应用的范围、模式、环境也不相同。但未来它的发展发展方向是智能和高速化。
（1）传统的控制方法是延续了很多年的继电器控制方法,它的技术要求低，线路构造简易，适应各种工作环境的能力不够。适用于单机工作,处理产品的大规模生产精度不高,由于限制电路的稳定性和灵活性。
（2）机械和自动化生产过程。当今的世界科学技术的飞速创新发展，大力发展了可编程控制器的功能。最开始的时候可编程控制器的功能只是处理一些简单的逻辑运算。后来一部分电子产品开发商就创立了微电子处理器可编程控制器的中央处理单元(CPU),用来以增加控制器的一些新的性能,它不单单进行一些简单的逻辑控制,并且还可以进行很多很复杂的控制模拟功能。所以,可编程控制器控制的模式是一是传大模式和工业控制机控制模式之间的一种控制模式[1]。因此它的稳定性和灵动性大大提高。
（3）计算机控制技术快速发展并且已经发展的非常的成熟和稳定，所以开发了更高技术含量的控制方法那就是工业控制模式。它的这种控制方法在工业方面的控制模式或单个机器为最重要的控制单元,然后它用外部接口设备(如A / D、D / A板,等)或直接使用数字阀来实现控制液压系统,同时使用多种传感器闭环系统,以达到精确控制的目的。
2 6300KN压力机总体方案设计
2.1 6300KN压力机的组成
由图2-1所示，我这里采纳的液压机的主体的机型是“三梁四柱”的型号，由主缸、横梁、滑块、导柱、工作台等五个部分组成的主要结构，一个完整的液压控制系统主要由液压油、液压泵、执行机构,控制元件,辅助元件这五个部分组成。
在这里我们用可编程序控制器(PLC)为新形式控制方法作为最重要的控制组件设计出液压系统的电气控制范围,它主要有输入以及输出电路、压力变送器、还有PLC这四部分组成。
图 2-1 压力机主机结构图
图中的1-7分别代表副油缸、横梁、主缸、导柱、顶出缸、工作台、滑块[2]。
2.2 压力机的工况特点
根据实际的情况我们所设计的液压机的最主要的技术参数为表2-1所示[3]。
表2-1 设计参数
在实际的工厂环境中,把它分为手动模式和自动模式这两种工作状态下进行工作。两种工作模式的工作过程如下：
自动工作：滑块快进→滑块工进→保压延时→泄压延时→回程→顶出顶出缸→回退顶出缸。
手动工作：滑块正常启动后可以在任意的地方手动停止并且可以手动缩回；手动顶出和退回。
3 压力机电气控制系统设计
3.1 控制系统方式选择
这里选择PLC为控制系统的最主要的组件。因为用了很久的继电器控制方式的缺点是越来越多多,沉重的设备,复杂控制系统并且可靠度低,节点复杂,通用性和灵活也都非常低；工业控制计算机控制方法是一种新的智能控制方法,但其成本也更昂贵[6]。和可编程序控制器(PLC)相对于工业控制有巨大的成本优势,相对于继电器控制也有突出的优势,时间响应快,控制精度高,可靠性好。
3.2 PLC概述
3.2.1 PLC的定义
PLC(可编程序控制器、PC和PLC)是形成与在1970年代,他是以继电器控制技术和计算机控制技术为基础而发展出来一种新的工业生产过程中的一种自动化设备[7]。
3.2.2 可编程从控制器的发展史
表3-1 各代PLC的特点和应用范围
总结
设计过程中,通过访问数据和相应的知识,我受益很多。这些使用到的书籍分别是高数、机械设计、PLC原理、CAD制图、材料力学等，这里面所运用的大量的只是需要我去耐心的自学，涉及到太多的综合性知识。因此,本设计是一个综合性大学四年的知识在使用过程中,考虑到这次论文更近一步接近完整的实践过程,学习新事物是非常有用的。毕业设计培养课本之外的能力,为继续学习和对未来的进一步发展奠定了基础。总之,设计具有重要意义,是无穷无尽的,是难得的旅程。论文的核心设计的液压控制系统设计与分析、按控制系统的设计细节,包括控制系统分析、选择PLC和I / O端口的分配,选择电器元件,如梯形图的设计过程,并设计相应的电气控制柜和电器零件组装。整体结构的设计很简单,和典型的设计进行了滑块部分。在这次设计中,工作过程进行了分析,制定出来的电气控制系统的原理效果图,控制系统的硬件电路图设计,电气元件的选择,设计出主程序的工作过程中,保存在压力的过程也进行了相应的计算简单,PID控制程序流程图的设计。
参考文献
[1]肖剑平.基于PLC伺服电机和触摸屏在控制系统中的应用[J].宁波轻工机械制造有限公司.2015年12期;P13—P22
[2]刘俊、郭瑞波、杨斌、付宝全、彭常户.30 MN油压机顶出油缸故障分析与维修[J] .西部超导材料科技股份有限公司制造一厂.2014年3期 :P113—P114,118
[3]陈成. 20MN快速薄板成型液压机液压系统设计与仿真[D] .合肥工业大学. 2013
[4]李龙. 基于机电液联合仿真的2000KN五轴模锻液压机同步特性研究[D] .重庆大学
