多路阀液压试验台组态控制设计大学毕业设计正文管理资料Word文档格式.docx
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缩短油路连线
去掉某些元件
整理和简化油路
整理并重新绘制原理图
元件重新编号
确定子系统个数
划分子系统
子系统命名或编号
重新绘制子系统原理图
分析各个运动循环
分析子系统
列写进、回油路线
分析子系统连接关系
列写电磁铁动作顺序表
总结系统特点
图2-1阅读液压系统原理图的步骤
试验台总体设计思路是这样的：
首先，根据厂家对多路阀感兴趣的性能设计测试方法，参照相应的国家标准设计试验回路。
在原理图的基础上设计试验台，并完成试验台的控制系统，再进行调试和完善。
本论文的任务是对多路阀试验台的结构组成和功用进行分析，在分析实习单位提供的液压试验台原理图前，要从系统的工作任务、系统的工作要求和系统的动作循环等方面内容做相应的了解；
然后，根据上述阅读液压系统原理图的步骤，通过分析各元件的作用及油路的连通情况来弄清楚系统的工作原理；
最后，利用组态王软件完成组态设计。
组态王提供一个仿真PLC设备，用来模拟实际设备向程序提供数据，供用户调试。
程序在实际运行中是通过I/O设备和下位机交换数据的，当程序在调试时，可以使用仿真I/O设备模拟下位机向画面程序提供数据，为画面程序的调试提供方便。
系统试验台和测控系统方案
设计依据
本检测设备依据液压系统试验台和测控系统技术要求设计，是专为检测多路阀性能参数的实验设备。
试验台的各个压力控制液压元件采用先进的比例元件，运行可靠，操作方便，压力、流量等参数均采用数字显示。
对试验台的基本要求
a）可以手动和自动完成试验流程；
b）在控制台和显示器上实时显示各参数和试验进程；
c）可以人机对话，界面友好；
d）结构紧凑，安装、调节、使用、维护方便，通用性和互换性好。
液压系统技术参数
系统额定压力：
主泵35MPa，辅助泵4MPa；
系统额定流量：
主泵190L/min，辅助泵6L/min，
回收泵10L/min循，循环泵160L/min；
系统额定功率：
主泵75kW，，
kW；
试验台总体结构
本试验台结构方框图如图2-2所示。
主电机-油泵
液压台架
试验台架
油箱
多路阀试验台
电源柜
电控系统
启动柜
控制台
工控机柜
图2-2系统总体结构方框图
结构构成及原理
本总试验设备分别由油源泵站、主泵装置、多路阀试验台架以及电控系统组成。
a）油源泵站
1）主油源：
由一台75kW电机，分别带动A1V130变量泵，为系统提供动力油源，油箱容量1200L。
2）辅助泵：
为满足试验系统的控制，配有CBF-F304控制泵，。
另油源中配有自动循环泵CB-B160齿轮泵，电机功率为3kW，可使油液的冷却及过滤自动进行，回收泵可使回收油液经过过滤自动返回主油箱。
3）辅助装置：
为了保证油源的正常安全的使用，还增加了电子液位计、温度控制器、过滤自动进行冷却器以及带发讯器的滤油器等，充分保证正常使用。
b）试验台架
1）架体：
上部安装仪表，架体下部安装回收泵站，台面安装多路阀，多路阀由快速接头及胶管连接，架体中后部安装控制阀组。
2）电气控制台面板：
其上布置有标识字符的仪表、按钮和旋钮（见附表一：
电气控制台面板图），在操作时应随时观察仪表并旋（按）动相应的旋（按）钮。
3）回收油箱：
在试验台架下部设有回收油箱，用于收集拆装被试阀时泄漏的油。
回收油箱装有液位控制器，当油面达到一定高度时，回收泵自己启动，把油经滤油器打回主油箱。
油位低时，回收泵自行停止（油位低时强行启动，会损坏泵）。
图2-3电气控制台面板
其中，电气控制台面板的各仪表、按钮和旋钮参照面板图，其明细单如下：
①仪表
▪“主泵压力”仪表；
▪“主泵流量”仪表；
▪“回油流量”仪表；
▪“油温”仪表；
▪“负荷传感压力（LS）”仪表；
▪“一联加载油压”或“二联加载油压”仪表；
▪“一联加载流量”和“二联加载流量”仪表；
▪“一联先导控制油压”和“二联先导控制油压”仪表；
▪多路阀先导控制压力。
②按钮
▪“急停”按钮；
▪“自动”和“手动”按钮；
▪“主泵启动”和“主泵停止”按钮：
初次启动泵时，或较长时间未使用试验台再次启动时，最好从油泵的泄油口灌入一些液压油，以免泵吸空损坏；
