酸洗液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

酸洗液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要液壓站是工廠大型生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是綜合運(yùn)用電氣、儀表及PLC知識(shí)設(shè)計(jì)液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，要選擇適合控制要求的電氣設(shè)備，儀表設(shè)備及各類檢測(cè)元器件，通過符合要求的組合，才能使設(shè)計(jì)達(dá)到所需要的控制要求。整個(gè)控制工藝包括一般電氣裝置（接觸器、繼電器）控制，液壓泵、循環(huán)泵起?？刂疲何?、溫度、壓力檢測(cè)報(bào)警控制等。為了提高整個(gè)液壓系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率，在控制方面采用可編程邏輯控制器（PLC）的控制方式，它可以很好的解決控制系統(tǒng)線路多且復(fù)雜、控制需求較多等問題，且可靠性高，維護(hù)方便。關(guān)鍵詞液壓站，自動(dòng)控制，可編程邏輯控制器1緒論液壓技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械工程的基礎(chǔ)技術(shù)，由于其在功率重量比、無級(jí)調(diào)速、自動(dòng)控制、過載保護(hù)等方面方面的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使其成為國民經(jīng)濟(jì)中各行業(yè)、各類機(jī)械裝備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段。對(duì)于大型的生產(chǎn)設(shè)備，液壓站更是不可缺少的動(dòng)力系統(tǒng)。而對(duì)液壓設(shè)備及液壓站系統(tǒng)的控制是工業(yè)生產(chǎn)的重中之重。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。從運(yùn)動(dòng)控制到過程控制，從單機(jī)自動(dòng)化到生產(chǎn)線自動(dòng)化乃至工廠自動(dòng)化，從工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控設(shè)備到柔性制造系統(tǒng)（FMS），從集中控制系統(tǒng)到大型集散控制系統(tǒng)，工業(yè)自動(dòng)化水平不斷高，各種控制手段也應(yīng)運(yùn)而生。其中，可編程邏輯控制器（PLC）以其獨(dú)特先進(jìn)的控制性能占據(jù)了整個(gè)工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的半壁江山。本課題主要內(nèi)容是通過對(duì)酸洗液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握實(shí)際工業(yè)設(shè)計(jì)中電氣設(shè)備，儀表設(shè)備及過程控制檢測(cè)元器件的選型，并采用羅克韋爾（Rockwell）公司的ControlLogixPLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。2液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)2.1設(shè)計(jì)概述本液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)，使用九臺(tái)液壓泵為整個(gè)酸洗生產(chǎn)工藝提供動(dòng)力，五臺(tái)工作四臺(tái)備用。在液壓站的工作過程中，我們必須保證液壓站油的溫度、油箱的油位保持在一個(gè)合適的數(shù)值，才能使液壓站處于最佳工作狀態(tài)，保證整個(gè)酸洗工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在溫度的控制方面，需要設(shè)置四個(gè)檢測(cè)信號(hào)：高溫信號(hào)（＞40℃，＜60℃）、低溫信號(hào)（＞15℃,≤25℃）、上限溫度（≥60℃）、下限溫度(＜15℃)。在液位控制方面，需要設(shè)置3個(gè)檢測(cè)信號(hào)：上限液位（＞3.5m）、下限液位（＜0.5m）、低液位(＞0.5m，＜1.5m設(shè)計(jì)需達(dá)到的目的是：選擇經(jīng)濟(jì)合理的儀表、檢測(cè)設(shè)備和電氣設(shè)備，并采用PLC實(shí)現(xiàn)液壓站的自動(dòng)控制。2.2控制系統(tǒng)的工藝流程液壓站的自動(dòng)控制系統(tǒng)通常由常規(guī)溫度、液位、壓力等檢測(cè)儀器儀表控制、液壓泵、循環(huán)泵電機(jī)起停控制、一般電氣裝置（繼電器、接觸器）控制等部分組成。液壓站采用PLC控制，特別是多泵、多閥的液壓系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)控制品質(zhì)，使系統(tǒng)裝置占地面積縮小，硬件投入減少、成本降低。