毕业设计（论文）-沥青道路修补车电液比例控制系统

江阴职业技术学院毕业论文课 题：沥青道路修补车电液比例控制系统专 题：专 业： 机电一体化学 生 姓 名： 班 级： 11机电1班学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 2013年12月20日江阴职业技术学院毕业设计（论文）摘 要本文以西门子PLC（S7- 200）为控制核心，结合模拟量输入输出、电磁阀、压力传感器、变频器及上位工控机等，设计沥青道路修补车的电液控制系统。其中人机界面替代传统控制按钮面板，节省了面板空间，并能详细的监控系统运行；而PID 方式自动控制液压油泵，具有精度高、实时性及安全性好等特点, 提高了液压系统乃至整车的安全性和可靠性。关键词：沥青道路修补车；西门子PLC；电液控制；PIDIAbstractAbstractIn this paper, select the Siemens PLC (S7-200) to control the core, combined with the analog input and output, solenoid valves, pressure sensors, inverter and upper industrial machines, we design the asphalt road repair vehicles designed electro-hydraulic control system. Which replace the traditional man-machine interface control button panel, saving panel space, and can run a detailed monitoring system; while the PID mode automatic control of hydraulic pumps, with high accuracy, timeliness, and security and good features, improved hydraulic systems and even entire vehicle safety and reliability.Keywords： Asphalt road repair vehicles; Siemens PLC; electro-hydraulic control; PIDI目 录目 录摘 要IABSTRACTI目 录I第一章 绪论21.1 沥青道路修补车简介21.2 电液系统在沥青道路修补车上的应用31.3 课题研究的内容及目的4第二章 修补车液压系统设计52.1 液压原理图的设计52.2 液压器件的选择8第三章 控制系统设计143.1 控制方案143.2 控制电路硬件设计153.3 控制程序设计23第四章 系统调试324.1 硬件调试324.2 软件调试33第五章 总结展望35致 谢36参考文献37 第一章 绪论1.1 沥青道路修补车简介 主要用于公路沥青路面多功能特种车辆的日常维护保养沥青道路清障车，要及时修补沥青路面车辙，小面积损伤，如持有袋等。也可用于其他设施公路维修，清洁，如雪，交通工程设施，道路保洁，切断了杂草，喷涂种植花草树木，和改性剂等。图1-1 典型沥青道路修补车根据汽车底盘负荷可分为：小负荷：负载3t；中负荷：负载35t；大负荷：负载5t。根据不同的输送方式可分为：机械传动，液压传动式，电动式，气动式和五的传输类型和其他类型。 按照发动机型号的差别能够分为汽油机或柴油机两种。沥青路面修补车的适用范围： 1）高等级沥青路面公路里程在300km以上，适合使用自行式大型沥青路面修补车； 2）自行式沥青路面维修车辆用的公路里程中高等级沥青路面维护200 300公里； 3）高等级沥青路面在200公里以内的公路里程适合步走式微型沥青修补汽车； 4)沥青路面维修一般适合小尺寸的自走式的沥青路面沥青路面维修修理车和拖车。主要结构：基本的车辆，电力设备，传输系统，准备和提供混合装置，设备，操作和控制机器等。图1-2沥青道路修补车结构图1）基础车：包含底盘、发动机、副车架、驾驶室。提供职员乘坐、装载所用的配置装配；2）动力设备：包括发动机、空气压缩机、液压泵、沥青泵、水泵等；3）材料制备设备：包括装运沥青罐，油舱，水舱，混合罐，搅拌器等； 4）设备：主要破碎，采矿，压实，喷涂，清洗，加热设备。1.2 电液系统在沥青道路修补车上的应用电液比例控制系统在1880年早期开始运转于机械工程行业，当前已广泛应用于各种行业中。电液比例技术应用于建筑机械，消除了复杂、巨大的液压信号传输线路和电信号它不仅加紧了系统的反应，而且是整个机械的动力系统控制得更加方便以及灵活。进入九十年代后，伴随着计算机技术行业的发展，电液比例的控制进一步的“自动化”，电液比例泵和比例泵的利用越来越多。沥青道路修补车也不例外使用电液控制技术。主要优点为：（1）液压化程度高，整车驾驶及修补作业采用手持控制盒遥控操作，功能齐全、工作效率高、运行定位准确。（2）液压系统选用定量供油，电液比例多路阀控制。结构紧凑，便于装卸与使用维护，运行时能量损失小。（3）系统具有平衡、缓冲、回油、过滤和冷却等措施，提高了液压系统乃至整车的安全性和可靠性。