【正文】 雜。3) PLC可靠性高，因?yàn)镻LC是為工作環(huán)境條件比較惡劣的工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)與PLC時(shí)已采取了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。4) PLC技術(shù)比較容易掌握，使用維護(hù)方便，對(duì)使用著的技術(shù)技術(shù)水平要求比使用計(jì)算機(jī)時(shí)低。5) PLC采用掃描方式進(jìn)行工作，加之其他一些原因，所以PLC輸入輸出響應(yīng)比計(jì)算機(jī)慢。6) 此外PLC體積較小，調(diào)試周期短。 PLC可靠性高的原因前面多次提到PLC的可靠性很高，究其原因歸納起來主要在于目前PLC在硬軟件方面一般都采用了下述措施：1) PLC內(nèi)部有許多“軟”繼電器，“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，控制功能主要由軟件來好似縣，“硬”器件，“硬”接點(diǎn)和“硬”線連接大為減少。2) 設(shè)置濾波。在PLC中一般都在輸入輸出借口處設(shè)置濾波器，它不僅可濾除來自外界的高頻干擾，而且還可減少內(nèi)部模塊之間的信號(hào)的互相干擾。3) 設(shè)置隔離。在PLC系統(tǒng)中CPU個(gè)各I/O回路（主指數(shù)字口）幾乎都設(shè)有光耦隔離器隔離，以防止干擾或可能損壞CPU等。4) 設(shè)置屏蔽。屏蔽有兩類：一類是例如對(duì)變壓器采取磁場(chǎng)和電場(chǎng)的雙重屏蔽，這時(shí)要用既導(dǎo)磁又導(dǎo)電的材料作為屏蔽層；另一類是例如對(duì)CPU和編程器等模塊僅作電磁場(chǎng)的屏蔽，此時(shí)可用導(dǎo)電的金屬材料作屏蔽層。5) 采用模塊式結(jié)構(gòu)。PLC通常采用積木式結(jié)構(gòu)，這便于用戶檢修和更換模板，同時(shí)在各模板上都設(shè)有故障檢測(cè)電路，并用相應(yīng)的指示器顯示它的狀態(tài)，使用戶能迅速確定故障的位置。6) 設(shè)有聯(lián)鎖功能。PLC中各輸出管道之間設(shè)有聯(lián)鎖功能，以防止各被控對(duì)象之間誤動(dòng)作可能造成的事故。7) 設(shè)置環(huán)境檢測(cè)和診斷電路。這部分電路負(fù)責(zé)大意PLC的運(yùn)行環(huán)境（例如電網(wǎng)電壓，工作溫度，環(huán)境的濕度等）進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也完成對(duì)PLC各模塊工作狀態(tài)的檢測(cè)。這部分電路往往是與軟件相配合工作的，以實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷和預(yù)報(bào)。8) PLC中的電源具有很強(qiáng)的抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)和高頻干擾的能力，同時(shí)還具有過電壓過電流保護(hù)措施，以防止PLC的損壞可能導(dǎo)致系統(tǒng)的混亂。9) 設(shè)置看門狗電路。PLC中的這種電路是專門監(jiān)視PLC運(yùn)行進(jìn)程是否按預(yù)定的順序進(jìn)行的，如果PLC中發(fā)生故障或用戶程序區(qū)受損，則因CPU不能按預(yù)定順序（預(yù)定時(shí)間間隔）工作而報(bào)警。10) PLC是以掃描方式進(jìn)行工作的，即PLC對(duì)信號(hào)的輸入，數(shù)據(jù)的處理和控制信號(hào)的輸出，分別在一個(gè)掃描周期內(nèi)的不同時(shí)間間隔里，以批處理方式進(jìn)行，這不僅使用戶編程簡(jiǎn)單，不易出錯(cuò)，而且也不易使PLC的工作受到外界干擾的影響；同時(shí)PLC所處理的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，從而減少了處理中的錯(cuò)誤；另外，PLC的輸入輸出的控制較簡(jiǎn)單，不容易產(chǎn)生由于時(shí)序不合適而造成的問題。 PLC的安裝與抗干擾措施PLC系統(tǒng)的可靠性雖然很高，但是并非是萬無一失。為了保證PLC系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期正常地工作，安裝時(shí)必須做到正確，牢靠，安全和采取抗干擾措施安裝環(huán)境和注意事項(xiàng)：1) 環(huán)境溫度要適當(dāng)。