攀鋼酸洗液壓站工藝流程如下圖2.1示。圖2.1酸洗液壓站工藝流程圖2.3設(shè)計(jì)的工藝在液壓站的控制設(shè)計(jì)中，主要是結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)、傳感技術(shù)對(duì)其工作過程中的液壓油溫、油箱液位、油路壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化情況對(duì)液壓泵起停及其他故障作出顯示、報(bào)警響應(yīng)，并執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作，使整個(gè)液壓站運(yùn)轉(zhuǎn)率、可靠性等工作品質(zhì)始終保持在最佳狀態(tài)，保證酸洗工藝的正常運(yùn)作。液壓站的自動(dòng)運(yùn)行過程：在油壓、油溫、油位正常且行程開關(guān)開到位的情況下啟動(dòng)循環(huán)油泵，進(jìn)而啟動(dòng)主油泵，10s之后主油泵對(duì)應(yīng)的電磁溢流閥失電加載。整個(gè)系統(tǒng)正常啟動(dòng)運(yùn)行后，溫度、液位、壓力等過程檢測(cè)元件進(jìn)入在線檢測(cè)環(huán)節(jié)，隨時(shí)對(duì)液壓系統(tǒng)工作過程中的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控并通過變送輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)至PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，調(diào)節(jié)液壓站各個(gè)過程參數(shù)，保證液壓站在一個(gè)最佳環(huán)境下穩(wěn)定工作。2.4液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用2.4.1液壓泵自動(dòng)控制液壓站共使用9臺(tái)液壓泵，采用一開一備間隙工作制。九臺(tái)液壓泵同時(shí)工作，也可以單獨(dú)使用，一般采用五臺(tái)液壓泵同時(shí)工作，四臺(tái)液壓泵備用的方式。液壓泵采用PLC進(jìn)行自動(dòng)控制操作，系統(tǒng)通過油泵恒壓變量調(diào)定壓力、液位作為輸入信號(hào)，確定各個(gè)液壓泵的啟停狀況，當(dāng)油泵恒壓變量壓力小于設(shè)定的下限值時(shí)，壓力檢測(cè)元件及變送器將信號(hào)輸入PLC接口，控制主液壓泵啟動(dòng)升壓；當(dāng)油泵恒壓變量壓力達(dá)到上限值后，PLC接收到檢測(cè)的上限值信號(hào)控制系統(tǒng)自動(dòng)停泵。2.4.2液壓站循環(huán)泵自動(dòng)控制液壓站在工廠生產(chǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，系統(tǒng)要正常運(yùn)行，就必須有循環(huán)液壓泵控制液壓油的在站內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。而液壓站循環(huán)泵部分的控制都以PLC為控制核心，這樣就防止了以前泵啟動(dòng)時(shí)使用繼電器、接觸器等大功耗電氣元件造成的能源損失，并且所有的邏輯控制都是通過梯形圖軟編程實(shí)現(xiàn)的，因此，在不用改變控制線路的情況下，便可隨時(shí)按控制要求修改程序，實(shí)現(xiàn)新的控制方案，靈活性相當(dāng)高；并具有強(qiáng)大的通訊接口，可與上位電腦相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，還能與其他控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。2.4.3液壓站溫度、液位檢測(cè)自動(dòng)控制(1)溫度檢測(cè)溫度檢測(cè)是對(duì)液壓站的油溫進(jìn)行檢測(cè)，共分4個(gè)信號(hào)，即上限、高溫、低溫和下限。上限溫度設(shè)定值為60℃，高溫溫度設(shè)定值為40℃，低溫溫度設(shè)定值為25℃，下限溫度設(shè)定值為15℃。當(dāng)溫度檢測(cè)元件（如熱電偶、熱電阻）檢測(cè)到溫度上限或下限信號(hào)到來時(shí)，自動(dòng)停止液壓泵，并給出告警鈴聲和指示；當(dāng)溫度的高溫信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，給出警示指示燈并啟動(dòng)冷卻水電磁閥開啟冷卻水；低溫信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，則給出警示燈并啟動(dòng)電加熱器，關(guān)閉冷卻水(2)液位檢測(cè)液位檢測(cè)裝置提供液壓站油箱的實(shí)際位置，設(shè)置3個(gè)檢測(cè)信號(hào)，即上限、低液位和下限。液位上限信號(hào)到來時(shí)，給出指示燈報(bào)警；液位下限信號(hào)到來時(shí)，給出警示鈴和指示燈報(bào)警，并停止液壓泵；低液位信號(hào)到來時(shí)，給出故障指示燈信號(hào)，并立即檢查系統(tǒng)，而后及時(shí)給系統(tǒng)補(bǔ)油。