教學液壓試驗臺的設(shè)計

1、<p>　　教學液壓試驗臺的設(shè)計</p><p>　　摘要：當今世界高端的教學液壓試驗臺生產(chǎn)技術(shù)，基本上已被美國、德國和日本所壟斷。而國內(nèi)目前不但教學液壓試驗臺生產(chǎn)技術(shù)比較落后，同時教學液壓試驗臺性能檢測技術(shù)也非常落后，尚沒有真正意義上的測試數(shù)據(jù)精確、實驗功能全面的專業(yè)性綜合性教學液壓試驗臺。教學液壓試驗臺發(fā)展的落后已經(jīng)成為制約我國教學液壓試驗臺生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸。</p><p

2、>　　關(guān)鍵詞：教學 液壓 試驗臺 技術(shù)</p><p>　　隨著改革開放的不斷深入，我國的國民經(jīng)濟出現(xiàn)了前所未有的迅猛增長，我國的綜合國力不斷增強。與此同時，我國的液壓技術(shù)也得到了前所未有的迅猛發(fā)展。液壓技術(shù)儼然已經(jīng)滲透到我國國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域之中，并且不斷應(yīng)用在國民工業(yè)中。同時，液壓技術(shù)在機床、工程機械、農(nóng)林機械、冶金機械、塑料機械、汽車船舶等行業(yè)領(lǐng)域中也得到了大幅度的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)逐步發(fā)展成為包括傳動

3、、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)。液壓氣動傳動與控制技術(shù)具有諸多獨特的優(yōu)點，如液壓技術(shù)具有功率重量比大，壓力、流量可控性好，體積小，頻響高，易實現(xiàn)直線運動，可柔性傳送動力等優(yōu)點。而氣動傳動具有節(jié)能、無污染、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、低成本等優(yōu)點，并容易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制。因此，液壓氣動技術(shù)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各部門中。而現(xiàn)今采用液壓傳動的程度已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。液壓傳動作為一種傳動方式，由于

4、具備功率密度高，結(jié)構(gòu)小巧，配置靈活，組裝方便，可靠耐用等獨到的特點，已成功的應(yīng)用于一切需要中等以上功率輸出，并且需要對運動過程進行靈活控制和調(diào)節(jié)的地方，是現(xiàn)代化傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，盡管液壓技術(shù)在機械</p><p>　　1液壓及其試驗臺的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　液壓技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)代化的傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給子很大重視。而當前世界液壓元件的總銷

5、售額約為350億美元。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機械工業(yè)產(chǎn)值的2%-3.5%, 我國只占到1%左右。這也充分的說明我國液壓技術(shù)水平使用率比較低，而努力擴大液壓技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，對我國工業(yè)將有更加廣闊的發(fā)展前景。液壓氣動技術(shù)具有相對獨特的優(yōu)點，比如液壓技術(shù)具有功率重量比大，壓力、流量可控性好，體積小，頻響高，易實現(xiàn)直線運動，可柔性傳送動力等優(yōu)點。而氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，并容易與微電子

6、和電氣技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制。因此，液壓與氣動技術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟各部門。但是近年來，液壓氣動技術(shù)面臨與機械傳動和電氣傳動的激烈競爭，比如數(shù)控機床和一些中小型塑機已逐步采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代了液壓傳動系統(tǒng)。其最主要原因就是液壓技術(shù)存在滲漏、維護性差等缺點。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術(shù)的優(yōu)點，克服缺點，同時注意液壓氣動技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，并不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域，同時努力降低能耗，提高系統(tǒng)效率，適應(yīng)新的環(huán)保需求，提高可靠性和安

7、全性，這</p><p>　　2液壓教學實驗的重要性</p><p><b>　　2.1實驗的重要性</b></p><p>　　在人類對自然界規(guī)律的探索和認識過程中，科學實驗是必不可少的一個重要環(huán)節(jié)?？梢哉f沒有實驗也就沒有現(xiàn)代科學。當然，在科學實驗中人是應(yīng)一直居于主導(dǎo)地位的。人們在獲得感性認識的基礎(chǔ)上，必須通過頭腦的綜合和思維，上升成為理性認

8、識，提出假設(shè)和廣義的規(guī)律性結(jié)論。為了檢驗和驗證理性結(jié)論的正確性，人們還必須主動地、積極的投身到科學實驗中去，用理論來指導(dǎo)實驗的進行，并由實驗結(jié)果的分析中來不斷充實、驗證和發(fā)展理論，增加理論的深度和廣度。因此，對于每一個獻身于科學的人，特別是工程技術(shù)人員，都應(yīng)對所從事的學科中的實驗技術(shù)予以充分的重視。</p><p>　　實驗技術(shù)涉及的知識面比較廣，如:機械學、電工學、計算技術(shù)、應(yīng)用光學、液壓流體力學、數(shù)理統(tǒng)計及現(xiàn)

9、代控制理論等;且實驗技術(shù)本身隨著科學技術(shù)的發(fā)展，也在日新月異地更新和發(fā)展。</p><p>　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)的發(fā)展也非常迅速，其應(yīng)用范圍也愈來愈廣，因而對它的元件和系統(tǒng)的性能要求也就愈來愈高。因此，為了確定和考核液壓系統(tǒng)及其組成元件完整的性能參數(shù)、品質(zhì)指標等所進行的測試、實驗工作，也就需要滿足更高的要求。液壓教學要與液壓技術(shù)發(fā)展同步，需要引進先進技術(shù)設(shè)備，讓學生了解不斷發(fā)展的液壓技術(shù)狀況，并通過教

10、學實驗掌握它們，以培養(yǎng)真正能夠適應(yīng)社會發(fā)展的液壓技術(shù)人才。</p><p>　　2.2液壓實驗設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　液壓實驗設(shè)備是指在液壓實驗中，為完成一定的實驗?zāi)康乃褂玫脑O(shè)備的總稱。它主要包括三部分:實驗對象、基本設(shè)備和輔助設(shè)備。具體如下:</p><p>　　(1)實驗對象它可以是實際應(yīng)用的液壓元件和系統(tǒng)、新研制的樣機;也可以是為某實驗?zāi)康亩鴮ｉT

11、設(shè)計的實驗裝置，如噴嘴一擋板閥壓力靜特性實驗裝置等，這些俗稱被試件。</p><p>　　(2)基本設(shè)備它們是進行液壓實驗時必備的主要設(shè)備。包括有液壓源、實驗臺架和油箱等。</p><p>　　(3)輔助設(shè)備它們是為完成一定的實驗?zāi)康乃枰囊恍└郊釉O(shè)備，如加載裝置、冷卻和加熱裝置、檢測裝置、過濾裝置、環(huán)境模擬實驗設(shè)備和安全保護裝置等。</p><p>　　3液壓實

12、驗的自動化問題</p><p>　　對于實驗工作者來說，其工作中心之一就是力求探討簡單易行的高效率實驗方法、設(shè)計制造先進的測試儀器和實驗設(shè)備。為此，必須經(jīng)常了解和吸收先進的科學技術(shù)成果，并把它們及時引進到現(xiàn)實實驗工作中來，以改進或代替原有的實驗裝置。其目的均在于“快”而“準”地獲得所需要的實驗數(shù)據(jù)。概括起來就是要實現(xiàn)實驗過程全盤自動化。所謂全盤自動化，就是在沒有人參與的情況下，從實驗過程的程序控制、過程的監(jiān)視、實