[5]冯瑞年. YA32-500四立柱液压机结构有限元分析和优化设计[D]. 武汉理工大学 .2014
[6]王龙刚. 基于PSO-BP的智能温度控制器[D]. 西安科技大学 2012
[7]乐为. 如何对CA6140车床控制系统的进行改进[J] .2011年14期
[8]成晓军、王悦善 .粉末制品液压机液压系统的研究与设计--二通插装阀在液压机上的应用[J] .重庆三峡学院学报. 2014年3期: P57—P63
[9]向六昭 .浅述安全压力机的电气系统[J]. 机床电器 2006年3期 :P12—P15
[10]刘成、张波、李碧琼. 卷筒包装机折边臂控制系统研究[J] .湖北工业大学学报 .2012年4期 :P58—P60
[11] 常文秀. 电工学Ⅱ. 机械工业出版社，2004
[12] 机械设计手册编委会. 机械设计手册（单行本）液压传动控制. 机械工业出版社，2007
[13] 董景新. 控制工程基础. 清华大学出版社， 2007
[14] 杨帮文. 新型传感器和变送器实用手册. 电子工业出版社，2008
[15] 杨帮文. 最新传感器实用手册. 人民邮电出版社，2004
摘要：本文为液压机机控制系统方面的设计。液压式压力机主要油缸，液压杆——（提供动力），工作台（工装，模具）和电气部分组成。液压系统有等动力部分、执行部分、辅助部件、控制部分组成。本次论文设计重点是对电气控制系统的设计分析。给定设主机包含工作台、导柱、滑块、上缸、顶出缸等机构。通过对工作过程的参数分析,确定控制方案,完成了PLC选型、输入和输出分布、组件选择和硬件线路设计过程和相应的程序分析和编程。设计的控制系统可以实现按起止,送料,手动/自动工作和安全联锁装置的工作要求,确保安全的液压机工作。最后,介绍了控制柜的设计,包括分布柜体的立场出现大小,内部结构、设备安装、通风冷却方案等。
关键词：压力机； 控制系统 ；PLC
Press control system design and analysis
Abstract：This thesis is designed to press control system design and analysis. Press the main host, hydraulic system, electrical control system. Hydraulic system with control devices, actuators, auxiliary components, power plant, the working medium, etc. This paper designs the key is the design of electrical control system analysis. Given a host including workbench, guide pin, slide block, cylinder and ejection cylinder structure. The parameters of working process, through the analysis, the control scheme is determined, completed the PLC type selection, the input and output distribution, component selection and hardware circuit design process and the corresponding program analysis and programming. Preserved in the process of pressure closed loop control is analyzed and calculated, understand the parameters. Designed control system can realize the start-stop, feeding, manual/automatic work and working requirements of safety interlock to ensure the safety of hydraulic press. Finally, the paper introduces the design of the control cabinet, including the distribution of cabinet put oneself in another's position size, internal structure, equipment installation, ventilation cooling scheme, etc.