2.4.4液壓站報(bào)警顯示自動(dòng)控制在故障監(jiān)測(cè)及報(bào)警顯示方面，控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件及變送器等電氣元件對(duì)液壓站系統(tǒng)正常工作時(shí)設(shè)定的壓力、液位、油溫等控制參數(shù)的上、下、低限值對(duì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、變送。液壓設(shè)備在工作循環(huán)中，根據(jù)工作情況的差異，各個(gè)子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置都有一定的限值，檢測(cè)元件工作時(shí)將這些限值作為參照比對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的數(shù)值與系統(tǒng)設(shè)定值發(fā)生差異或相同時(shí)，通過變送器將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再結(jié)合通信技術(shù)手段將其傳送至操作室監(jiān)控畫面及PLC輸入口，控制溫度、液位報(bào)警指示燈及報(bào)警鈴響應(yīng).3液壓站自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1過程檢測(cè)元件的選擇3.1.1溫度開關(guān)的選擇本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用電子式溫度開關(guān)，通過溫度傳感器將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到實(shí)際溫度傳到溫度控制器與設(shè)定值比較，再由溫度控制器發(fā)出開關(guān)命令，實(shí)現(xiàn)溫度的控制或報(bào)警，從而控制設(shè)備的運(yùn)行以達(dá)到理想的溫度。本控制系統(tǒng)采用的電子溫度開關(guān)具體參數(shù)如下表3.1所示。表3.1電子溫度開關(guān)參數(shù)表型號(hào)AT901P-100測(cè)量介質(zhì)液體分度號(hào)Pt100測(cè)量范圍0℃～供電電壓24VDC環(huán)境溫度0℃～3.1.2液位檢測(cè)元件的選擇液位測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的地位。通過物體的測(cè)量可以獲知容器中所儲(chǔ)物質(zhì)的體積或質(zhì)量。還可以監(jiān)視或控制容器內(nèi)介質(zhì)物位，使它保持在工藝要求的高度上，以使生產(chǎn)過程正常運(yùn)行。兼顧經(jīng)濟(jì)、適用、控制等方面的因素考慮，本控制系統(tǒng)采用干簧式液位計(jì)。本控制系統(tǒng)通過在干簧管液位計(jì)上設(shè)置三個(gè)油箱液位基準(zhǔn)參數(shù)，當(dāng)裝有磁鋼的浮球隨油箱液位上升（下降）至設(shè)定值時(shí)，干簧管的觸點(diǎn)隨著發(fā)生動(dòng)作，并輸出一個(gè)開關(guān)量至PLC控制器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)、報(bào)警顯示。從而達(dá)到控制液位的目的。本控制系統(tǒng)采用的干簧管液位計(jì)具體參數(shù)如下表3.2所示。表3.2干簧式液位計(jì)參數(shù)表型號(hào)UQK-713FⅠ檢測(cè)范圍≤4m（特殊規(guī)格可按要求定制精

度±0.1介質(zhì)溫度－0℃～80工作壓力≤1.6MPa干簧管觸點(diǎn)容量220VAC，1A3.1.3壓力檢測(cè)變送元件的選擇在液壓站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)其工作壓力的檢測(cè)是極其重要的，它不僅能保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且對(duì)整個(gè)酸洗工藝的生產(chǎn)安全也起著至關(guān)重要的作用。在對(duì)壓力檢測(cè)方面，本系統(tǒng)采用CYG3002系列數(shù)顯智能壓力開關(guān)。CYG3002數(shù)顯智能壓力開關(guān)的設(shè)計(jì)脫離傳統(tǒng)電子式壓力開關(guān)所采用的模擬信號(hào)比較輸出的原理，具有準(zhǔn)確度高、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定、安裝和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，解決了以前由于模擬比較的結(jié)果使得輸出高低電平不穩(wěn)，繼電器頻繁抖動(dòng)，造成控制精度低，給整個(gè)控制帶來了極大不便的問題。因此在工業(yè)過程檢測(cè)與控制、液壓、氣動(dòng)控制、液位控制等系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。具體參數(shù)如下表3.3。