毕业论文之电液比例控制系统PLC程序设计Word文档格式.doc

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电液比例控制，PID控制，PLC，通讯

I

ABSTRACT

Withthedevelopmentofthehydrauliccontroldevelopmentofthehydrauliccontroltechnology,electro-hydraulicproportionalcontroltechnologyhadbeenappliedformanyfieldsmoreandmore．Thearticleanalyzedtheprincipleandcharactersoftheelectro—hydraulicproportionalcontrolsystem．technology,electro-hydraulicproportionalcontroltechnologyhadbeenappliedformanyfieldsmoreandmore．Thearticleanalyzedtheprincipleandcharactersoftheelectro—hydraulicproportionalcontrolsystem．Itimprovedonthecontrolsystemtotheoriginalproportionalhydraulicsystemcontrolledbysignaluniteandreplaces．Nowthesystemcontrolledbytheprogrammablelogicalcontroller（PLC），andtheimportantstudytargetisproportionalhydraulicpositioncontro1．Theproportionalhydraulicpositionclose—loopcontrolsystemhasbeendesigned,andtheprojectschema,theexperiencesystemcompositionhadbeengiven。

Theloading-flowequationoftheproportionaldirectionvalve，controllingasymmetryhydrauliccylinder,wasanalyzed．Byrelatingtheforce．balanceequation,themathematicalmodelofthehydrauliccylindercontrolledbysymmetricalvalvewasgiven.Accordingtheseequations,themathematicalmodeloftheproportionalhydraulicpositioncontrolsystemwasbuiltanditsdynamiccharacteristicWSSanalyzed．ItalsodiscussestheregularPIDandfuzzy-PIDcontrolalgorithm,designthefuzzy-PIDcontroller,andusethiscontrolalgorithmtothepositioncontrolsystemforadjustingthesystem,buildthesystem’Smathematicalmodelusingtoolboxnamed“Simulink”ofMATLABsoftware．Moreever,suppositionalexperiencesbycomputerhavebeencarriedoutnotonlyhavingdisturbingbutalsonodisturbing．Contrasttheresponseeffectwithoutdisturbingandtheresponseeffectwithdisturbingofthepositioncontrolsystem,thesystemdynamiccharacteristicobtainedindifferentinputsignals．simulatingeffectpointedthatthesystemswithadjustingbycontrolalgorithmaresuperiortothesystemwithout

adjusting,suchasthequickresponse，adjustingability．Fuzzy-PIDcontrolalgorithmhadthesuperioritythePIDcontrolalgorithmandfuzzycontrolalgorithm,andmadethehydrauliccylinderdynamiccharacteristicbetter．Finally,therealexperiencecomponentswereconnectedanduseSimenss7—300PLCtorealizethecontro1．ByplanningrelatedprogramandcontrolalgorithminPLC，theexperiencesstudiesofthepositioncontrolsystemwerecompleted．Thecontrolcharacterswereanalyzedandcomparedfordifferentworksituation．Theexperienceeffectcomportedwiththesimulatingeffect．Butthedifferencewasconsisting．Themaindifferencehastwo．Onewasthattherealvaluewasbiggerthanthegivingvalue；

theotherwasthatthesystemwasinsensitivetodisturbing．causewasmainlyrelatedtothemechanisminertiaandthehydraulicrigidity．Lastly,alittleofcommunicationhadbeenstudiedtothePLCwiththecomputer．Freecommunicationagreementwasadopted,andcommunicationinterfacewasdesignedbyVB6．0software．Andcommunicationalsorealized．Thisismadeexperienceparameterswaseasytomodifyandtheeffectwasvivid．Throughsimulatingandexperiment,resultprovedthatthisexperimentsystemcanfulfilltherequestofthecollegestudent．

KeyWords：

Tech-hydraulicproportionalcontrol，PIDcontrol，PLC,communication，

黄河科技学院毕业设计（论文）第V页

目录

1绪论……………………………………………………………...………………1

1.1课题研究背景…………………………………………………………………11.2电液比例系统概述………………...………………………................……….2

1.2.1电液比例控制技术.........……………………….……………………2

1.2.2比例控制技术发展历史………...………………………………….........…2

1.2.3电液比例控制系统及特点…………………………………........................3

1.3电液比例控制系统…………………………………………........………………5

1.4课程的内容与设计意义…………………………………………………….....7

2电液比例控制系统设计与分析…………………………………….........................7

2.1电液比例系统原理…………………………......................................................7

2.2基于继电器控制的电液比例控制实验系统………………………..............…8

2.2.1电液比例位置控制系统建模……….......................................................…8

2.2.2控制系统数学模型………......................................................................…9