13、驗數(shù)據(jù)的采集、整理、分析，直到最后以數(shù)字顯示、打印記錄、繪出實驗曲線、以信息方式存貯等形式，快而準地提供所要求的實驗報告。</p><p>　　3. 1液壓實驗的自動化趨勢</p><p>　　自六十年代以來的二十多年中，電子技術(shù)飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)、數(shù)字化儀表的大量應(yīng)用、數(shù)字計算機的推廣和使用等，在此基礎(chǔ)上，國外已有了以計算機為主題的自動測試系統(tǒng)，由此也出現(xiàn)了一門新的學科一計

14、算機輔助測試。計算機輔助測試所設(shè)計的范圍除了微型計算機和測試技術(shù)外，還有數(shù)字信號處理，可靠性及現(xiàn)代控制理論等。液壓計算機輔助測試(CAT)是利用計算機建立一套數(shù)據(jù)采集和數(shù)字控制系統(tǒng)，與試驗臺連接起來，由計算機對各種試驗參數(shù)，如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速、扭矩等參量進行數(shù)據(jù)采集、量化和處理并輸出測試結(jié)果。在試驗過程中，計算機還可根據(jù)數(shù)字反饋或人工輸入要求，對測試過程進行控制，達到計算機密切跟蹤和控制試驗臺及試件狀態(tài)的目的，從而以高速、高精度完

15、成對液壓產(chǎn)品的性能測試。</p><p>　　在液壓實驗全盤自動化的過程中，液壓實驗領(lǐng)域己廣泛引進了計算機，例如美國的MOOG公司制造了由計算機控制的電液伺服閥實驗臺、日本制鋼所擁有的由計算機控制的液壓泵性能實驗臺等。國內(nèi)近年來有些單位也在著手進行這方面的工作，在計算機輔助實驗(CAT)方面已取得了一些較好的成果。其實在液壓實驗室中，小規(guī)模的、局部的自動化儀器和裝置己在普遍應(yīng)用。例如實驗參數(shù)的自動巡回檢測、油溫的

16、自動控制裝置、實驗壓力的超壓報警和卸荷保護措施、驅(qū)動用直流電動機的調(diào)速和穩(wěn)速裝置、可程序控制頻率特性分析儀、快速富里哀變換分析儀以及各種帶BCD輸出的和GP-IB接口的數(shù)字式測試儀器等，都具有局部的自動功能和有較強的對自動化的適應(yīng)能力。</p><p>　　3.2計算機控制液壓自動實驗系統(tǒng)的組成</p><p>　　計算機控制的領(lǐng)域是非常廣泛的，控制對象從小到大，從簡單到復(fù)雜都可以用計算機

17、控制。計算機既可以控制單個液壓元件的運動方向，也可以調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力或流量。既可完成對單個回路參數(shù)的簡單控制，也可進行復(fù)雜規(guī)律和多變量解藕控制、最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制等。以計算機為主體的液壓自動實驗系統(tǒng)，能夠以極高效率、快而準地得到完整的實驗數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的精度和可靠性，大大地節(jié)約了人力和時間，改善了勞動條件。因此現(xiàn)在計算機控制正逐步廣泛應(yīng)用在液壓實驗控制系統(tǒng)中。</p><p>　　一般以計算機為主體的自動實

18、驗系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。軟件是通過計算機能了解的一種高級語言而編輯的專門實驗程序和數(shù)據(jù)處理程序，它可以以磁盤的形式提供。硬件一般包括計算機及其外圍設(shè)備、實驗臺和控制裝置。由于液壓實驗系統(tǒng)眾多，控制方式不一，下面僅從兩種典型的計算機控制液壓系統(tǒng)來進行說明。</p><p>　　(1)開環(huán)控制系統(tǒng)一般的開環(huán)控制系統(tǒng)。控制器根據(jù)輸入值去控制執(zhí)行元件完成被控參數(shù)的要求。</p><p>　

19、　在計算機控制中將控制器用計算機代替，計算機的輸出信號是數(shù)字信號，如果執(zhí)行機構(gòu)是數(shù)字式元件，如:高速開關(guān)閥或數(shù)字式比例閥，就可以直接接到液壓缸或液壓馬達上。如果是常規(guī)的比例閥或電液伺服閥就需要在計算機輸出口接一個數(shù)一模轉(zhuǎn)換器(D/A)。</p><p>　　(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是將輸出信號反饋后和輸入信號比較再進行控制的系統(tǒng)，因此具有控制精度高的優(yōu)點，適合于控制性能要求高的系統(tǒng)。由于計算機完成控制功能的

20、不同，有以下幾種方式:</p><p>　　①計算機作為輸入信號處理器的控制系統(tǒng)所示的一個閉環(huán)連續(xù)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸入、輸出均是模擬量，計算機接收從鍵盤、數(shù)據(jù)存儲裝置或是更高一級管理計算機中獲得的原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入該系統(tǒng)前必須經(jīng)過數(shù)一模轉(zhuǎn)換(D/A)，轉(zhuǎn)換成模擬量才行。</p><p>　?、谟嬎銠C閉環(huán)控制系統(tǒng)(數(shù)字控制系統(tǒng))雖然控制對象可以不相同，控制參數(shù)也可以有千差萬別的變化，但對于計

21、算機數(shù)字控制系統(tǒng)來說都具有共同的工作原理和結(jié)構(gòu)。下面的是一個軋鋼厚度控制系統(tǒng)為例進行說明。圖中，計算機和數(shù)一模轉(zhuǎn)換器及模一數(shù)轉(zhuǎn)換器等作為一個數(shù)字控制器，代替連續(xù)式閉環(huán)系統(tǒng)中的求和點和校正電路組成的模擬式控制器，除了實現(xiàn)校正電路功能之外，通過軟件還能實現(xiàn)比一般模擬式電路難以實現(xiàn)的功能，獲得比較優(yōu)良的控制功能。為了實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，在計算機輸出端采用數(shù)一模轉(zhuǎn)換器(D/A)，在反饋回路的厚度傳感器后面增加一個模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/

22、D)，以便在計算機上方便地進行信號處理。</p><p>　　3. 3液壓實驗自動化的實施方案</p><p>　　概括起來說，任何實驗設(shè)備不外乎要求具有兩種功能，一為控制功能;一為測量功能。所謂控制功能一般包括:實驗的開始和停止、實驗步驟(或程序)的排列、動力源的啟動、實驗參數(shù)的調(diào)節(jié)等等。此外，更重要的是要求在實驗過程中，自動實驗系統(tǒng)要具有一定的判斷能力，如根據(jù)實驗所得的數(shù)據(jù)作出參數(shù)調(diào)整

23、的判斷;出現(xiàn)故障時能及時查出故障所在位置，并作出停止或繼續(xù)進行的判斷。當然，有些控制功能的完成是要人來參與的。至于測量功能是容易理解的，除了在實驗過程中測量出各個所需要的參數(shù)值外，還要求達到能整理、分析數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行運算、顯示、記錄等，這就是數(shù)據(jù)處理的能力。上述這兩方面的基本功能是互相依賴的。如控制功能對實驗參數(shù)的調(diào)節(jié)就需要根據(jù)實時測量的數(shù)值;而參數(shù)的測量又是在控制功能的指揮下進行的。既然這兩種功能概括了整個實驗過程中的工作，所以實驗

24、自動化的著眼點也就圍繞著它們來進行。</p><p>　　(1)作為控制功能上的輸入指令型式一般有:</p><p>　?、儆|點開閉:它代表著邏輯狀態(tài)的變化，是最簡單的作為控制功能的輸入指令。如液壓泵驅(qū)動電機的起動按鈕;用電接點壓力表的上限觸點控制電磁卸荷閥的超壓保護裝置。當觸點處于斷開位置(邏輯0狀態(tài))，液壓實驗系統(tǒng)正常工作。一旦壓力達到上限值時，觸點閉合，處于閉合位置(邏輯1狀態(tài))，在