表3.3電子壓力開關(guān)參數(shù)表型號(hào)CYG3002GMMB1(2)測(cè)壓范圍0～20MPa（可根據(jù)實(shí)際情況定制）測(cè)量精度±0.5%溫度影響≤0.03%FS/℃介質(zhì)溫度–20～+105°C工作電壓24VDC±5%控制模式開關(guān)量輸出（觸點(diǎn)常閉或常開），單點(diǎn)1或雙點(diǎn)2（高報(bào)警和低報(bào)警）3.1.4行程開關(guān)的選擇在液壓站系統(tǒng)中，主油泵、循環(huán)泵的入口處都安裝有截止閥，截止閥只適用于全開和全關(guān)，不允許作調(diào)節(jié)和節(jié)流。而在系統(tǒng)液壓泵啟動(dòng)前，必須首先檢測(cè)截止閥的開閉情況，只有在截止閥閥門開到位的前提下，才允許液壓泵啟動(dòng)。因此，在截止閥上要安裝行程開關(guān)檢測(cè)閥門開度，以保障液壓泵的正常啟動(dòng)和整個(gè)液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本控制系統(tǒng)選用的行程開關(guān)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中檢測(cè)閥門狀態(tài)的一種現(xiàn)場(chǎng)儀表用以將閥門的開啟或關(guān)閉位置以開關(guān)量的信號(hào)輸出，作系統(tǒng)下一步控制及報(bào)警顯示的輸入信號(hào)。其具體參數(shù)見表3.4.表3.4ALS-200PFS3行程開關(guān)參數(shù)表型號(hào)ALS-200PFS3開關(guān)形式電感接近環(huán)境溫度-25～+85電流負(fù)載能力10A工作電壓24VDC防護(hù)等級(jí)IP673.1.5回油過濾器的選擇回油過濾器用于對(duì)液壓油進(jìn)行在線的過濾操作，其作用是把系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生或侵入的污染物在返回油箱前捕獲到并過濾，保證液壓系統(tǒng)的清潔運(yùn)行。本著控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，此液壓控制系統(tǒng)選用QU-A400X30FP型化纖式回油過濾器，它具有過濾精度高、通油能力大、原始?jí)毫p失少、納污量大等優(yōu)點(diǎn)。具體參數(shù)見表3.5。表3.5回油過濾器參數(shù)表型號(hào)QU-A400X30FP化纖式回油過濾器公稱壓力1.6MPa公稱流量250L/min過濾精度30μm壓力損失最小0.15MPa，最大0.35MPa3.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇3.2.1電磁溢流閥電磁溢流閥是一種液壓壓力控制閥，在液壓設(shè)備中主要起定壓溢流作用和安全保護(hù)作用。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電磁溢流閥用作定壓溢流卸荷用，當(dāng)生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒，主油泵電機(jī)啟動(dòng)前，相對(duì)應(yīng)的電磁溢流閥得電卸荷；主油泵電機(jī)啟動(dòng)后，延遲0～10s失電加載；主油泵電機(jī)停止后所有溢流閥延遲0～10s得電卸載。根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求，兼顧工程設(shè)計(jì)的基本原則，選用的電磁溢流閥型號(hào)及基本參數(shù)如下表3.6。表3.6電磁溢流閥參數(shù)表型號(hào)BUCG-06最高使用壓力25MPa壓力調(diào)整范圍3.5～14MPa最大流量250L/min重量223.2.2電磁閥電磁閥是用\o"電磁"電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、\o"流量"流量、速度和其他的\o"參數(shù)"參數(shù)。此設(shè)計(jì)中選用的電磁閥為ZCS系列常閉電磁閥，ZCS電磁閥適用于以水或液體為工作介質(zhì)，可自動(dòng)化控制或遠(yuǎn)程控制水、油、液體等工作介質(zhì)管路的通斷。由于本閥采用橡膠密封，故對(duì)工作介質(zhì)的清潔度大大減低，具有啟閉訊速，可靠性高等特點(diǎn)。具體型號(hào)及參數(shù)見表3.7。表3.7電磁閥參數(shù)表型號(hào)ZCS-1-50-F工作介質(zhì)液體、水介質(zhì)溫度-5～+80工作壓差0.05～1.0MPa動(dòng)作方式常閉式功耗36VA額定電壓AC220V·DC24V3.2.3電機(jī)控制方面的選擇（1）電動(dòng)機(jī)的選擇首先，要了解電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載特性，根據(jù)機(jī)械負(fù)載的類型和特性來選擇電動(dòng)機(jī)的額定容量、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓以及型式。