液压升降工作台的设计与制作

2 液压系统的概述
2．1 液压系统的简介
一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、无件和液压油。
动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。
执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。
控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。
液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

2．2 液压传动
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。
(1)液压传动原理图
由代表各种液压元件、辅件及连接形式的图形符号组成，用以表示一个液压系统工作原理的简图，称为液压传动原理图。图形符号有两种表达方式：一种用结构示意图，这样的图形比较直观，元件的结构特点清楚明了．但图形太繁锁，绘图麻烦；另一种是图形符号图，即把各类液压元件用其图形符号表示。
(2)元件
由数个不同零件组成的，用以完成特定功能的组件，称为元件，如液压缸、液压马达、液压泵、阀、油箱、过滤器、蓄能器、冷却器和管街头等；这些元件有的是通用的、标准化的。
(3)回路
液压回路是完成某种特定功能、由元件构成的典型环节。
(4)系统
液压系统是由回路组成的、用以控制驱动液压机械完成所需工作的整个传动系统。

2．6 液压系统的设计步骤与设计要求
液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面解清楚。
(1)主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；
(2) 液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；
(3) 液压驱动机构的运动形式，运动速度；
(4) 各动作机构的载荷大小及其性质；
(6) 对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；
(7) 自动化程序、操作控制方式的要求；
(8) 对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；
(9) 对效率、成本等方面的要求。
2.7 液压分析原理框图
液压分析原理框图如图1

图1 液压分析原理框图
3 PLC部分的概述
3.1 PLC的基本概念
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
3.2 PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可*性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

3.5.2 系统设计的基本步骤
(1)深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求
被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。
(2)确定 I/O 设备
根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
(3)选择合适的 PLC 类型
根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。
(4)分配 I/O 点
分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
(5)设计应用系统梯形图程序
根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
(6)将程序输入 PLC
当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。
(7)进行软件测试
程序输入 PLC 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。
(8)应用系统整体调试
在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。
(9)编制技术文件
系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。

3.6 控制系统设计的流程图
控制系统设计的流程图如图2

4液压升降工作台的硬件设计和软件设计
4.1 液压升降机的硬件设计
首先，整个液压升降工作台的骨架是用的钢做成的，在作业台的架上铺厚30mm的木板，在复2mm的不锈钢，作业台的主骨架用8#槽钢，辅助连接用40X40X5角钢，四周侧面全部用1。5钢板包覆，所有的立柱底部均要封口，作业台与楼梯用螺钉连接，边角的毛刺去掉。
液压升降工作台的基本尺寸和机构详见附录1，附录2 附录3。
其次正对整个液压工作台的工艺要求，选择相关的器材，比如，液压站，电磁换向阀，PLC等。在液压系统的设计的时候我们呆遵循以下的步骤：
液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。
(1) 确定液压执行元件的形式；
(2) 进行工况分析，确定系统的主要参数；
(3) 制定基本方案，拟定液压系统原理图；
(4) 选择液压元件；
(5) 液压系统的性能验算；
(6) 绘制工作图，编制技术文件。
根据以上的步骤，确定液压系统的选型，选型见附录4
电器柜的安装时，我们应该注意的是电器的布置和散热的情况，在电器柜的里面我们要考虑三相电源的进线是怎么的进法，在此系统的设计中我们的进线选择的从电器柜的底部进线，这样便于电器的安装，在安装的时候我们选择的电源开关要注意适应周围的环境，在安装PLC的时候，必须考虑到PLC的散热的问题，这样的话 我们尽量把PLC安装的靠上面的地方，这样的可以有效的散热的，有必要的可以在电器柜的的侧面安装散热的风扇或者冷风机等，在考虑到PLC和电磁换向阀的供电的时候我们考虑倒是直流供电，所以在电器柜中我们应该设有直流电源的供电，加上液压泵电机的启动需要保护的时候我们可以价格电动机保护开关，关于电器柜里的电器的选型和主电路详见附录4，附录5，附录6。

4.2 液压升降台的软件设计
在进行液压升降台的软件设计的时候首先呆考虑到的是编程的问题，在编写程序的时候，先分析一下整个工作系统的输入和输出设备，确定了系统的输入设备又16个的输入信号，输出的信号有9个的时候，选择PLC的时候，我选择的是S7-200的CPU221的和一个扩展模块EM221，这样就能满足系统的输入输出的要求，具体的I/O的分配如表1和表2。

表1 I/O地址分配图