25、此控制指令下，電磁卸荷閥線圈通電，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)，即處于故障待查狀態(tài)。</p><p>　?、谛盘柼卣髁康淖兓?對于模擬量信號而言，其特征量有振幅、頻率、相位等;而數(shù)字量信號有高、低電平(或正、負電平)狀態(tài)之分。這種信號的指令是以其特征量的變化來表現(xiàn)的，實驗系統(tǒng)必須對它作出相應(yīng)的響應(yīng)。它可以直接控制，也可以與反饋信號比較后，以誤差信號的形式來控制。</p><p>　　(2)測量功能一般

26、來講，實驗中任何參數(shù)都是可以直接被測量的。測量功能的任務(wù)是必須在規(guī)定的時間內(nèi)快而準地完成被測參數(shù)的度量工作，然后以要求的形式提供測量結(jié)果。</p><p>　　在液壓實驗中，測量的結(jié)果主要有下列三種基本形式:</p><p>　　①邏輯狀態(tài)變化。這種形式的測量結(jié)果均是由各種觸點開閉裝置提供的。如壓力繼電器、電接點壓力表和溫度計等，它們所提供的信號表示被測參數(shù)在規(guī)定值以上還是以下。由于它們工

27、作簡單、結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，因而相對于別的測量方式而言，價格也便宜。</p><p>　?、诹恐荡笮〉淖兓?。這種測量結(jié)果大都是各種傳感器提供的模擬量信號，都是比例于被測參數(shù)大小的電量信號。</p><p>　?、垲l率或周期的變化。這種測量結(jié)果一般是由產(chǎn)生脈沖輸出的參數(shù)傳感器提供的。以脈沖信號的頻率(或周期)的變化表征著被測參數(shù)的量值變化。</p><p>　　綜上所述，控

28、制功能的實現(xiàn)是通過開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)來執(zhí)行的。主控信號由人設(shè)定或編入計算機程序:反饋信號由測量功能的各種傳感器提供。這樣，將主控信號與反饋信號進行比較以后，以誤差信號的形式經(jīng)過放大后輸給執(zhí)行機構(gòu)(如直流伺服電機、步進電機、電磁鐵等)，完成所要求的控制作用。</p><p>　　4液壓教學基本回路概況</p><p>　　液壓回路按在液壓系統(tǒng)中的功用可以分為:壓力控制回路一控制整個系統(tǒng)或局部油路

29、的工作壓力;速度控制回路一控制和調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的速度;方向控制回路一控制執(zhí)行元件的運動方向的變換和鎖停;多執(zhí)行元件控制回路一控制幾個執(zhí)行元件相互間的工作循環(huán)。</p><p><b>　　4.1速度控制回路</b></p><p>　　速度控制回路包括調(diào)速回路、速度換接回路、增速與減速回路等。但在液壓系統(tǒng)中，調(diào)速回路性能往往對系統(tǒng)的整個性能起著決定性的影響，特別是那些對

30、執(zhí)行元件的運動要求較高的液壓系統(tǒng)(如機床液壓系統(tǒng)等)尤其如此。因此，調(diào)速回路在液壓系統(tǒng)中占有突出的地位，其它基本回路則常是圍繞著調(diào)速回路來匹配的。下面根據(jù)其重要性不同分別加以具體說明。</p><p>　　(1)調(diào)速回路按速度的調(diào)節(jié)方法分，調(diào)速回路有如下三種型式:</p><p>　?、俟?jié)流調(diào)速。即采用定量泵供油，依靠流量控制閥調(diào)節(jié)流入或流出執(zhí)行元件的流量實現(xiàn)變速。節(jié)流調(diào)速回路根據(jù)所用流量

31、控制閥的不同，有普通節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路和調(diào)速閥的回路兩種回路;又根據(jù)流量控制閥在回路中的位置不同，有進口節(jié)流、出口節(jié)流和旁路節(jié)流。</p><p>　?、谌莘e調(diào)速。即依靠改變變量泵和(或)改變變量液壓馬達的排量來實現(xiàn)變速。它有變量泵與定量執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達)、變量泵與變量液壓馬達以及定量泵與變量馬達等幾種組合形式。容積式調(diào)速多采用閉式回路。</p><p>　?、廴莘e節(jié)流調(diào)速(聯(lián)

32、合調(diào)速)。即依靠變量泵和流量控制閥的聯(lián)合調(diào)速。其特點是由流量控制閥改變輸入或流出執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度，同時又通過變量泵自身調(diào)節(jié)過程使其輸出的流量和流量閥所控制的流量相適應(yīng)。它就是有前面兩種調(diào)速回路進行組合而成，在此不做詳細介紹。</p><p>　　按油液在油路中的循環(huán)形式分，調(diào)速回路有如下兩種回路:</p><p>　?、匍_式回路。油液在油路中的循環(huán)路線為:泵的出口~執(zhí)行元件~油箱一

33、泵的入口。開式回路的特點是結(jié)構(gòu)簡單，能使油液較好地冷卻和使雜質(zhì)沉淀，但油箱尺寸大，空氣和雜物易進入回路中。由于節(jié)流調(diào)速回路發(fā)熱較多，故實際應(yīng)用中節(jié)流調(diào)速回路都采用開式回路。</p><p>　?、陂]式回路。油液在油路中的循環(huán)路線為:泵的出口~執(zhí)行元件一泵的入口。即油液形成閉式循環(huán)。閉式回路的特點上油箱尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，減少了空氣和雜物進入回路的機會，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，油液散熱條件差，需要輔助泵向系統(tǒng)供油，以彌補泄露和

34、冷卻。容積式調(diào)速回路要求結(jié)構(gòu)緊湊、污染少，因此采用閉式回路較多，但也有采用開式回路的。</p><p>　　(2)快速運動回路與速度換接回路為了提高生產(chǎn)率，一般都要求執(zhí)行元件在空載行程時做快速運動，而在一些設(shè)備中，又常要求液壓執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)中從一種速度變換成另一種運動速度，這就需要用到快速運動回路和速度換接回路。快速運動回路形式常有差動連接、用輔助液壓缸、雙泵供油等幾種，速度換接回路中常有快進速度與工作速

35、度換接和兩種工作速度間的換接兩種。</p><p>　　4. 2方向控制回路</p><p>　　方向控制回路的作用是利用各種方向閥來控制液壓系統(tǒng)中液流的方向和通斷，以使執(zhí)行元件換向、啟動和停止(包括鎖緊)。常用的有兩種:換向回路與鎖緊回路。由于在速度控制回路、壓力控制回路及多執(zhí)行元件控制回路中經(jīng)常要用到換向閥來進行方向控制，鎖緊也用在某些特定場合，這里不再做進一步的介紹。</p&g

36、t;<p>　　4. 3壓力控制回路</p><p>　　壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制系統(tǒng)整體壓力或局部壓力的回路，主要有調(diào)壓回路、保壓回路、減壓回路、增壓回路及平衡回路等多種形式。調(diào)壓回路中又分為單級調(diào)壓、二級調(diào)壓和多級調(diào)壓回路。卸荷回路又分為執(zhí)行元件需要保壓和不需要保壓的卸荷回路兩種。減壓回路又分為單級減壓和二級減壓回路。</p><p>　　4. 4多執(zhí)行元件控制