其次，根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電機(jī)的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定要按生產(chǎn)機(jī)械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產(chǎn)機(jī)械的性能。此外，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、防護(hù)、冷卻和安裝形式，應(yīng)適應(yīng)使用環(huán)境條件的要求，并且要力求安裝、調(diào)試、檢修方便，以保證電機(jī)能安全可靠的運(yùn)行。綜上所述，本系統(tǒng)采用功率為18KW的異步交流電動(dòng)機(jī)，具體參數(shù)如下表3.8。表3.8電機(jī)參數(shù)額定功率18KW額定電流34/19.5A額定電壓380/660V額定轉(zhuǎn)速2920RPM頻率50HZ相數(shù)3接線方式△/Y保護(hù)方式IP55（2）接觸器的選擇接觸器（contactor）是用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通和斷開交直流主電路及大容量控制電路的自動(dòng)切換電器。其重要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可用于控制其它電力負(fù)載和電熱器、電照明、電焊機(jī)與電容器組等。接觸器具有操作頻率高、使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、性能穩(wěn)定、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是用途廣泛的控制電器之一。選用接觸器時(shí)只要使接觸器的額定電壓和額定電流等于或稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電壓和額定電流即可。本系統(tǒng)采用的是型號(hào)為CJ20-32的交流接觸器。具體參數(shù)見表3.9。表3.9交流接觸器參數(shù)表型號(hào)額定絕緣電壓/V額定工作電壓/V約定發(fā)熱電流/A斷續(xù)周期工作制下的額定工作電流/AAC-3使用類別下的額定工作功率/Kw不間斷工作制下的額定工作電流/AAC-1AC-2AC-3AC-4CJ20-32690220323232327.5323801866018.518.5（3）熱繼電器的選擇熱繼電器（thermalover-loadrelay）是利用測(cè)量元件被加熱到一定程度而動(dòng)作的一種繼電器。選擇熱繼電器時(shí)，一般情況下，可按電動(dòng)機(jī)額定電流選取熱繼電器，熱繼電器的整定值為電動(dòng)機(jī)額定電流的0.95—1.05倍。在此系統(tǒng)中液壓泵電動(dòng)機(jī)的功率為18KW，由此我們選擇其額定電流為：45A的熱繼電器。具體型號(hào)及參數(shù)見表3.10。表3.10熱繼電器參數(shù)表型號(hào)額定電壓/V額定電流/A約定發(fā)熱電流/A熱元件整定電流范圍/ATSA45P660454530.0～45.0（4）空氣開關(guān)的選擇空氣開關(guān)的作用，空氣開關(guān)又稱空氣斷路器，是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中重要的一種器件，它具控制和多種保護(hù)與一身。它除了能完成接觸和斷開電路外，尚能對(duì)電路或電器設(shè)備發(fā)生短路、嚴(yán)重過載及欠電壓進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)也能用于不頻繁的電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)中?？紤]到電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，啟動(dòng)電流很大，空氣開關(guān)應(yīng)降低容量使用，因此選用的空氣開關(guān)額定電流應(yīng)是電動(dòng)機(jī)額定電流的2～3倍。此系統(tǒng)的空氣開關(guān)選擇的型號(hào)是RMC1-100C80/3,具體參數(shù)見表3.11。表3.11空氣開關(guān)參數(shù)表型號(hào)額定電流工作電壓電壓頻率RMC1-100C80/380A380V/660VAC50Hz或60Hz（5）電機(jī)啟動(dòng)方式的選擇電機(jī)的啟動(dòng)方式有：直接啟動(dòng)，星形-三角形啟動(dòng)，自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，軟啟動(dòng)，變頻器啟動(dòng)。由于本系統(tǒng)電機(jī)帶動(dòng)的是液壓泵，負(fù)載不是很大，所以結(jié)合經(jīng)濟(jì)的考慮，采用了接觸器直接啟動(dòng)方式。啟動(dòng)原理圖如下圖3.12。Q：空氣開關(guān)M：電動(dòng)機(jī)FR：熱繼電器FU：熔斷器KM：接觸器SB2:啟動(dòng)按鈕SB1：停止按鈕圖3.12電機(jī)啟動(dòng)電路圖4PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件選擇原則PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎溯敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因次，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循一些基本原則。