Keywords：press machine; control system ; PLC
1 绪论
1.1压力机控制系统的基本介绍
液压机是根据帕斯卡原理,它是用液体作为介质，制造出来的用来传递能量以实现各种工艺的机器。一般由主机、控制系统和液压泵站的三个部分。如图1-1所示。泵站是动力的来源、供应液压执行机构和控制机构工作的高压液体；控制系统控制机制,它通过控制流的工作流体按照工艺要求完成由于执行一些操作；本体为液压机的执行机构。
液压机适用于各行各业，在工业生产过程中是最主要的锻压设备。它有这些特点：
（1） 容易获得比较大的总压力，行程和工作空间比较大。
（2） 伴随着大功率和高轻型的呈现，大大提升了快速液压机机能，并且顺应以更多的工作前提和普及更多的应用。
1.2压力机控制系统的发展历史
因为液压机发展很久，它的机械方面也就是整体的布局和液压方面的系统已经很成熟，所以接下来最为主要的就是控制系统方面的发展。随着微电子技术的快速成长为液压机的工作效率和稳定性还有其他方面的性能提供了改观。世界上的液压产品,根据控制系统的不同,大致上可以分为以下三种类型:一种传统液压机主要用的控制元件为继电器;一个是使用PLC控制液压机;第三种高性能液压机是的。三种类型的液压机在性能上有着巨大的差异,应用的范围、模式、环境也不相同。但未来它的发展发展方向是智能和高速化。
（1）传统的控制方法是延续了很多年的继电器控制方法,它的技术要求低，线路构造简易，适应各种工作环境的能力不够。适用于单机工作,处理产品的大规模生产精度不高,由于限制电路的稳定性和灵活性。
（2）机械和自动化生产过程。当今的世界科学技术的飞速创新发展，大力发展了可编程控制器的功能。最开始的时候可编程控制器的功能只是处理一些简单的逻辑运算。后来一部分电子产品开发商就创立了微电子处理器可编程控制器的中央处理单元(CPU),用来以增加控制器的一些新的性能,它不单单进行一些简单的逻辑控制,并且还可以进行很多很复杂的控制模拟功能。所以,可编程控制器控制的模式是一是传大模式和工业控制机控制模式之间的一种控制模式[1]。因此它的稳定性和灵动性大大提高。
（3）计算机控制技术快速发展并且已经发展的非常的成熟和稳定，所以开发了更高技术含量的控制方法那就是工业控制模式。它的这种控制方法在工业方面的控制模式或单个机器为最重要的控制单元,然后它用外部接口设备(如A / D、D / A板,等)或直接使用数字阀来实现控制液压系统,同时使用多种传感器闭环系统,以达到精确控制的目的。
2 6300KN压力机总体方案设计
2.1 6300KN压力机的组成
由图2-1所示，我这里采纳的液压机的主体的机型是“三梁四柱”的型号，由主缸、横梁、滑块、导柱、工作台等五个部分组成的主要结构，一个完整的液压控制系统主要由液压油、液压泵、执行机构,控制元件,辅助元件这五个部分组成。
在这里我们用可编程序控制器(PLC)为新形式控制方法作为最重要的控制组件设计出液压系统的电气控制范围,它主要有输入以及输出电路、压力变送器、还有PLC这四部分组成。
图 2-1 压力机主机结构图
图中的1-7分别代表副油缸、横梁、主缸、导柱、顶出缸、工作台、滑块[2]。
2.2 压力机的工况特点
根据实际的情况我们所设计的液压机的最主要的技术参数为表2-1所示[3]。
表2-1 设计参数
| 参 数 项 | 参 数 | |
| 公称压力（最大负载） | 6300KN | |
| 主缸回程力 | 1250KN | |
| 顶出缸顶出力 | 1000KN | |
| 滑块行程 | 1000mm | |
| 顶出行程 | 355mm | |
| 滑块速度 | 空程下行 | 100mm/s |
| 工进 | 6mm/s | |
| 回程 | 60mm/s | |
| 顶出活塞速度 | 顶出 | 80mm/s |
| 退回 | 160mm/s | |
自动工作：滑块快进→滑块工进→保压延时→泄压延时→回程→顶出顶出缸→回退顶出缸。
手动工作：滑块正常启动后可以在任意的地方手动停止并且可以手动缩回；手动顶出和退回。
3 压力机电气控制系统设计
3.1 控制系统方式选择
这里选择PLC为控制系统的最主要的组件。因为用了很久的继电器控制方式的缺点是越来越多多,沉重的设备,复杂控制系统并且可靠度低,节点复杂,通用性和灵活也都非常低；工业控制计算机控制方法是一种新的智能控制方法,但其成本也更昂贵[6]。和可编程序控制器(PLC)相对于工业控制有巨大的成本优势,相对于继电器控制也有突出的优势,时间响应快,控制精度高,可靠性好。
3.2 PLC概述
3.2.1 PLC的定义
PLC(可编程序控制器、PC和PLC)是形成与在1970年代,他是以继电器控制技术和计算机控制技术为基础而发展出来一种新的工业生产过程中的一种自动化设备[7]。
3.2.2 可编程从控制器的发展史
表3-1 各代PLC的特点和应用范围
| 年代 | 功能特点 | 应用范围 |
| 早期：20世纪60年代末～70年代中期 | 采用分立元件和中小规模集成电路CPU，磁芯存储器 | 取代电气控制、能同时完成逻辑控制，模拟量控制 |