37、回路</p><p>　　如果由一個油源給多個執(zhí)行元件供油，各執(zhí)行元件會因回路中的壓力、流量的相互影響而在動作上受到牽制。我們可以通過壓力、流量、行程控制來實現(xiàn)多執(zhí)行元件預(yù)定動作的要求。多執(zhí)行元件控制回路又分為順序動作回路、同步回路、互不干擾回路和多路換向閥控制回路四種。這里主要介紹前兩種。順序回路中又有用壓力控制式、行程控制式和時間控制式三種回路，壓力控制式中又可以采用順序閥或壓力繼電器來實現(xiàn)壓力順序控制。同步

38、回路又有液壓缸機械聯(lián)結(jié)、串聯(lián)液壓缸、采用調(diào)速閥的并聯(lián)液壓缸、采用同步液壓馬達等多種同步形式。</p><p>　　5液壓實驗臺教學回路的設(shè)計</p><p>　　通過對液壓教學回路進行分析，結(jié)合己有實驗臺的實際情況對實驗臺的回路進行重新設(shè)計，共分成三大模塊:調(diào)速回路塊、壓力回路塊和多執(zhí)行元件回路塊。借助三大模塊能完成十多種液壓基本回路實驗，學生可以自行設(shè)計回路，選擇回路模塊以外的元件自己組

39、裝，并通過編制相應(yīng)的PLC控制程序變換來實現(xiàn)。下面分別對各個回路塊的功能進行具體說明。</p><p>　　調(diào)速回路塊功能。它可以實現(xiàn)變量泵的無級調(diào)速、進油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速、進回油節(jié)流調(diào)速、旁路節(jié)流和多種速度換接回路功能，綜合了液體回路基本實驗中的差動增速、換向回路等。該模塊中工作缸25用變量泵5供油，負載缸26用定量泵6供油，兩個泵各配置一個溢流閥用于限定回路最大工作壓力，通過萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇進入該模塊。

40、以下對其各種功能回路進行具體說明。變量泵的無級調(diào)速主要通過改變變量泵5的有效工作容積來實現(xiàn)，實驗中通過旋動變量泵5的調(diào)節(jié)旋鈕來改變其容量實現(xiàn)調(diào)速。</p><p>　　進油節(jié)流調(diào)速電磁鐵通斷如表2-2所示。實驗臺通電后按“進油調(diào)速回路”按鈕啟動該回路，再按定量泵“啟動”按鈕啟動定量泵，調(diào)定溢流閥8的壓力為負載回路最大壓力，幾秒鐘后啟動變量泵S，調(diào)定溢流閥7的壓力為工作回路最大壓力，至此該回路實驗準備工作完成;接著

41、按“自動操作啟動”按鈕，回路開始自動運行，其過程如下:負載缸26活塞桿先伸出，接著工作缸25活塞桿伸出，通過控制程序自動變更負載回路端的比例溢流閥10的控制電流和電液比例閥控制器開關(guān)換接改變比例調(diào)速閥11控制電流進而分別改變負載壓力和工作缸速度，以便上位機輸出調(diào)速時的速度一負載曲線</p><p>　　(工作缸25進油口接壓力傳感器犯測量負載壓力，工作缸的活塞桿端接速度傳感器33測量工作缸的工進速度);當工作缸活

42、塞桿觸動行程開關(guān)4XK后，工作缸25活塞桿先縮回，觸動行程開關(guān)1XK后，負載缸26活塞桿縮回，一次實驗完成。若實驗結(jié)果不滿足要求，只須先用“復(fù)位”按鈕使回路復(fù)位，再按“自動操作啟動”按鈕就可再循環(huán)實驗一次;若是要結(jié)束回路，先用“復(fù)位”按鈕使回路復(fù)位，再停止變量泵5和定量泵6，關(guān)閉電源。</p><p>　　回油節(jié)流調(diào)速回路電磁鐵通斷。實驗臺通電后按“回油調(diào)速回路”按鈕啟動該回路，再先后啟動定量泵6和變量泵5，分別

43、調(diào)節(jié)溢流閥8和溢流閥7限定負載回路和工作回路的最大壓力;接著按“自動操作啟動”按鈕，回路便開始自動運行，其過程如下:負載缸26活塞桿先伸出，達到設(shè)定時間后工作缸25活塞桿快速伸出，當工作缸活塞桿觸動行程開關(guān)2XK后，工作缸25活塞桿工進，此時通過手動調(diào)節(jié)回油路上的調(diào)速閥12開度及控制程序自動變更比例溢流閥10的控制電流分別改變工作缸速度和負載壓力，當工作缸活塞桿觸動行程開關(guān)4XK后，工作缸25活塞桿縮回，觸動行程開關(guān)1 XK后，負載缸2

44、6活塞桿縮回，一次實驗完成。同進油調(diào)速回路一樣，選擇再做實驗一次或結(jié)束實驗。</p><p>　　進回油節(jié)流調(diào)速回路電磁鐵通斷。實驗臺通電后按“進回油調(diào)速回路”按鈕啟動該回路，同回油調(diào)速回路一樣，啟動定量泵6和變量泵5，調(diào)定負載回路和工作回路的最大壓力，按“自動操作啟動”按鈕回路自動運行，其過程與回油節(jié)流調(diào)速回路類似，主要區(qū)別在工作缸25工進時由控制程序自動變更比例溢流閥10控制電流和手動調(diào)節(jié)調(diào)速閥12開度結(jié)合電

45、液比例調(diào)速閥控制器程控開關(guān)換接分別改變負載壓力和工作缸工進速度，實現(xiàn)進回油共同調(diào)速。一次實驗完成后，也如前面回路一樣，選擇再做實驗一次或結(jié)束實驗。</p><p>　　旁路節(jié)流調(diào)速回路電磁鐵通斷如表2-5所示。實驗臺通電后按“旁路調(diào)速回路”按鈕啟動該回路，如前面回路一樣，啟動兩個泵并調(diào)定回路最大壓力，回路自動運行后過程如前面回路一樣，主要區(qū)別在工作缸25工進時手動調(diào)節(jié)旁油路上的節(jié)流閥15開度和控制程序自動變更比例

46、溢流閥10控制電流分別來改變缸速度和負載壓力，實現(xiàn)旁路節(jié)流。一次實驗完成后，也同前面回路一樣來選擇再做實驗一次或結(jié)束實驗。</p><p>　　速度換接回路可以通過控制比例調(diào)速閥開口和工作缸回油路上的兩個單向調(diào)速閥開度來實現(xiàn)多種速度換接功能，這里以表2-6所示電磁鐵通斷狀況的回路為例進行說明。實驗臺通電后按“速度換接回路”按鈕啟動該回路，如前面回路一樣，回路自動運行后，工作缸25先快進，觸動行程開關(guān)2XK后，在單

47、向調(diào)速閥12作用下I工進，觸動行程開關(guān)3XK后，工作缸25在單向調(diào)速閥12和13共同作用下II工進，速度由快逐漸變慢。一次實驗完成后，也如前面回路來選擇再做一次實驗或結(jié)束實驗。兩種工進速度分別通過調(diào)節(jié)單向調(diào)速閥12和同時調(diào)節(jié)單向調(diào)速閥12, 13的開度來改變，且兩個單向閥開度都調(diào)節(jié)在比較小的位置。</p><p>　　減壓回路電磁鐵通斷如表2-7所示。實驗臺通電后按“減壓回路”按鈕啟動該回路，再按定量泵“啟動”按