一般不要低于零度或高于55攝氏度。PLC的安裝應(yīng)該遠(yuǎn)離熱源，避免太陽直接照射，注意散熱和通風(fēng)。2) 注意防潮，防塵，防腐，防震。PLC最好置于有保護(hù)外殼的控制柜內(nèi)，而且PLC固定要牢靠。3) PLC應(yīng)盡可能離高壓電源話高壓設(shè)備遠(yuǎn)些，以避免電磁干擾。電源和接地：1) 要看清楚PLC的電源接線端子，分清“OV”和“接地”兩端，才能正確地把外部電源接到PLC。2) PLC的供電線路應(yīng)于其他放大功率用電設(shè)備話產(chǎn)生強(qiáng)大干擾設(shè)備（比如大功率晶閘管變流裝置，弧焊機(jī)等）分開。3) 如果PLC的供電帶能源帶有嚴(yán)重干擾，應(yīng)安裝隔離變壓器，減少外界設(shè)備對(duì)PLC的影響。4) 必要時(shí)可在PLC供電電源線路上接入低通濾波器，一邊濾去高頻干擾信號(hào)。5) 交流電源線和交流信號(hào)線會(huì)產(chǎn)生交流干擾，不能和直流信號(hào)線，模擬量信號(hào)線捆在一起而在同一槽內(nèi)走線。6) 良好的接地能較好有效地減少干擾。最好的方法是為PLC安裝專用的地線，如果此要求達(dá)不到，那么也必須做到PLC與其他設(shè)備公共接地，但絕對(duì)不能與其他設(shè)備串聯(lián)接地，也不能用水管，避累線接地。而且接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC。 PLC系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行對(duì)于一個(gè)新的PLC系統(tǒng)的正式投入使用前，應(yīng)進(jìn)行檢查與調(diào)試運(yùn)用，對(duì)一個(gè)已投入使用的PLC系統(tǒng)，必須注意維護(hù)保養(yǎng)和檢修。PLC系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行：在使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)新的PLC系統(tǒng)試運(yùn)行，這既是使用PLC系統(tǒng)的開始，也是維護(hù)保養(yǎng)PLC系統(tǒng)的開始，如果不經(jīng)仔細(xì)檢查和調(diào)試運(yùn)行，就貿(mào)然使用PLC系統(tǒng)，很可能出問題。 通電前的檢查檢查的主要內(nèi)容有：1) 市電輸入線，各輸入輸出線，各連接電纜等配線是否正確，連接是否正確牢固。2) 端子排上或其他位置的螺釘是否擰緊，各種開關(guān)，插頭座，器件等安裝是否正確和牢固。3) 各功能單元的裝配是否正確和牢固。4) PLC上工作方式選擇開關(guān)的置位，各有關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)置是否符合要求。5) 其他方面的檢查。 調(diào)試運(yùn)行主要過程檢查確認(rèn)無誤后，可通電試運(yùn)行。1) 合上電源開關(guān)，PLC面板上的電源指示亮。2) 一般情況下，在現(xiàn)場(chǎng)第一次通電應(yīng)首先考慮“監(jiān)控”狀態(tài)下，用強(qiáng)制接同與短開某些器件的手段，檢查輸出配線是否正確，這可利用PLC面板上輸出指示燈進(jìn)行監(jiān)視，也可利用輸入指示燈檢查輸入配線是否正確。3) 將編程器工作方式置于“監(jiān)控”位置，基本單元置于RUN狀。結(jié)果程序中沒有語法 ，線路等方面的錯(cuò)誤，則此時(shí)運(yùn)行指示燈亮，若有錯(cuò)誤時(shí)則RUN指示燈不來年感，而程序出錯(cuò)指示燈閃亮。4) 若RUN指示燈亮，則應(yīng)按設(shè)計(jì)時(shí)的工作順序，檢查和校核PLC系統(tǒng)工作是否正常和是否符合要求。如發(fā)現(xiàn)所編程序有錯(cuò)誤或不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行記錄，分析，修改，直到系統(tǒng)安全符合設(shè)計(jì)要求，滿足生產(chǎn)要求為止。5) 做“模擬運(yùn)行”或“空運(yùn)行”，最后做負(fù)載考驗(yàn)運(yùn)行。6) 為了便于以后查閱，修改和完善程序，最好將運(yùn)行成功的程序用磁盤，軟盤或EEPROM長(zhǎng)期保存起來，或把程序但抄寫打印保存起來。 PLC系統(tǒng)的維護(hù)1) 應(yīng)制定維護(hù)保養(yǎng)的規(guī)章制度，做好運(yùn)行，修理和保養(yǎng)記錄。