（1）PLC的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，還應(yīng)重點(diǎn)考慮該公司產(chǎn)品的技術(shù)支持和售后服務(wù)的情況。一般在國內(nèi)應(yīng)選擇在所設(shè)計(jì)系統(tǒng)本地有著較方便的技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)或較有勢(shì)力的代理機(jī)構(gòu)的公司產(chǎn)品，同時(shí)應(yīng)盡量選擇主流機(jī)型。（2）最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入時(shí)常進(jìn)行時(shí)常調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。（3）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。（4）=4\*GB3保證控制系統(tǒng)的安全可靠。綜合以上選擇原則此系統(tǒng)選擇的PLC是：美國羅克韋爾公司的CONTROLLOGIXPLC。4.2CONTROLLOGIXPLC系統(tǒng)概述ControlLogix系統(tǒng)主要由Logix5555處理器模塊、I/O模塊、通訊模塊、I/O連接組件、電源組成，總體結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。其中基于ControlLogix平臺(tái)的Logix5555處理器模塊可以為工業(yè)控制提供一種最新的而且具有靈活性的完整控制方案。ControlLogix處理器模塊ControlLogix處理器模塊ContorlLogixI/O模塊ContorlLogixI/O模塊I/O連接組件I/O連接組件ControlLogix系統(tǒng)ControlLogix系統(tǒng)ControlLogix電源模塊ControlLogix電源模塊ControlLogixControlLogix通訊模塊圖4.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖4.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)ControlLogix系統(tǒng)具有模塊化、高速傳送、小型化等優(yōu)點(diǎn)，可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)用戶及其他網(wǎng)絡(luò)上的程序處理器之間完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息的透明互換；此外，ControlLogix系統(tǒng)特殊設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度工業(yè)硬件平臺(tái)，可耐受振動(dòng)、高溫以及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾；允許多個(gè)Logix5555處理器模塊并存，實(shí)現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)及其他信息的共享。4.3液壓站CONTROLLOGIXPLC硬件設(shè)計(jì)4.3.1PLC機(jī)架的選擇ControlLogix系統(tǒng)需要用到1756I/O機(jī)架構(gòu)成模塊化系統(tǒng)?？紤]到模塊的數(shù)量以及機(jī)架的容量，本設(shè)計(jì)題目選的的機(jī)架是本題采用機(jī)架型號(hào)為1756-A7。其具體參數(shù)如下：槽數(shù)：7；重量1.45Kg（機(jī)殼最小尺寸：507*761*203mm(24*20*8英寸)；操作溫度：0～60℃；安裝類型：背板安裝。4.3.2PLC的CPU選擇在設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。而在設(shè)計(jì)選型時(shí)必須能對(duì)程序容量進(jìn)行估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。本系統(tǒng)采用控制器型號(hào)為1756-L55ControlLogix5555Controller。其具體參數(shù)如下：用戶存儲(chǔ)器：160K字節(jié)；背板電流：+5VDC時(shí)為0.65A；+24VDC時(shí)為0.02A；電力耗散：10.2BTU/小時(shí)；熱耗散：3.0W；工作溫度：0-60℃（32-140℉）；設(shè)計(jì)電纜：1756-CP3或1747-CP3串口電纜3類；電池：1756-BA1（PROMARKELECTRONICS94194821）0.59g鋰電池。