48、鈕啟動定量泵6，調(diào)定溢流閥7壓力為回路最大壓力，接著按“自動操作啟動”按鈕，回路自動運行，其具體過程為:工作缸25活塞桿先伸出，同時調(diào)節(jié)減壓閥15開度，通過測壓點2接壓力表測量減壓后的壓力即為工作缸工作壓力，觸動行程開關(guān)3XK后，工作缸25活塞桿縮回，一次實驗完成。如實驗情況不理想，可先用“復(fù)位”按鈕使回路復(fù)位，再按“自動操作啟動”按鈕回路再自動運行一次;如要結(jié)束實驗，也先按“復(fù)位”按鈕使回路復(fù)位，再停止定量泵6，關(guān)閉電源。實驗中通過調(diào)

49、節(jié)減壓閥15開度來改變工作缸工作壓力。</p><p>　　二級調(diào)壓回路電磁鐵通斷如表2-8所示。實驗臺通電后按“二級調(diào)壓回路”按鈕啟動該回路，再按定量泵“啟動”按鈕啟動定量泵6，調(diào)節(jié)溢流閥7壓力為回路最大壓力，接著按“自動操作啟動”按鈕，回路自動運行，具體過程為:工作缸25活塞桿伸出，此時溢流閥8調(diào)定第一級壓力，工作缸活塞桿開始I工進，觸動行程開關(guān)2XK后，此時溢流閥9調(diào)定第二級壓力，工作缸活塞桿開始II工進，

50、觸動程開關(guān)3XK后，工作缸活塞桿縮回，一次實驗完成。若要再做一次實驗或結(jié)束實驗，同減壓回路一樣操作即可。實驗中通過調(diào)節(jié)溢流閥8和9的開度改變各級壓力，由測壓點1和2接壓力表顯示各級壓力，并且溢流閥9的調(diào)定壓力比溢流閥8高。</p><p>　　平衡回路電磁鐵通斷如表2-9所示。實驗臺通電后按“平衡回路”按鈕啟動回路，再按定量泵“啟動”按鈕啟動定量泵6，調(diào)定溢流閥7壓力為回路最大壓力，接著按“自動操作啟動”按鈕，回

51、路自動運行，具體過程為，工作缸25活塞桿伸出，調(diào)節(jié)回油路上的順序閥14開度使工作缸活塞桿平緩伸出，觸動行程開關(guān) 3XK后，工作缸活塞桿縮回，一次實驗完成。要重做一次實驗或是結(jié)束實驗，如前面回路一樣操作即可。實驗中通過在活塞桿端增加祛碼改變負載，相應(yīng)調(diào)節(jié)順序閥14開度使缸平緩伸出，實現(xiàn)平衡功能，并在測壓點2接壓力表測量工作缸的工作壓力。</p><p>　　保壓卸荷回路電磁鐵通斷如表2-10所示。實驗臺通電后按“保

52、壓回路”按鈕啟動回路，如平衡回路一樣，啟動定量泵6和調(diào)定回路最大壓力，接著按“自動操作啟動”按鈕，回路自動運行，具體過程為:工作缸25活塞桿伸出，當回路壓力上升到壓力繼電器設(shè)定壓力，泵開始卸荷，由單向閥鎖住工作缸工作壓力，卸荷達到設(shè)定時間后工作缸活塞桿縮回，一次實驗完成。要要重做一次實驗或結(jié)束實驗，如前面回路一樣操作即可。實驗中通過改變壓力繼電器設(shè)定值來改變工作回路的保持壓力。</p><p>　　雙缸順序動作回

53、路電磁鐵通斷如表2-11所示。實驗臺通電后按“順序回路”按鈕啟動回路，再按變量泵“啟動”按鈕啟動變量泵5，調(diào)定溢流閥7壓力為回路最大壓力，接著按“自動操作啟動”按鈕，回路自動運行，具體過程為:缸25活塞桿先伸出，觸動行程開關(guān)2XK后，缸26活塞桿伸出，觸動行程開關(guān)4XK后，缸25活塞桿縮回，觸動行程開關(guān)1 XK后，缸II活塞桿縮回，觸動行程開關(guān)3XK后，變量泵5停止，一次實驗結(jié)束。若實驗結(jié)果不滿足要求，可先按“復(fù)位”按鈕使回路復(fù)位，再啟

54、動變量泵5，按“自動操作啟動”按鈕，回路再運行一次，若要結(jié)束實驗，先按“復(fù)位”按鈕使回路復(fù)位，再關(guān)閉電源。該回路利用行程開關(guān)來實現(xiàn)雙缸的順序動作，也可利用可編程控制器的定時器設(shè)定時間來實現(xiàn)缸順序伸出和縮回，也可將二者結(jié)合起來共同實現(xiàn)。</p><p>　　同步回路電磁鐵通斷。實驗臺通電后按“同步回路”按鈕啟動回路，調(diào)定溢流閥7壓力為回路最大壓力，接著按“自動操作啟動”按鈕，回路自動運行，具體過程為:通過調(diào)節(jié)單向調(diào)

55、速閥12, 13的開度使缸25,缸26活塞桿同時伸出，觸動行程終點行程開關(guān)后，兩個缸活塞桿同時縮回，一次實驗結(jié)束。同雙缸順序回路一樣選擇重做實驗一次或結(jié)束實驗。</p><p>　　上述實驗回路可以通過增加元件和擴充液壓油路板的空間，組成更多的實驗回路，同時對其電氣控制硬接線和軟件程序進行修改完成各種更為復(fù)雜的實驗教學回路，更好的滿足教學需要，使教學實踐環(huán)節(jié)更好的與工業(yè)應(yīng)用結(jié)合起來，培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展的液壓技術(shù)人員

56、。</p><p>　　5. 1數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述</p><p>　　5.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用概況</p><p>　　數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學的重要分支之一，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等問題。是以傳感器、信號的測量與處理、微型計算機等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)，其應(yīng)用性很強。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，如光纖、超導(dǎo)、人工智能等新技術(shù)都應(yīng)用于數(shù)據(jù)

57、采集領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集技術(shù)也將會有廣闊的發(fā)展及應(yīng)用情景。</p><p>　　在智能儀器、信號檢測與處理及工業(yè)自動控制領(lǐng)域等，都存在著信號的測量與控制的問題。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、位移、液位等模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再搜集傳送到計算機作進一步處理的這一過程，即為“數(shù)據(jù)采集”，相應(yīng)的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)己在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)學等科技部門中獲得了廣泛

58、應(yīng)用，尤其是在空間技術(shù)中應(yīng)用更為普遍和重要。例如在飛機和導(dǎo)彈的研制過程中，需要對速度、加速度、壓力、溫度、振動等一系列物理參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集。在航天飛行器的遙感、遙測與遙控中，在自動飛行控制系統(tǒng)中，在氣動、強度、發(fā)動機試驗中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有非常重要的作用。人們可以通過對信號的測量(數(shù)據(jù)獲取)、處理、控制及管理來實現(xiàn)測、控、管的自動化與一體化。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代測量和控制中，微型計

59、算機已廣泛的應(yīng)用于測量和控制，形成各種各樣的通用或?qū)Ｓ玫奈C測控系統(tǒng)，在這些應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是必不可少的。</p><p>　　5.1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括模擬信號的輸入輸出通道和數(shù)字信號的輸入輸出通道。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入又稱為數(shù)據(jù)的收集;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出又稱為數(shù)據(jù)的分配。</p><p>　　模擬信號以數(shù)字形式收集后