▪“辅助泵启动”和“辅助泵停止”按钮：
测试多路阀的液控联时，需启动：
测试多路阀的比例联时，无需启动；
▪“回收泵启动”和“回收泵停止”按钮：
是调机时使用的，建议不要随便按动；
▪“循环泵启动”和“循环泵停止”按钮：
用于把主油箱中的油泵入冷却器：
主油箱油温高时（55℃），循环泵自行启动；
油温低时（45℃），循环泵自行停止；
▪“主泵上压”和“主泵卸荷”按钮；
▪“先导控制油上压”和“先导控制油卸荷”按钮。
③旋钮
▪“液控联1”三位和“液控联2”三位旋钮：
实现A位、中位、B位的三位转换；
▪“被控联1手动加载”或“被控联2手动加载”旋钮；
▪“液动联1手动调压”和“液动联2手动调压”旋钮：
分别控制两个比例减压阀的压力，其压力不大于4Mpa（已经在控制系统内部限定）；
▪“比例换向联1手动换向”或“比例换向联2手动换向”旋钮：
完成两个比例联的连续换向；
▪状态旋钮。
④指示灯
▪电源；
▪“手动”和“自动”指示灯：
当试验台处于手动测试或调机状态时，台面上的“手动”指示灯亮，自动测试时，“自动”指示灯亮；
▪“启动柜”指示灯；
▪滤油器报警灯：
该灯亮时，应清洗相应的滤油器滤芯或更换之；
▪液位低报警。
建议试验完后还应当把各个旋钮放回中间位置，使各泵处于停止或卸荷状态。
主泵压力的调整
本液压台架在使用过程中一般无须调整，但需要注意观察各个接头处有无泄漏。
如有泄漏，应及时更换密封圈。
唯一需要调整的是控制主泵压力的主油路溢流阀（见图2-4），调整过程如下：
1）调压前，按控制柜的“主泵启动”按钮启动主泵，待启动柜指示灯变绿时，按下“主泵上压”按钮；
2）调压时，先松开调节手柄的锁定螺母，旋动螺栓，同时观察控制台面板上的“主泵压力”仪表，左旋压力下降，右旋压力上升；
3）调压后，拧紧锁定螺母。
图2-4主油路溢流阀
多路阀测试前的安装步骤
1）如图2-5所示，先要把被测阀放置在台架上，连接好进油管、回油管（在阀的右部）、先导换向油管（阀的前部）、加载油管（阀的上部）、泄漏油管、LS油管、先导控制油管（阀的左部）；
图2-5被测多路阀油路连接图
2）无需测试的油口务必用螺塞堵住；
3）把加载比例阀的连线插头插到多路阀的比例联插座里；
4）检查无误后，就可以进行试验了。
本试验台最多同时试验多路阀中的两联。
系统传动控制调节元件
液压系统实现动作切换和动作循环的控制方式多种多样，有行程开关、行程阀、顺序阀、压力继电器以及电磁阀、比例阀或伺服阀等控制方式。
被试的多路阀有液控换向和比例换向两种切换方式，试验台必须提供控制油和比例电磁铁电流供其切换。
由于测试需要按电信号连续加载，也要提供比例溢流阀所需的电流。
比例放大器和电磁阀必不可少。
使用PLC控制顺序动作，提供比例阀电流，利用组态软件和上位工控机通讯，可以完成上述要求。
控制台内设置了PLC和扩展模块、比例放大器、电源等，工控机柜内布置了显示器、微机等，工控机和PLC通过组态软件，显示试验的过程，处理记录的参数。
电控液压阀的控制输入装置
各种液压阀的操作、控制都是通过力（力矩）或位移（角位移）形式的机械量来实现的，一般都采用电控方式。
控制输入装置（控制放大器和电气-机械转换器）是电控液压阀比不可少的重要部分，而且两者是关系密切、相互依存的。
控制放大器是电液控制系统中的第一个环节，其性能的优劣直接影响着系统的控制性能和可靠性。
控制放大器的典型构成如图2-6所示。
图2-6控制放大器的典型构成
比例控制放大器控制比例阀中的比例电磁铁，并对比例阀或电液比例控制系统构成开环或闭环调节。
双路比例控制放大器工作时，始终只让其中一个比例电磁铁通电，这是三位比例方向阀工作要求的。
PLC和扩展模块
大型控制系统用继电器、接触器控制，使用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。
为了解决这一问题，要用一种新型的控制装置PLC取代继电器接触器控制装置，它把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电器接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点溶入其中，且控制装置编程简单，具有强大的扩展功能。
方向控制阀