4.3.3電源模塊的選擇選擇電源的原則具體有以下三點(diǎn)要做：（1）根據(jù)有功功率值，決定機(jī)柜內(nèi)安裝散熱裝置的數(shù)量；（2）根據(jù)視在功率值，估計(jì)電源消耗。（3）根據(jù)計(jì)算所有負(fù)載之和，確定所需電源的規(guī)格大小。綜上考慮到電源的最大負(fù)載和最大電流，本設(shè)計(jì)我們選擇的電源是：1756-PA72。其具體參數(shù)如下：額定輸入電壓：120VAC或220VAC；輸入電壓范圍：85-132VAC或170-265VAC；最大有功輸入功率：95W；最大實(shí)在輸入功率：238VA；最大背板輸出電流：1.5A@1.2VDC4A@3.3VDC10A@5VDC2.8A@24VDC；工作溫度：0-60℃。4.3.4I/O模塊的選擇選擇I/O模塊，要先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的15～20%留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需PLC的點(diǎn)數(shù)。本控制系統(tǒng)的I/O模塊選擇如下：（1）數(shù)字量直流輸入接口模塊：1756-IB32/ADI_1、1756-IB32/ADI_2其具體參數(shù)如下：輸入點(diǎn)數(shù)：32（每組16點(diǎn)，兩組）；電壓類型：24V源流負(fù)載；工作電壓：10-31.2V直流；背板負(fù)載電流：150mA@5V2mA@24V0.81W。由于PLC在液壓站控制系統(tǒng)中的DI點(diǎn)為43個(gè)，所以將要選擇2個(gè)數(shù)字量輸入模塊，在創(chuàng)建模塊時(shí)，我們分別把數(shù)字輸入模塊（1756-IB32/ADI_1、1756-IB32/ADI_2）設(shè)計(jì)在2、3號(hào)槽，用到其43個(gè)點(diǎn)。（2）數(shù)字量直流輸出接口模塊：1756-OB32DO_1、1756-OB32DO_2其具體參數(shù)如下：輸入點(diǎn)數(shù)：32（2組，每組16點(diǎn)）；電壓類型：12/24V源流負(fù)載；工作電壓：10-31.2V直流；背板負(fù)載電流：300mA@5V2.5mA@24V1.58W。由于PLC在液壓站控制系統(tǒng)中的DO點(diǎn)為33個(gè)，所以將要選擇2個(gè)數(shù)字量輸出模塊，在創(chuàng)建模塊時(shí)，我們把數(shù)字輸出模塊（1756-OB32DO_1、1756-OB32DO_2）設(shè)計(jì)在4、5號(hào)槽，用到其33個(gè)點(diǎn)。為了清晰了解PLC的硬件配置，該課題的PLC各部分的硬件配置統(tǒng)計(jì)如表4.2。表4.2PLC硬件配置表機(jī)架1756-A7（7槽）CPU1756-L55ControlLogix5555Cotroller0號(hào)槽電源1756-PA721號(hào)槽I/O點(diǎn)數(shù)字輸入1756-IB32/ADI_12號(hào)槽1756-IB32/ADI_23號(hào)槽數(shù)字輸出1756-OB32DO_14號(hào)槽1756-OB32DO_25號(hào)槽4.4液壓站CONTROLLOGIXPLC軟件設(shè)計(jì)4.4.1Rslogix5000編程軟件概述為了達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，方便和快捷地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，本次設(shè)計(jì)選用了與ControlLogix系統(tǒng)PLC相應(yīng)的Rslogix5000軟件。Rslogix5000軟件是梯形圖邏輯編程軟件包，它為梯形邏輯編程提供了靈活性、可靠性，并提高生產(chǎn)率，其運(yùn)行環(huán)境是MicrosoftWindows98和WindowsNT。Rslogix5000編程軟件支持ControlLogix系統(tǒng)以及Logix5555控制器。它運(yùn)行于WindowsNT32位的操作系統(tǒng)，其性能優(yōu)越，節(jié)省項(xiàng)目開發(fā)的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。Rslogix5000是Rslogix系列編程軟件產(chǎn)品的最新成員，提供了同樣可靠的通信、功能及診斷特性。4.4.2Rslogix5000軟件操作界面介紹Rslogix5000編程界面如圖4.3：菜單欄工程目錄繪圖工具欄菜單欄工程目錄繪圖工具欄I/O槽配置狀態(tài)欄梯形圖顯示窗口I/O槽配置狀態(tài)欄梯形圖顯示窗口圖4.3Rslogix5000編程界面菜單欄：用戶點(diǎn)擊菜單然后顯示其功能工程目錄：包含用戶工程文件內(nèi)的所有的文件夾和文件繪圖工具欄：顯示所有指令和助記符梯形圖顯示窗口：可同時(shí)顯示幾個(gè)文件和子文件狀態(tài)欄：用戶使用軟件時(shí)顯示當(dāng)前信息或提示信息I/O配置槽：配置所需模塊的位置。本設(shè)計(jì)中，數(shù)字輸入模塊放在2、3號(hào)槽上，數(shù)字輸出模塊放在4、5號(hào)槽上。4.4.3Rslogix5000軟件主要指令介紹Rslogix5000軟件的指令系統(tǒng)非常豐富，包括位指令、計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令、輸入輸出指令、比較指令、傳送/邏輯指令、順序器指令、程序控制指令等。