| 中期：20世纪70年代中期～80年代中、后期 | 增加复杂数值运算和数据处理，远程I/O和通信功能，采用大规模集成电路，微处理器，加强自诊断、容错计算 | 适应大型复杂控制系统需要并用于联网、通信、监控等场合 |
| 近期：20世纪80年代中、后期～现在 | 高速大容量多功能，采用32位微处理器，变成语言多样化，通信功能进一步完善，智能化功能模块齐全 | 构成分级网络控制系统，实现图像动态过程监控，模拟网络资源共享 |
总结
设计过程中,通过访问数据和相应的知识,我受益很多。这些使用到的书籍分别是高数、机械设计、PLC原理、CAD制图、材料力学等，这里面所运用的大量的只是需要我去耐心的自学，涉及到太多的综合性知识。因此,本设计是一个综合性大学四年的知识在使用过程中,考虑到这次论文更近一步接近完整的实践过程,学习新事物是非常有用的。毕业设计培养课本之外的能力,为继续学习和对未来的进一步发展奠定了基础。总之,设计具有重要意义,是无穷无尽的,是难得的旅程。论文的核心设计的液压控制系统设计与分析、按控制系统的设计细节,包括控制系统分析、选择PLC和I / O端口的分配,选择电器元件,如梯形图的设计过程,并设计相应的电气控制柜和电器零件组装。整体结构的设计很简单,和典型的设计进行了滑块部分。在这次设计中,工作过程进行了分析,制定出来的电气控制系统的原理效果图,控制系统的硬件电路图设计,电气元件的选择,设计出主程序的工作过程中,保存在压力的过程也进行了相应的计算简单,PID控制程序流程图的设计。
参考文献
[1]肖剑平.基于PLC伺服电机和触摸屏在控制系统中的应用[J].宁波轻工机械制造有限公司.2015年12期;P13—P22
[2]刘俊、郭瑞波、杨斌、付宝全、彭常户.30 MN油压机顶出油缸故障分析与维修[J] .西部超导材料科技股份有限公司制造一厂.2014年3期 :P113—P114,118
[3]陈成. 20MN快速薄板成型液压机液压系统设计与仿真[D] .合肥工业大学. 2013
[4]李龙. 基于机电液联合仿真的2000KN五轴模锻液压机同步特性研究[D] .重庆大学
[5]冯瑞年. YA32-500四立柱液压机结构有限元分析和优化设计[D]. 武汉理工大学 .2014
[6]王龙刚. 基于PSO-BP的智能温度控制器[D]. 西安科技大学 2012
[7]乐为. 如何对CA6140车床控制系统的进行改进[J] .2011年14期
[8]成晓军、王悦善 .粉末制品液压机液压系统的研究与设计--二通插装阀在液压机上的应用[J] .重庆三峡学院学报. 2014年3期: P57—P63
[9]向六昭 .浅述安全压力机的电气系统[J]. 机床电器 2006年3期 :P12—P15
[10]刘成、张波、李碧琼. 卷筒包装机折边臂控制系统研究[J] .湖北工业大学学报 .2012年4期 :P58—P60
[11] 常文秀. 电工学Ⅱ. 机械工业出版社，2004
[12] 机械设计手册编委会. 机械设计手册（单行本）液压传动控制. 机械工业出版社，2007
[13] 董景新. 控制工程基础. 清华大学出版社， 2007
[14] 杨帮文. 新型传感器和变送器实用手册. 电子工业出版社，2008
[15] 杨帮文. 最新传感器实用手册. 人民邮电出版社，2004
目 录
1 绪论 1
1.1压力机控制系统的基本介绍 1
1.2压力机控制系统的发展历史 1
2 6300KN压力机总体方案设计 3
2.1 6300KN压力机的组成 3
2.2 压力机的工况特点 3
2.3 压力机主机组件设计 4
2.3.1 主机负载分析 4
2.3.3 横梁设计 6
2.3.4 滑块设计 6
2.3.5 工作台设计 6
3 压力机电气控制系统设计 7
3.1 控制系统方式选择 7
3.2 PLC概述 7
3.2.1 PLC的定义 7
3.2.2 可编程从控制器的发展史 7
3.2.3 PLC的发展趋势 7
3.2.4 PLC的基本组成 8
3.3 6300KN压力机控制系统分析 8
3.3.1 液压机对系统要求 8
3.3.2 控制系统原理分析设计 9
3.4 PLC输入输出量分析 9
3.4.1 输入输出分配 9
3.4.2 输入量分析 10
3.4.3 输出量分析 10
3.5 PLC选型及硬件配备 10
3.6 输入输出方式的选择和地址分配 11
3.6.1 输入输出方式的选择 11
3.6.2 输入输出的地址分配 11
3.6.3 电气控制系统硬件线路设计 13
3.6.4 电气设备和元器件选择 13
3.7 控制系统软件设计 14
3.7.1 工作过程分化 14
3.7.2 手动工作子过程分析 15
3.7.3 自动工作过程分析 15
3.7.4 送料过程分析 17
3.7.5 系统工作指令表程序设计 18
4 电气控制柜设计 21
4.1 设计参考 21
4.2 柜体设计 21
4.2.1 柜体外形设计 21
4.2.2 柜内隔室设计 22
4.2.3 器件安装设计 23
4.2.4 散热及安全设计 24
5 总结 25
致谢 26
参考文献 27
附录1 程序 28
