电液比例控制系统PLC程序设计毕业论文.doc
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1、 摘要 随着电子技术、计算机技术等的快速发展以及向工程机械领域的不断渗透,现代工程机械正处于机电液一体化的发展时代。作为1种新的液压传动控制技术,电液比例控制将液压系统某些功能集成到电液比例控制器内,简化了液压系统的构成,提高了液压系统动作的稳定性和可靠性。电液比例控制的理论研究和技术的发展已成为工程机械领域发展的一大趋势,是液压工业和控制工程1个新的技术热点和增长点。在工科学院的许多试验设备中,经常需要对各种力学参量、物理学参量及运动过程进行控制。这些设备中的许多动力源都是液压工作站,控制方法多通过购买市场的控制模块,实现控制过程的参数设置,从而完成控制过程。这样就导致试验过程中学生对控制系
2、统甚少了解,且科研任务的设计方案易受控制设备的限制而不能灵活变更等许多问题。因此,在实验室的条件下建立1个灵活、开放式的电液比例控制系统,具有重要的现实意义。搭建了电液比例控制系统,选用西门子S7300PLC实现其控制,对PLC通过软件编制了相关算法和控制程序,在实验台上完成了该位置控制系统的实验研究,对无干扰和有干扰工作条件下控制特性进行了分析比较,并对两种控制算法在无干扰和有干扰的情况下的仿真和实验结果进行了对比分析。实验结果与仿真结果基本一致,但与仿真结果存在差异,主要表现在实际运行过程中有超调,系统对干扰不敏感,这主要与系统的机械惯性和液压系统的刚度较大有关;最后,对PLC与上位计算机
3、的通讯做了一些研究,采用了西门子PLC中的自由口通讯协议,用VB60软件设计了通讯界面,实现了PLC与上位计算机之间的通讯,使得实验结果更加直观。关键词:电液比例控制,PID控制,PLC,通讯 ABSTRACT With the development of the hydraulic control development of the hydraulic control technology,electro-hydraulic proportional control technology had been applied for many fields more and moreThe
4、article analyzed the principle and characters of the electrohydraulic proportional control systemtechnology,electro-hydraulic proportional control technology had been applied for many fields more and moreThe article analyzed the principle and characters of the electrohydraulic proportional control s
5、ystemIt improved on the control system to the original proportional hydraulic system controlled by signal unite and replacesNow the system controlled by the programmable logical controller(PLC),and the important study target is proportional hydraulic position contro1The proportional hydraulic positi
6、on closeloop control system has been designed,and the project schema,the experience system composition had been given 。The loading-flow equation of the proportional direction valve,controlling asymmetry hydraulic cylinder,was analyzedBy relating the forcebalance equation,the mathematical model of th
7、e hydraulic cylinder controlled by symmetrical valve was given .According these equations,the mathematical model of the proportional hydraulic position control system was built and its dynamic characteristic WSS analyzedIt also discusses the regular PID and fuzzy-PID control algorithm,design the fuz
8、zy-PID controller,and use this control algorithm to the position control system for adjusting the system,build the systemS mathematical model using toolbox named“Simulink”of MATLAB softwareMore ever,suppositional experiences by computer have been carried out not only having disturbing but also no di
9、sturbingContrast the response effect without disturbing and the response effect with disturbing of the position control system,the system dynamic characteristic obtained in different input signalssimulating effect pointed that the systems with adjusting by control algorithm are superior to the syste
10、m without adjusting,such as the quick response,adjusting abilityFuzzy-PID control algorithm had the superiority the PID control algorithm and fuzzy control algorithm,and made the hydraulic cylinder dynamic characteristic betterFinally,the real experience components were connected and use Simens s730
11、0PLC to realize the contro1By planning related program and control algorithm in PLC,the experiences studies of the position control system were completedThe control characters were analyzed and compared for different work situationThe experience effect comported with the simulating effectBut the dif
12、ference was consistingThe main difference has twoOne was that the real value was bigger than the giving value;the other was that the system was insensitive to disturbingcause was mainly related to the mechanism inertia and the hydraulic rigidityLastly,a little of communication had been studied to th
13、e PLC with the computerFree communication agreement was adopted,and communication interface was designed by VB60 softwareAnd communication also realizedThis is made experience parameters was easy to modify and the effect was vividThrough simulating and experiment,result proved that this experiment s
14、ystem can fulfill the request of the college studentKey Words:Tech-hydraulic proportional control,PID control, PLC,communication,目 录1 绪论 . 11.1课题研究背景 1 1.2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.51.4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
15、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 2.2.3 PID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.112.4基于PLC的电控系统设计.12 2.4.1 PLC控制原理.13 2.4.2电控系统设计.14 2.5控制系统要求.14 2.5.1 I/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 2.7 PLC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 1绪 论11课题研究背景 液压传动与控制是机械
16、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。6
17、0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
18、、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
19、就显得尤为的重要了。12电液比例控制系统概述121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。122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
20、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
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