60、，便于存儲、傳輸、處理和顯示。數(shù)據(jù)收集的基本手段是模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換收集數(shù)據(jù)是將來自各式各樣傳感器的模擬量實時地、準確地測量或匯集起來，送入計算機實時處理，并輸出相應(yīng)的控制信號以實現(xiàn)對物理系統(tǒng)的控制或記錄，顯示當前值。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)一般有三種模式可供選擇。</p><p>　　(1)規(guī)模較大的大型控制系統(tǒng)模擬信號采集數(shù)量多，而且需要進行比較復(fù)雜的實時處理和分析，為了減輕中央控制系統(tǒng)的壓力，可以單獨采用一個數(shù)據(jù)采集處

61、理計算機系統(tǒng)。再通過串行或調(diào)制通信，完成采集系統(tǒng)和主控系統(tǒng)間的信息交換。但這種方法耗資巨大，只適用于綜合性的大工程。</p><p>　　(2)模塊子系統(tǒng)方式用戶根據(jù)工藝要求選用包含數(shù)據(jù)采集全套功能，甚至還包括數(shù)據(jù)分配全套功能在內(nèi)的模塊板。這種方法可以節(jié)省大量設(shè)計和調(diào)試工作量，把精力集中到開發(fā)應(yīng)用軟件上，且模塊板都經(jīng)過周密的設(shè)計和廣泛的考驗，無論在設(shè)計質(zhì)量、可靠性和抗干擾措施上都是比完善的。</p>

62、<p>　　(3)折衷方案先用模塊板開發(fā)，成功后再根據(jù)要求購買集成芯片并用印刷板來構(gòu)成靈巧實用的模擬子系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)據(jù)分配是數(shù)據(jù)收集的逆向轉(zhuǎn)換。在微機化的反饋控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)收集是作為控制系統(tǒng)的輸入，微機通過數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)輸出控制功能來閉合過程控制回路。數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)的特征指標有:</p><p>　?、佥敵鲂盘柺请娏鬟€是電壓，是否兼而有之，是否有隔離要求;<

63、/p><p>　?、谳敵鋈萘浚篙敵鐾ǖ罃?shù)(輸出的模擬信號點數(shù));</p><p><b>　?、圯敵鼍?</b></p><p><b>　　④輸出穩(wěn)定時間。</b></p><p>　　5. 2實驗回路塊的數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)</p><p>　　5. 2. 1實驗臺回路系統(tǒng)數(shù)據(jù)

64、采集的方式</p><p>　　在液壓實驗臺控制系統(tǒng)中，由于要對回路中的壓力和缸的工作速度等數(shù)據(jù)進行測量以驗證理論的正確性，因而不可避免要對數(shù)據(jù)進行采集。為了實現(xiàn)對回路系統(tǒng)的自動控制，我們在原有液壓元件基礎(chǔ)上引入電液比例壓力閥、電液比例流量閥、壓力傳感器、速度傳感器來構(gòu)成液壓回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過壓力傳感器、速度傳感器將回路中的壓力、速度轉(zhuǎn)換成電信號，由PLC的模擬量擴展模塊對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，個人計算機通過串口

65、通信獲取PLC的數(shù)字信號，對回路的壓力、速度等進行采集和控制，并輸出實驗所需的曲線。</p><p>　　5. 2. 2實驗臺回路系統(tǒng)中電液比例閥的選擇</p><p>　　(1)電液比例閥的定義及特點電液比例控制閥是一種可以根據(jù)輸入電氣信號，按比例對工作油液的壓力、流量和方向進行控制的液壓控制閥。它的液壓閥部分無特殊要求，工作原理與普通開關(guān)型閥類似，但由于采用比例電磁鐵取代普通開關(guān)型液壓

66、閥的手動調(diào)節(jié)裝置或普通電磁鐵，因而可對液壓參量進行遠距離、高精度的連續(xù)控制。與開關(guān)型閥相比它的顯著優(yōu)點是:</p><p>　?、俨捎秒娦盘枮檩斎肓縼韺σ毫鞯膮?shù)進行控制，便于構(gòu)成自動控制系統(tǒng);</p><p>　?、诒豢刂频膲毫?、流量與輸入電信號成正比，可以用改變輸入信號的方法來實現(xiàn)對液流參數(shù)的連續(xù)控制;</p><p>　　③具有優(yōu)良的靜動態(tài)特性;</p&

67、gt;<p>　?、芸刮廴拘暂^好，工作可靠，使用維護要求較低;</p><p>　?、葜圃旆奖?，價格較伺服閥便宜。</p><p>　　(2)電液比例閥的選用選用電液比例閥時應(yīng)考慮和注意以下問題:</p><p>　?、龠x用前應(yīng)詳細了解元件的工作原理、主要功能、性能、綜合考慮使用要求與價格因素，正確合理的選擇閥的類型。</p><p

68、>　?、诒壤y的功能參數(shù)選擇應(yīng)留有一定的裕量，一般額定壓力、流量應(yīng)高于系統(tǒng)實際使用值的10%-20%，性能參數(shù)應(yīng)滿足控制系統(tǒng)的要求。</p><p>　　③許多型號的比例閥有板式連接和插裝式結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)實際系統(tǒng)的需要正確選擇安裝方式。</p><p>　?、芤话愕谋壤y有25%左右的零位死區(qū)，在1 OHZ以下，只宜用于開環(huán)控制系統(tǒng)中，閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)慎重選用高性能比例閥。</p&

69、gt;<p>　?、荼壤龎毫﹂y分為不同壓力等級，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實際工作壓力范圍正確選用之，才能達到預(yù)期的調(diào)節(jié)精度，提高閥的工作可靠性。</p><p>　?、蘖髁靠刂崎y不僅有不同流量調(diào)節(jié)范圍，還有不同流量變化型式，如是否線性變化，或加速、減速、各段加、減速度不同等。選用時可根據(jù)實際使用系統(tǒng)對流量變化要求考慮型號、規(guī)格。流量閥還應(yīng)保證一個使閥能正常工作的壓差。</p><p>　

70、?、叻较蜷y要合理選擇中位機能和過濾機能。為了使方向流量閥不受負載影響，可選用壓力補償器，穩(wěn)定閥上的壓降，提高流量穩(wěn)定性。</p><p>　?、喙ぷ鹘橘|(zhì)不同對閥密封有不同要求，用于海水中的閥，需要特殊密封，選用時應(yīng)注意產(chǎn)品樣本中的說明。</p><p>　　根據(jù)液壓實驗臺控制系統(tǒng)的要求，參考以上原則，我們選用廣州機械研究所生產(chǎn)的BQ-FBB- II型電液比例調(diào)速閥和BY-lOB型的電液比例

71、壓力閥，由于PLC能夠接收的電壓信號為0-5 V，電流信號為0-20mA，因此要選用與比例閥相配套的比例閥控制器來對比例閥的信號進行放大，并用PLC的程序來控制其動作，以實現(xiàn)調(diào)速回路的自動化，配套的比例控制器型號為BD-SPE-1000。</p><p>　　5.2.3實驗回路塊中傳感器的選用</p><p>　　(1)傳感器的性能指標及其主要作用傳感器的定義為:能感受規(guī)定的被測量，并按照

72、一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。由于電子技術(shù)的進步，使電學量具有便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等特點，因此通常傳感器用在將非電量轉(zhuǎn)換成電量輸出。作為一個非電量檢測系統(tǒng)，為了能驅(qū)動顯示、記錄儀表，控制器或輸入微機，即相對輸出有一個具有一定精確度的輸出，還需借助信號預(yù)處理電路，對電量信號

73、進行必要的放大、運算、分析及特殊處理等。通常將這部分電路及基本轉(zhuǎn)換電路統(tǒng)稱為傳感器的測量電路。目前傳感器正向著集成化、功能化、智能化以及新材料、新工藝和新領(lǐng)域的方向發(fā)展。</p><p>　　傳感器的優(yōu)劣，一般通過若干主要指標來表示。主要指標如下:</p><p>　?、匍}值。指能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。</p><p>