方向控制阀的主要作用是控制系统中流体的流动方向，其工作原理是利用阀心和阀体之间相对位置的改变来实现通道的接通或断开，以满足系统对通道和执行器启动、停止及运动方向的变换等工作要求。
方向控制阀可分为单向阀和换向阀两大类。
a）普通单向阀
在本液压系统中的普通单向阀可安装在泵的出口处，防止系统中的流体冲击而影响泵的工作；
还可用来分隔通道，防止管路间的压力互相干扰，或当泵检修及多泵合流系统停泵时油液倒灌等。
普通单向阀的图形符号如图2-7所示。
图2-7普通单向阀的图形符号
1）普通单向阀的工作原理（见图2-8）：
当液流从A腔方向流入时，A腔的液压力克服作用在阀芯2上的B腔压力油所产生的液压力、弹簧3的作用力、阀芯2与阀体1之间的摩擦阻力，顶开阀芯，油液从A腔流入B腔，实现正向流动，如图2-8（a）所示。
当压力油从B腔流入时，在B腔液体压力与弹簧力共同作用下，使阀芯紧紧压在阀体的阀座上，液体流动被切断，实现反向截止，如图2-8（b）所示。
图2-8普通单向阀的工作原理
1-阀体；
2-阀芯；
3-弹簧
3）插装阀普通单向阀回路
图2-9中插装阀K液阻桥路在L1、L2间形成单向回路。
油液只能有L1单向地流向L2，插装阀K控制腔上的虚线为控制油路，L3为系统中其他支路。
图2-9插装阀普通单向阀回路
b）电磁换向阀
为了使液压马达正反向都能转动，实现液压油路的沟通、切断和换向，以及压力卸载和顺序动作控制，必须有换向阀。
换向阀是具有两种以上流动形式和两个以上油口的方向控制阀。
电磁换向阀简称电磁阀，它是借助借助电磁铁通电时产生的推力使阀芯在阀体内作相对运动实现换向。
该系统的电磁阀的控制信号由PLC等控制装置发出的信号进行控制。
此液压试验台是工业设备液压系统，由于工作场地固定，且有稳定电源供应，故选用电磁换向阀，根据液压系统的工作要求，选用K型中位机能三位四通电磁换向阀，如图2-10所示。
2-10K型中位机能三位四通电磁换向阀
压力控制阀
a）定压溢流阀
为保证补油泵多余流量能溢流，需设计溢流阀。
定压溢流作用：
在定量泵节流调节系统中，定量泵提供的是恒定流量。
当系统压力增大时，会使流量需求减小。
此时溢流阀开启，使多余流量溢回油箱，保证溢流阀进口压力，即泵出口压力恒定（阀口常随压力波动开启）。
在定量液压泵与流量阀组成的串联截留调速液压系统中，将溢流阀并联在泵的出口处，作为主油路的旁路，与泵一起组成恒压液压源（见图2-11）。
当执行器在快速工况，且负载产生的系统压力低于溢流阀2的开启压力时，溢流阀关闭，此时系统压力取决于负载；
直至执行器转为慢速工况，达到溢流阀的调压值时，溢流阀常开，并限定系统压力，当执行器的负载速度变化引起流量变化时，溢流阀的调节作用使系统压力保持基本恒定，并将多余油液溢流回油箱，从而实现定压溢流。
图2-11进口节流调速液压系统的定压溢流回路
1-定量液压泵；
2-溢流阀；
3-单向阀；
4-节流阀；
5-二位二通换向阀；
6-液压缸
b）安全保护溢流阀
为了保证系统的安全、不超压，就必须设计安全阀。
安全保护作用：
系统正常工作时，阀门关闭。
当系统由于故障、载荷异常等原因导致系统压力过高时，负载超过规定的极限（系统压力超过调定压力）时开启溢流，进行过载保护，使系统压力不再增加（通常使溢流阀的调定压力比系统最高工作压力高10％～20％），从而保护整个液压系统安全。
实际应用中一般有：
作卸荷阀用，作远程调压阀，作高低压多级控制阀，作顺序阀，用于产生背压（串在回油路上）。
c）比例减压阀
比例减压阀是一种电液比例控制阀。
电液比例控制阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压控制阀，既是电液转换元件，又是功率放大元件，其功用是接收电气信号的指令，连续成比例地控制系统的压力、流量等参数，使之与输入电气信号成比例地变化，从而实现对液压系统执行器位移（或转速）、速度（或角速度）、加速度（或角加速度）和力（或转矩）的控制。
图2-12为不带位移电反馈的先导式三通电液比例减压阀，其主阀为三通滑阀结构，先导阀为不带电反馈的直动式电液比例减压阀。
先导控制油引自主阀进口P，配有先导溢流稳定器和手动应急推杆。
工作原理与二通减压阀相似，P→A流通时为减压功能，反向A→T流通时为溢流功能。