2.2.3PID控制基本原理………........................................................................…9

2.3电气控制要求……………………………………………..........................…11

2.3.1控制系统数学模型……….....................................................................…11

2.4基于PLC的电控系统设计……………...………….........................................12

2.4.1PLC控制原理………..................................................................................13

2.4.2电控系统设计…….....................................................................................14

2.5控制系统要求…………................................................................................…14

2.5.1I/O地址分配……......................................................................................15

2.5.2外围接线图S7-300型PLC……...............................................................16

2.6控制程序设计通过控制面板的转换开关…………........................................17

2.7PLC程序设计………….................................................................................…18

2.8现场调试与通讯…………...........................................................................….19

结束语..........................................................................................................................20

参考文献……………………………………………................................................21

致谢..............................................................................................................................23

附录1……………………………………………...…................................................24

黄河科技学院毕业设计（论文）第38页

1绪论

1．1课题研究背景

液压传动与控制是机械制造及自动化本科专业的专业基础课、必修课，是一门实践性很强的课程。

现代电液控制技术的发展追溯到二次大战时期。

由于军事需要，对武器和飞机的自动控制系统的研究取得了很大的进步。

战争后期，喷气技术取得突破性进展。

由于喷气式毪行器速度很高，因此对控制系统的快速性、动态精度和功率质最比都提出了更高的要求。

工程需要是现代电液控制技术发展的推动力。

1940年底在飞机上首先出现了电液伺服系统，其滑阀由伺服电动机拖动，惯茸很大，限制了系统的动态特性。

19世纪50年代初出现了高速响应的永磁式力矩马达。

50年代后期又出现了以喷嘴挡板阀作为先导级的电液伺服阀，使电液伺服系统成为当时响应最快、控制精度最高的伺服系统。

60年代各种结构的伺服阀相继问世，电液伺服阀技术已日臻成熟。

印年代后期人们对工艺过程控制提出了更高的要求。

现代电子技术特别是微电子集成技术和计算机技术的发展，为工程控制系统提供了充分而且廉价的现代电子装置，各类民用工程对电液控制技术的需求更加迫切和广泛。

传统的电液伺服阀对流体介质的清清度要求十分苛刻，制造成本和维修费用较高，系统能耗也较大，难以为各工业用户所接受，而传统的开关控制又不能满足高品质控制系统的要求。

因此，人们希望开发出一种可靠、廉价、控制精度和响应特性均能满足工业控制系统实际需要的电液控制技术。

20世纪8年代以来，比例技术的发展进入了第三阶段。

比例元件的设计原理进一步完善，采用r压力、流量、位移内反馈及电校正等手段。

在80年代末、90年代初，随着电子技术的高速发展，比例技术出现了质的飞跃。

除了因制造成本所限，比例阀在中位仍保留死区以外，它的稳态和动态特性均已和工业伺服阀无异。

另一项重大进展是，比例技术开始和插装阀相结合，形成了80年代电液比例插装技术。

同时，由于传感器和电子器件的小型化，还出现了电液一体化的比例元件，电液比例技术逐步形成了80年代的集成化趋势。

同时电液比例容积元件，各类比例控制泵和执行元件也相继出现。

因此，从电液比例技术的发展过程可以看出，电液比例技术发展到目前阶段，已经能用伺服比例阀替代传统的伺服阀，用于大多数的工业控制中。

而基于PLC的电液比例控制设计就显得尤为的重要了。

1．2电液比例控制系统概述

1．2．1电液比例控制技术

电液比例技术是流体传动与控制技术中的一个新的分支。

一般人们把使用比例控制元件（含比例控制阀、比例控制泵及比例放大器）的液压系统称为电液比例控制系统。

比例控制是实现元件或系统的被控制量与控制量之间线性关系的技术，依靠这一技术保证输出量的大小按确定的比例随着输入量的变化而变化。

电液比例控制技术是一个起步较晚，但发展极为迅速、应用已相当广泛的机电一体化综合技术，它涉及到流体力学、自动控制原理、微电子技术、自动化技术和计算机技术等相关科学。