74、　　②漂移。指一定時間間隔內(nèi)傳感器輸出量存在有與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移包括零點漂移與靈敏度漂移。</p><p>　?、圻^載能力。指傳感器在不致引起規(guī)定性能指標永久改變的條件下，允許超過測量范圍的能力。</p><p>　　④穩(wěn)定性。傳感器在具體時間內(nèi)仍保持其性能的能力。穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過規(guī)定時間間隔后，傳感器的輸出與起始標定時的輸出之間的差異來表示，有時也用標定的有

75、效期表示，可用相對誤差，也可用絕對誤差。</p><p>　　⑤可靠性。它可包括以下指標:工作壽命、平均無故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓等。</p><p>　　⑥傳感器工作要求。各種傳感器的變換原理、結(jié)構(gòu)、使用目的、環(huán)境條件雖各不相同，但對它們的主要性能要求都是一致的。這些要求是:高精度、低成本;高靈敏度;穩(wěn)定性好;工作可靠;抗干擾能力強;動態(tài)特性良好:結(jié)構(gòu)簡單、使用維護方便

76、、功能低等。</p><p>　　傳感器的作用主要在于:</p><p>　?、傩畔⒌氖占？茖W研究中的計量測試，產(chǎn)品制造與銷售中所需的計量等都要由測量而獲得準確的定量數(shù)據(jù)。對某種特定要求，需檢測目標物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。對系統(tǒng)或裝置的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，也由傳感器來實現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)異常情況時，發(fā)出警告信號并啟動保護電路工作，這樣也可以對系統(tǒng)或裝置進行正常運行與安全管理。判斷產(chǎn)品是

77、否合格，或人體各部位的異常診斷等都需要由傳感器的測量完成。</p><p>　?、谛畔?shù)據(jù)的交換。把以文字、符號、代碼、圖形等多種形式記錄在紙或膠片上的信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機、傳真機等易處理的信號數(shù)據(jù)?；蛘咦x出記錄在各種媒介體上的信息進行交換。</p><p>　?、劭刂菩畔⒌牟杉?。檢測控制系統(tǒng)處于某種狀態(tài)的信息，并由此控制系統(tǒng)的狀態(tài)，或者跟蹤系統(tǒng)變化的目標值。</p><

78、;p>　　(2)傳感器的選用考慮與使用傳感器有關(guān)的事項，購買傳感器時要注意的事項如下:</p><p><b>　?、倥c測量有關(guān)的事項</b></p><p><b>　　.測量的目的;</b></p><p><b>　　.被測量的選擇;</b></p><p><

79、;b>　　.測量范圍;</b></p><p>　　.超標準過大的輸入信號的產(chǎn)生次數(shù);</p><p><b>　　.精度要求;</b></p><p><b>　　.測量所需的時間。</b></p><p>　?、谂c傳感器性能有關(guān)的事項</p><p>&

80、lt;b>　　.精度;</b></p><p><b>　　.穩(wěn)定性;</b></p><p><b>　　.響應(yīng)速度;</b></p><p><b>　　.模擬量與數(shù)字量;</b></p><p>　　.輸出量及其數(shù)量級;</p><p

81、>　　.對被測物體產(chǎn)生的負載效應(yīng);</p><p><b>　　.校正周期;</b></p><p>　　.超標準過大的輸入信號保護。</p><p>　?、叟c使用條件有關(guān)的事項</p><p><b>　　.設(shè)置場所;</b></p><p>　　.環(huán)境條件(溫度、濕

82、度、振動等);</p><p><b>　　.測量時間;</b></p><p>　　.與顯示器之間的距離;</p><p>　　.與其它設(shè)備的連接;</p><p><b>　　.所需功率容量。</b></p><p>　　除以上幾點外，還應(yīng)估計被測量有很大變動時的情況，希

83、望平常使用時的顯示應(yīng)在滿刻度的50%以上來選擇測定范圍或刻度范圍，以提高精度。</p><p>　　參考以上原則，實驗臺液壓回路控制系統(tǒng)中最大壓力為6MPa，由于實驗室現(xiàn)有一個最大壓力為20MPa的壓力傳感器和配套放大裝置，從節(jié)省經(jīng)費來考慮，直接利用它來對調(diào)速回路的系統(tǒng)壓力進行測量。實驗臺液壓回路系統(tǒng)中液壓工作缸的工進速度最大不會超過1 Om/s，據(jù)此選擇安徽傳感器廠生產(chǎn)的SD-300速度傳感器并配一個變送器對其

84、信號進行放大。</p><p>　　6實驗臺回路控制系統(tǒng)的總體設(shè)計和開發(fā)思想</p><p>　　6. 1實驗臺回路系統(tǒng)總體控制思想</p><p>　　在對實驗臺回路進行重構(gòu)和所需測量元件進行選型后，我們選用PLC結(jié)合個人計算機監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)對回路的控制。PLC程序主要控制電氣線路中電源的輸出和回路中各個按鈕的通斷電，實現(xiàn)各個執(zhí)行液壓缸動作的先后過程，并對實驗所需的

85、壓力和速度的電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和存儲。上位機通過與PLC的串口通訊讀取數(shù)據(jù)并對回路動作進行監(jiān)控，以輸出實驗所需的曲線。個人計算機還配接打印機，以打印實驗曲線，便于實驗者對實驗結(jié)果進行分析。</p><p>　　6. 2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　6. 2. 1可編程控制器的概況及發(fā)展趨勢</p><p>　　(1)可編程控制器的特點和功能可編程控制器

86、是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，面向控制過程，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡單易懂、操作方便，是可靠性較高的新一代通用控制裝置。其特點為:</p><p>　?、倏煽啃愿?，抗干擾能力強。</p><p>　?、谶m應(yīng)性強，應(yīng)用靈活。</p><p>　　③編程方便，易于接受。</p><p>　?、芸刂葡到y(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便。

87、</p><p>　?、菥S修方便、維修工作量小</p><p><b>　　⑥功能完善</b></p><p><b>　　主要功能為:</b></p><p>　?、匍_關(guān)量控制功能?，F(xiàn)代PLC可以取代傳統(tǒng)的繼電器，完成開關(guān)量的控制。PLC中所有軟繼電器及其觸點數(shù)量很多，可以實現(xiàn)各種簡單和復(fù)雜的邏輯

88、控制。</p><p>　?、谀M量控制。PLC中的微處理器CPU只處理數(shù)字量，PLC中配置了A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，把現(xiàn)場輸入的模擬量經(jīng)AlD轉(zhuǎn)換后送微處理器處理。而微處理器處理結(jié)果的數(shù)字量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，變換成模擬量控制被控設(shè)備，以完成對連續(xù)量(溫度、壓力、流量、液位和速度等)的控制。</p><p>　　③定時控制。PLC可以提供相當數(shù)量的定時器，定時時間可在較大范圍內(nèi)任意設(shè)定，使

89、用非常靈活、方便。</p><p>　?、苡嫈?shù)控制。PLC具有眾多計數(shù)器，完全能滿足生產(chǎn)過程的計數(shù)要求。</p><p>　?、莶竭M控制。PLC中設(shè)置了一定數(shù)量長度可變的移位寄存器，很容易滿足各種步進控制要求。</p><p>　?、迶?shù)據(jù)處理。一般PLC都設(shè)置有四則混合運算指令，可以很方便地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行處理。</p><p>　　⑦