（1）計(jì)時(shí)指令（TON）TON是一條非保持的計(jì)時(shí)器指令，當(dāng)該指令被使能累計(jì)時(shí)間，計(jì)時(shí)器的時(shí)間基準(zhǔn)是1毫秒。例如，對(duì)于一個(gè)10秒的計(jì)時(shí)器，其預(yù)置值（PRE）應(yīng)該輸入10000。當(dāng)指令被使能時(shí)，TON計(jì)時(shí)器指令累計(jì)直到發(fā)生下列事件：①TON指令被禁止；②累加值（ACC）預(yù)置值（PRE）。當(dāng)TON指令被禁止時(shí)，清零累加值（ACC）。指令形式見圖4.4。圖4.4TON指令示意圖（2）檢查是否閉合指令（XIC）XIC是一條輸入指令，檢查數(shù)據(jù)位看它是否為置位狀態(tài)。例如：時(shí)間繼電器（TIMER）被置位，則使能下一條指令（梯級(jí)輸出條件為真）。指令形式見圖4.5。圖4.5XIC指令示意圖（3）檢查是否斷開指令（XIO）XIO是一條輸入指令，檢查數(shù)據(jù)位看它是否為清零狀態(tài)。例如：入口液壓站4#主泵工作選擇被清零，則使能下一條指令（梯級(jí)輸出條件為真）。指令形式見圖4.6。圖4.6XIO指令示意圖4.4.4程序框圖的設(shè)計(jì)通過對(duì)設(shè)計(jì)課題的仔細(xì)研究和解讀，其PLC在酸洗液壓站系統(tǒng)中的控制如圖4.7所示。圖4.7酸洗液壓站控制系統(tǒng)流程圖圖4.7酸洗液壓站控制系統(tǒng)流程圖5結(jié)論在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)電氣設(shè)備，儀表設(shè)備以及控制設(shè)備進(jìn)行選擇。在選擇的過程中不要盲目的追求先進(jìn)的過程設(shè)備，要選擇滿足工藝要求且實(shí)惠的設(shè)備。在設(shè)備選擇的具體型號(hào)方面應(yīng)該查閱標(biāo)準(zhǔn)的電氣設(shè)備及儀表設(shè)備使用手冊(cè)。本次設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)液壓站自動(dòng)控制，主要包括溫度、液位、壓力的控制，而實(shí)現(xiàn)控制時(shí)采用的PLC控制器，通過PLC自動(dòng)控制可以提高控制的精度，提高液壓站的工作效率。最后，本次設(shè)計(jì)是自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，是許多工業(yè)生產(chǎn)中首選的控制系統(tǒng)，但還存在著美中不足的地方，還需要進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]陳立定．電氣控制與可編程序控制器［M］．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001．[2]于慶廣．可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．北京：清華大學(xué)出版社，2004：10-150．[3]閆和平．常用低壓電器應(yīng)用手冊(cè)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：20-300．[4]崔建軍，戚大波，李志廣．高爐液壓站控制系統(tǒng)改造［J］．山東冶金，2004.2，26(1)：23-24．[5]賈德勝．PLC應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序［M］．北京：人民郵電出版社，2006.1[6]張洪潤．實(shí)用自動(dòng)控制［M］．四川：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1993[7]張利平．液壓站設(shè)計(jì)與使用［M］．北京：海洋出版社，2004.2．[8]鄧則明，鄺穗芳．電器與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996．[9]王俊杰．檢測(cè)技術(shù)與儀表［M］．武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002．[10]侯志林．過程控制與自動(dòng)化儀表［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.11[11]RayML．Afuzzylogiccontrollerfortemperaturecontrolofasixzonetubefurnace［J］．SelfturuingTemperatureControllerforPLC，2001，8(2)：61-65．[12]EricR．Cosman．Plugandcontrol［J］．Automaticover-temperaturecontrolapparatusforatherapeuticheating，2000，12(4)：111-121．[13]ROCKWELL中文手冊(cè)大全［M］．ABPLC．基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)HYPERLINK"/det