1.3 课题研究的内容及目的沥青道路修补车主要为公路沥青路面日常小修养护的多功能专用工作车，用来及时修补沥青路面小面积损坏，如车辙、拥包等。还可用于公路其它设施的维护，如交通工程设施的清洗、除雪、清扫路面、剪除杂草、喷洒药剂、栽植和修正花草树木等。本系统以沥青路面修补车为实物模型，主要研究电液系统控制技术，内容包括：（1）液压系统，作为动力系统；（2）PLC,作为控制系统。实现了整机的运作。为了使我们能够快速的融入社会，必须以实物为模型，使用自动化行业常用的控制器及控制方法进行方案设计和研究，从而迎合社会的需求，达到锻炼的目的。PID控制器由一个比例积分（P），（我）和微分（D）。输入和输出的E（t）u（t）的关连：u(t)=kpe(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt 式中积分的上下限分别是0和t所以其传递函数：G（s）= U（S）/E（s）Kp 1 + 1 /（Ti *）+ TD钛：TD：在微分时间常数的比例系数；KP：在积分时间常数的比例系数。图1-3 PID示意图 第二章 修补车液压系统设计2.1 液压原理图的设计与其他传动形式相比，液压传动具备下列长处： 1、液压传动各种元件可以按需要灵活、方便地进行布置。 2、质量轻、体积小、反应速度快、运动惯性小。 3、自动控制方便，可实现较大范围的调速。 4、能自动进行过载保护。 5、一般工作介质为采用矿物油，自行润滑，延长了寿命。 6、较易实现直线运动。7、较易实现自动化机器，采用电液控制，即可实现较高程度的自动化控制过程，也可方便实现遥控。 由于修补车的工作要求，灵活多变，需要稳定的动力支撑，故选用液压传动。 沥青道路修补车结构如图2-1所示。结构由定量叶片供油；整车行走驱动和转向由液压马达执行；整车13个动作分别由两组多路换向阀控制；此外系统设置有回油冷却器、回油过滤器用于油冷却和过滤系统。1-抬举机构；2-压路机构；3-乳化沥青容器；4-燃料罐；5-鼓风机；6-储料仓；7-料仓门；8-耙爪；9-加热板；10-螺旋输送器；11-废料箱图2-1 本系统沥青道路修补车结构图 本液压系统有液压油泵供油，系统的执行器有整车的行走驱动和转向液压马达驱动；压路机的举起、料仓门分别由独立的液压缸驱动；耙把、废料箱、螺旋输送由两个液压缸驱动；加热部分倾斜（2个）、横移、升降、旋转分别由独立的液压缸控制。共计13个动作功能的15个执行器。所有执行器有两组多路换向阀控制，每个多路换向阀均为带有流量调节功能的三位六通电液比例换向并采用并联油路，在实现方向控制的同时，可以实现各执行器的调速和几个执行器的同时动作，而多路阀设置的溢流阀则用于设定系统的工作压力，实现安全保护。系统设有回油冷却器以及回油过滤器，用于冷却和过滤系统的液压油。选用ATUO CAD进行液压原理图设计，AutoCAD Electrical版本具有液压元件库，如图2-2所示：图2-2 Auto CAD Electrical选择液压元件库，如图2-3所示，可以进行液压元件选择。图2-3 软件液压元件库根据系统的功能要求以及各种元件的使用手册绘制液压原理图，如图2-4所示图2-4 系统液压原理图2.2 液压器件的选择 1、液压系统机构的组成液压系统是以油为工作介质，整个配置的压力油能够通过控制阀以及其他的配件运行液压执行器。液压系统的基本构成：由能源元件（油），执行机构（液压马达或油缸），控制元件（阀）以及工作介质等组成，如图2-5所示：图2-5 典型液压系统图 2、液压泵的选择 液压泵是液压元件供应加压液体的液压传动。其主要性能就是把机械能转换成液体压力能力量。图2-6中为单柱塞泵的原理，凸轮是由马达转动的，当凸轮推动柱塞朝上运动时，柱塞和缸密封构成的容积减小，从密封油体积的排出需要通过止回阀挤出。当凸轮部的转动，以减小的曲线，该弹簧迫使活塞向下，一定程度的真空，在大气压下进入密封容积的罐中的油。凸轮柱塞不断向上提升，密封容积周期性地减小和增大，不断吸收和排泄油泵。图2-6液压泵 液压泵的工作原理是运动带来泵腔容积的变化，从而压缩流体使流体具有压力能。必须有泵腔体积变化的条件下的密封。常用液压泵的种类： 1、按流量是否可调节可分：变量泵和定量泵。 2、输出流量可与变量泵根据需要调节，流量不能调节的定量泵。 3、压力机液压体统中经常用的泵结构大致可以分类为：叶片泵，齿轮泵和柱塞泵三种。 小齿轮泵，构造比较简陋，对油的干净程度要求不严格，价格便宜；但泵轴在受不平衡力的情况下，磨损较惨重，泄漏比较大。 叶片泵由双作用叶片泵单作用叶片泵。此泵流量比较均匀，噪音少，效率还高的齿轮泵的压力和体积，要比齿轮泵结构更复杂。活塞泵效率高，漏电流小，能承受较大的工作压力，主要用于大功率液压系统；但结构繁杂，原料和加工要求精度较高，代价高，对油的干净度要求很高。考虑到沥青道路修补车的液压系统需要较大的动力，并且需要稳定的输出，对噪音没有太大的要求，故选用齿轮泵，由表2-1选得GJCB-40型液压泵。 表2-1 液压泵型号参数表 3、液压缸的选择 液压缸就是将液压能转换成机械能，做直线往返活动（或摆动运动）的液压实行器。它结构简单，工作可靠。使用它来实现往复运动，可以从减速器取出，并无传动的间隙，运动较平稳，所以被广泛应用于各种机械的液压系统中。液压缸输出以及活