图2-12不带位移电反馈的先导式三通电液比例减压阀
本系统中先导控制压力是由比例减压阀连续控制的，面板上有两个旋钮“液动联1手动调压”和“液动联2手动调压”分别两个比例减压阀的压力。
用来模拟负载的加载阀的压力也是由比例阀连续控制的。
上述几种阀都是本试验台所采用的，只是因为流量大，部分阀选用了25通径的插装阀，其原理和普通阀是一样的。
多路阀液压回路的分析
附加液压原理图和电气原理图（见附图二）。
图2-13单向插装阀的液压泵保护回路
图2-13为单向插装阀用作液压泵保护的回路，单向插装阀CV设置在液压泵1的出口，可以防止由于系统压力突然升高而损坏液压泵，也可以防止在系统停止工作时油液倒灌。
四通换向插装阀换向回路
图2-14四通换向插装阀换向回路
四通换向插装阀由两个三通回路组合而成，一个四通换向阀的功率级需要四个插装元件CV1、CV2、CV3、CV4，四个插装元件控制与执行器相通的两个油口A、B组合成图2-14所示的连接方式。
换向过程使油源卸载以减少冲击
图2-15换向过程使油源卸载以减少冲击
如图2-15所示，推动主阀芯的控制用油是由溢流阀遥控口引出的，故主阀芯换向时，溢流阀就卸荷，系统压力降低，主阀芯移动就缓慢，同时由于系统压力降低及主阀芯移动缓慢，这两个原因使换向冲击降低。
当换向结束后溢流阀遥控口没有油液流出，所以溢流阀又停止卸压，系统恢复正常压力。
插装阀溢流压力回路
图2-16插装阀溢流压力回路
图2-16中插装阀K液阻桥路在L1、L2间形成溢流压力回路。
在液阻桥路中，R为先导液阻，为插装阀K主阀芯的开启做连续变化提供条件。
先导溢流阀Dp调定后可保持油压不变。
溢流阀Dp调定为系统最高压力时，回路起安全阀作用。
插装溢流阀的二级调压回路
图2-17插装溢流阀的二级调压回路
1-液压泵；
2,3-先导调压阀；
4-电磁阀
图2-17为插装溢流阀的二级调压回路。
二级调压插装溢流阀1由压力控制插装元件CV与先导调压阀2、3及二位四通电磁换向阀构成。
电磁阀4相当于一个压力选择阀，其电磁铁不通电时，系统压力取决于先导调压阀2；
电磁铁通电时，系统压力决定于先导调压阀3。
但阀3的调定压力要小于调压阀2的压力。
插装电磁卸荷多级溢流压力回路
图2-18插装电磁卸荷多级溢流压力回路
图2-18中插装阀K液阻桥路在L1、L2间形成电磁卸荷多级溢流压力回路。
在一个液阻桥臂上，当三位四通电磁换向阀V的上、下两电磁铁都失电时，溢流回路为卸荷状态。
当电磁换向阀V下电磁铁得电后，低压溢流阀D1工作，溢流回路为低压溢流状态。
当电磁换向阀V上电磁铁得电后，高压溢流阀D2工作，溢流回路为高压溢流状态。
3系统程序设计
多路阀的性能试验
本多路阀液压系统控制台是一款专为检测多路阀性能参数的实验设备。
从阀的性能角度上分，可进行如下的试验：
LS压力设定、先导压力测试、最大流量限制设定、负载变化对单联流量的影响、负载变化对两联同步的影响、输入信号变化对两联同步影响和两片阀工作，测补偿效果等试验。
本论文的软件开发根据负载变化对多路阀两联同步的影响来设计，针对液控联部分的性能测试而进行，测试的具体要求如表3-1所示。
表3-1多路阀性能试验要求
试验内容
负载变化对两联同步的影响（电液控制）
试验方法
主泵2调到额定压力，辅助泵9两路的比例减压阀输出压力一致，被试联换至同一方向，改变加载阀21、27的比例放大器输入信号，记录流量计5、20、26的值。
被试联同换另一方向，同法试验。
试验流程
1）使主泵保持设定压力350bar，即35MPa（或调阀7的安全阀使泵至工作压力）；
2）输入信号给比例减压阀12、15，使先导压力为30bar（或23-40bar之间的值）；
3）向比例溢流阀21、27输入相同加载信号（中间值），开始记录流量计20、26、5处的流量值；
4）分别改变21、27输入信号，一联变到最大值，另一联变到最小值，记录20、26、5处流量值。
5）阀14、17分别得电，使被试联同时换向，同法再试验。
备注
比例放大器的信号都由计算机连续控制、记录、输出曲线。
新组态程序的建立步骤
建立新组态王工程的一般过程是：
a）设计图形界面（定义画面）：
用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备，即多路阀试验台；