90、自診斷功能。PLC對電源、程序語法、運行狀態(tài)等作自診斷，并用代碼顯示診斷結(jié)果，在發(fā)生異常時能自動終止運行。</p><p>　?、喽ㄎ豢刂?。PLC中的軸定位模塊可以組成開環(huán)或閉環(huán)定位控制系統(tǒng)，以控制加工時的定位運動、可變速定位運動、強制定位運動和自動找原點等。</p><p>　?、嵬ㄓ嵚?lián)網(wǎng)功能。某些控制系統(tǒng)需要多臺PLC連接起來使用或由一臺計算機與多臺PLC組成分布式控制系統(tǒng)，PLC配置

91、的通訊模塊可以滿足這些通訊聯(lián)網(wǎng)要求。</p><p>　?、怙@示打印功能。PLC可以連接顯示終端和打印機等外部設(shè)備，從而實現(xiàn)顯示和打印功能。</p><p>　　(2)可編程控制器技術(shù)的發(fā)展趨勢可編程控制器最新發(fā)展動態(tài)主要在以下兩個方面:</p><p>　?、貾LC網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，其中有兩個趨勢，一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放

92、式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息交流，成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分。另一方面，現(xiàn)場總線技術(shù)得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設(shè)備，比如智能化儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等，通過一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線，同軸電纜，光纜)連接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠程

93、網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴容更方便，造價更低，性能價格比更好，也更具開放意義。</p><p>　?、赑LC向高性能小型化發(fā)展。PLC的功能正越來越豐富，而體積則越來越小。比如三菱的FX-ON系列PLC，最小的機種，體積僅為60 x90 x70mm2相當于一個繼電器，但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力，還具有可調(diào)電位器時間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進行開關(guān)量邏輯運算的產(chǎn)品了，而是具有越

94、來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數(shù)運算，PID調(diào)節(jié)，溫度控制，精確定位，步進驅(qū)動，報表統(tǒng)計等。從這種意義上說，PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別已經(jīng)越來越小了。用PLC同樣可以構(gòu)成一個過程控制系統(tǒng)。</p><p>　　6.2.2采用可編程控制器的優(yōu)勢</p><p>　　要考慮確定一臺設(shè)備或一個系統(tǒng)究竟采用哪類控制裝置，在相當程度上取

95、決于所需要的輸入輸出模塊數(shù)量。各類控制裝置的成本比較，從圖中可以看出可編程控制器本身的成本雖然比較高，但隨著輸入輸出點數(shù)的增加，成本的上升卻是緩慢的。反之，采用繼電器控制裝置，雖然價格比較便宜，但當輸入輸出點數(shù)增加時，要增加相當部分的內(nèi)部轉(zhuǎn)換接線，導(dǎo)致成本顯著上升。對可編程控制器來說，其基本費用除了存取器容量隨用戶程序擴大需增加費用外，其它費用基本上保持不變。因此，對一個容量較大的程序，采用可編程控制器是適宜的。</p>

96、<p>　　從影響成本的各種因素來考慮控制裝置的經(jīng)濟性，可編程控制器也有很明顯的優(yōu)勢?？删幊炭刂破鞯牡挠布a(chǎn)成本雖然占了較大的比重，但其系統(tǒng)安裝、設(shè)計等費用大為降低，因此，它與繼電器控制裝置或二極管矩陣式控制裝置相比，總的生產(chǎn)成本仍然很低。</p><p>　　由于可編程控制器允許采用平行的工作方式，因此一旦確定需要的輸入輸出點數(shù)，就可立即著手硬件的配置與布線工作。采用的傳統(tǒng)的控制裝置，則必須在全部設(shè)

97、計工作完成，確定了具體的布線方案后才能著手裝置的機械安裝與布線工作。如果調(diào)試出錯，還得重新返工。這樣從系統(tǒng)設(shè)計和制造周期來看，可編程控制器有很高的經(jīng)濟效益。因此采用可編程控制器對提高設(shè)計、制造工效，加快產(chǎn)品的更新速度，都是比較有利的。</p><p>　　6.2.3可編程控制器的系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　(1)可編程控制器的系統(tǒng)設(shè)計特點可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作方式與通用微型計算機不完全

98、一樣。因此，用可編程控制器設(shè)計自動控制系統(tǒng)與微機控制系統(tǒng)開發(fā)過程也不完全相同，需要根據(jù)可編程控制器的特點進行系統(tǒng)設(shè)計?？删幊炭刂破髋c繼電器控制系統(tǒng)也有本質(zhì)區(qū)別，硬件和軟件可分開進行設(shè)計是可編程控制器的一大特點。因此采用可編程控制器進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，可以一邊做硬件電路，一邊編制控制程序，在都作好后與設(shè)備聯(lián)機調(diào)試，可以縮短工期，可靠性更高。</p><p>　　(2)可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則任何一種電氣控

99、制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象(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。在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則:</p><p>　?、貾LC的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標的要求之外，特別應(yīng)指出的是還應(yīng)重點考慮該公司產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)的情況，一般應(yīng)選擇在國內(nèi)特別是在所設(shè)計的系統(tǒng)本地有著較為方便的技術(shù)服務(wù)機構(gòu)后較有實力的代理機構(gòu)的公司產(chǎn)品，同時應(yīng)盡量選擇主流機型。</p><p

100、>　　②最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜集資料，并與機械部分的實際人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決實際中出現(xiàn)的各種問題。</p><p>　　③在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。</p><p>　?、鼙ＷC控制系統(tǒng)的安全、可靠。</p><p>　?、菘紤]到生產(chǎn)的發(fā)展

101、和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當留有余量。</p><p>　　當然對于不同要求的側(cè)重點也不一樣，設(shè)計的原則應(yīng)有所區(qū)別，如果以提高產(chǎn)品產(chǎn)量和安全為目標，在應(yīng)將系統(tǒng)可靠性放在設(shè)計的重點，甚至考慮采用冗余控制系統(tǒng);如果要求系統(tǒng)改善信息管理，則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計加以強化。</p><p>　　(3) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連

102、接而成的，用以完成預(yù)期的控制目的與相應(yīng)的控制要求。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容應(yīng)包括:</p><p>　　①根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以及所提出的各項控制指標與經(jīng)濟預(yù)算，首先進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。</p><p>　?、诟鶕?jù)控制要求基本確定數(shù)字I/O點和模擬量通道數(shù)，進行I/O點初步分配，繪制I/O使用資源圖。</p><p>　?、圻M行PLC系統(tǒng)配置

103、設(shè)計，主要為PLC的選擇，PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標起著重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。</p><p>　?、苓x擇用戶輸入設(shè)備(按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器)、輸出設(shè)備(繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象</p><p>　　(電動機、電磁

104、閥等)。</p><p>　?、菰O(shè)計控制程序。在深入了解與掌握控制要求與主要控制的基本方式以及應(yīng)完成的動作。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可用狀態(tài)流程圖的形式全面的表達出來。必要時還可以將控制任務(wù)分為幾個獨立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程與調(diào)試。程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計梯形圖、編制語句表清單。由于控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵，因此控制系統(tǒng)的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修

105、改，直到滿足要求為止。</p><p>　　(4) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下:</p><p>　?、俑鶕?jù)被控對象的控制要求，確定整個系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)備的數(shù)量，從而確定PLC的I/O點數(shù)，包括開關(guān)量I/O、模擬量I/O以及特殊功能模塊等。</p><p>　?、诔浞止烙嫳豢貙ο蠛凸S今后發(fā)展的需要，所選的PLC的I/O點數(shù)應(yīng)留有一定的