1．2．2比例控制技术发展历史

17世纪帕斯卡提出著名的帕斯卡定律，奠定了液压传动的理论基础，流体传动己经历了很长的发展历史，现代电液控制技术的发展只需追溯到二次大战时期。

1940年底在飞机上首先出现了电液伺服系统，其滑阀由伺服电机拖动，伺服电机惯量很大，成了限制系统动态特性的主要环节。

直到50年代初才出现了高速响应的永磁式力矩马达。

50年代后期又出现了以喷嘴挡板阀作为先导级的电液伺服阀，使电液伺服系统成为当时响应最快，控制精度最高的伺服系统。

但是电液伺服器件的价格过于昂贵，对油质要求十分严格，控制损失（阀压降）较大。

使伺服技术难以为更广泛的工业应用所接受。

在很多工业场合，要求有一般的高质量的控制手段，却并不要求太高的控制精度或响应性。

现代工业的迅猛发展，要求开发一种廉价、节能、维护方便、控制精度和响应特性均能满足工业控制系统实际需要的电液控制技术。

而现代电子技术和测试技术的发展为工程界提供了可靠廉价的检测、校正技术。

这些为电液比例技术的发展提供了有利的条件。

比例控制阀是在普通的液压阀的基础上，采用廉价而可靠的比例电磁铁作为电一机械转换元件，取代原来阀内的手动调节器或普通开关式电磁铁。

并相应地改进了阀内的设计和引入各种内反馈控制，从而出现了一种价廉的耐污染的、与一般工业阀相同、性能又能满足大部分工业控制要求的比例元件。

比例液压控制技术的发展大致可以划分为三个阶段。

从1967年瑞士Beringer公司生产I（L比例复合阀起，到70年代初日本油研公司申请了压力和流量比例阀两项专利为止，是比例液压控制技术的诞生时期。

这一阶段的比例阀，仅仅是将比例型的电一机械转换器（如比例电磁铁）用于工业液压阀，以代替开关电磁铁或调节手柄。

阀的结构原理和设计准则几乎没有变化，大多不含受控参数的反馈闭环，其工作频宽仅在1—5Hz之间，稳态滞环在4．7％之间，多用于开环控制。

1975年至1980年间可以认为是比例液压控制技术的发展进入了第二阶段。

采用各种内反馈原理的比例元件大量问世，耐高压比例电磁铁和比例放大器在技术上日趋成熟，比例元件工作频宽己经达到5-15Hz，稳态滞环亦减少到3％左右。

其应用领域日渐扩大，不仅用于开环控制，也被应用于闭环控制。

80年代，比例技术的发展进入了第三阶段。

比例元件的设计原理进一步完善，采用了压力、流量、位移内反馈和动压反馈及电校正手段，使阀的稳态精度、动态响应和稳定性都有了进一步提高。

电液比例技术逐步形成T80年代的集成化趋势。

特别是电液比例容积元件，各类比例控制泵和执行元件相继出现，为大功率工程控制系统的节能提供了技术基础。

除了模拟式的电液比例元件外，人们也注重开发出各种数字式液压元件，数字式液压元件也是今后比例技术发展的一个重要分支。

现在比例阀已有些是把传感器、测量放大器、控制放大器和阀复合在一起的机电一体化的元件，使得结构更加紧凑，性能进一步提高。

随着微电子技术、数字化技术、通信技术和计算机技术的发展，电液比例控制技术的应用越来越普遍，在新系统设计和旧设备改造中正成为重要的选择方案。

目前，电液比例控制技术正在与新的控制策略紧密结合，表现出强大的技术优势【3】。

1．2．3电液比例控制系统及特点

电液比例控制系统分为开环控制和闭环控制系统。

开环控制系统不对被控制量进行检测和反馈，当出现被控量与期望值的偏差时无法进行修正。

这类系统一般控制精度不高。

但与开关式液压控制相比，控制质量和方式都有改进和简化。

这类开环系统由于不存在信号和能量的反馈，因而系统稳定性好，容易设计。

是目前最常见的比例控制系统。

闭环系统引入了反馈回路。

它用被控制量与输入量（给定）的偏差信号作为真正的控制信号，最后使输出量尽量与输入量相一致。

在

受到干扰时仍能消除偏差或把偏差控制在要求的精度内，系统的输出能较准确地复现输入信号的变化规律。

但由于有反馈的存在，其稳定性成为设计的主要考虑问题，特别是比例阀工作在较大的范围时，其非线性的影响不能忽略。

电液比例控制系统由放大元件、电液比例控制元件、动力执行元件及动力源、工程负载及信号检测反馈处理元件组成。

它们的主要功能如下：

（1）指令元件及放大器件（输入元件）：

它是控制信号的产生、输入及放大的元件，也可称为输入电路，在有反馈信号存在的情况下，它给出与反馈信号有相同形式和数量级的控制信号。

（2）电—机械转换器：

它是电液的接口元件，一般是动铁式电磁器件，它把控制信号转换为力（力矩）或位移（转角）等机械量控制信号。

（3）比较元件：

它的功用是把给定输入与反馈信号进行比较，得