b）新建工程项目；
c）定义设备；
d）构造数据库（定义变量）：
创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了液压阀、管道、泵等工控对象的各种属性，比如压力、流量等；
e）启动画面开发系统；
f）建立动画连接：
实现画面上的图素动画地来模拟现场设备的运行，并能够实现操作者输入控制设备的指令；
g）运行和调试。
这七个部分并不是完全独立的，事实上，这七个部分常常是交错进行的。
在组态王画面开发系统编制工程时，要综合考虑图形、数据、连接等三个画面。
组态程序的设计
设计图形界面
根据《多路阀试验台机械原理图（见附图二）》设计多路阀液压试验台组态控制的画面。
画面中包括的重要零部件有：
a）四组泵-电机组：
A11V主泵-电机组、辅助泵-电机组、回油泵-电机组、循环泵-电机组，作为油路的动力源。
b）管道：
实现多种液压回路。
c）油箱：
靠泵-电机组的动力将液压油通过管道进入液压阀，靠液压力实现负载模拟从而检验待测阀的性能。
d）液压阀：
液压回路的控制元件和被测阀，有插装式溢流阀、电磁溢流阀、比例减压阀、电磁换向阀、插装式单向阀、比例溢流阀。
e）压力传感器：
检测液压油的静态和动态压力，并输出与之成比例的电压或电流信号。
对于系统的动态画面影响不大的零部件，适当将其省略，如滤油器、缓冲连接器、截止阀等。
新建工程项目
首先为工程指定工程目录（或称“工程路径”），“组态王”用工作目录标识工程，工作目录下的文件由“组态王”自动管理。
创建工程路径步骤如下：
a）启动“组态王”工程管理器，选择菜单“文件\新建工程”，单击“下一步”继
续，弹出的“新建工程向导之二对话框”；
b）在工程路径文本框中输入“C：
\WINDOWS\Desktop”的工程路径，单击“下一步”继续，弹出“新建工程向导之三对话框”；
c）在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时被作为当前工程的路径名称。
在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。
单击“完成”完成工程的新建。
定义IO设备
组态王把那些需要与之交换的设备或程序都作为外部设备。
外部设备包括：
下位机（PLC、仪表、模块、板卡、变频器等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；
其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；
外部设备还包括网上的其他计算机。
只有在定义了外部设备后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。
本论文的软件定义亚控仿真PLC设备和组态王通信，定义界面如图3-1所示。
仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据，假设仿真PLC连接在计算机的COM1口。
图3-1仿真PLC定义界面
选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，按照提示的要求定义好IO设备指定逻辑名称为“仿
真PLC”，与设备所连接的串口为“COM1”口。
构造数据库
数据库是组态王的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。
在TouchVew运行时，它含有全部数据变量的当前值，其集合形象地称为“数据词典”。
选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框。
创建I/O变量“主泵流量”的界面如图3-2所示。
图3-2创建IO变量
在此对话框对数据完成定义、修改等操作，以及数据库的管理工作。
在变量名处输入变量名：
主泵流量；
在“变量类型”处选择变量类型：
I/O整数；
在“连接设备”中
选择先前定义好的IO设备：
仿真PLC；
在“寄存器”中定义为RADOM1000；
在“数据类型”中定义为：
FLOAT类型其他属性目前不用更改，单击“确定”即可。
创建内存
升级会员 