2) 定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查保養(yǎng)，兩次保養(yǎng)時(shí)間間隔通常是半年，最長(zhǎng)不要超過一年，對(duì)特殊情況還有年個(gè)個(gè)秒毫 縮短其時(shí)間間隔。3) 檢查設(shè)備安裝，連接線等有無松動(dòng)現(xiàn)象及接點(diǎn)焊點(diǎn)有無松動(dòng)或脫落。4) 除塵去污，清除雜物。5) 校驗(yàn)輸入信號(hào)是否正確，有無出現(xiàn)偏差，減弱等異常情況。6) 檢查市電輸入電壓是否在允許范圍之內(nèi)。一般PLC供電電源電壓應(yīng)標(biāo)稱電壓10％左右內(nèi)波動(dòng)。7) 對(duì)重要的器件和模板，應(yīng)有備件。8) 機(jī)內(nèi)電池定期更換。PLC配有鋰電池，以保證短期停電時(shí)可保存一些必要的信息（即用電池向CMOS存儲(chǔ)器供電）。鋰電池壽命為3~5年。當(dāng)電池電壓降低到一定值時(shí)，電池電壓指示燈亮。 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)于液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)來說，它的功能是完成對(duì)多種液壓件的檢測(cè)。因時(shí)間有限、這里只進(jìn)行自卸油缸加載流程的PLC流程及程序設(shè)計(jì)，其它液壓件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的流程與其相似，不在贅述。在設(shè)計(jì)過程中，我使用的是三菱公司的PLC產(chǎn)品，如左圖所示，其型號(hào)是：FX2N48MR。這種型號(hào)的PLC控制器擁有輸入、輸出引腳各27個(gè)。在已掌握和認(rèn)識(shí)的語言中，PLC的語言是邏輯性非常嚴(yán)密的，一旦出錯(cuò)便發(fā)生一連續(xù)的誤動(dòng)作。 控制流程的擬訂控制流程還是和繼電器的控制流程一樣。每個(gè)要實(shí)現(xiàn)的步驟僅僅是轉(zhuǎn)換成PLC語言而已。我在這個(gè)方面做得比較粗糙，但還是比較充實(shí)地掌握了三菱PLC的一些控制方法，對(duì)今后的研究及生產(chǎn)工作有很好的指導(dǎo)作用。 液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試自卸油缸空載往復(fù)運(yùn)行時(shí)的控制流程圖 PLC控制電路元?dú)饧倪x用利用PLC編程和電氣連線的結(jié)合大大提高了生產(chǎn)效率，并節(jié)省了勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了用弱電控制強(qiáng)電這一難題。根據(jù)使用要求和設(shè)計(jì)計(jì)算，我們可以確定出電動(dòng)機(jī)的功率，電氣控制電路的主電路的保險(xiǎn)絲盒熔斷器的選擇則是根據(jù)電路允許的最大電流來確定的?？刂普_(tái)機(jī)器運(yùn)動(dòng)的電氣控制電路里許多的繼電器的選擇也是根據(jù)電流大小來確定的。當(dāng)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)，被測(cè)試的油缸開始運(yùn)動(dòng)，它們的控制是通過繼電器的通斷電來實(shí)現(xiàn)的，而繼電器則控制電磁鐵的得失電來控制液壓執(zhí)行元件的各種動(dòng)作[10]。這時(shí)控制電路中的總電流大小就是這些繼電器并聯(lián)之后所得的電流總和，如果這時(shí)繼電器還可以承受的話，那么繼電器正常。 PLC的編制 PLC接線圖 PLC軟件GX DeveloperFX的使用在設(shè)計(jì)之前，了解這個(gè)軟件的編輯界面，人機(jī)工程界面。相對(duì)這個(gè)軟件的使用比較簡(jiǎn)單，具備很多的快捷鍵。下面是三菱PLC的梯形圖編輯軟件界面：如圖53 PLC軟件界面圖 用PLC軟件繪制的梯形圖編輯完后的變換。因?yàn)橹挥凶儞Q后才能保存工程。很多時(shí)候的慣性思維以為直接點(diǎn)擊保存按鈕便可以，其實(shí)不然。6 UG有限元分析方法 有限元分析方法簡(jiǎn)介有限單元法（Finite Element Method,FEM）是一種以計(jì)算機(jī)為手段，通過離散化將研究對(duì)象換成一個(gè)與原來結(jié)構(gòu)相似的當(dāng)量模型，再經(jīng)過一系列規(guī)范化的步驟以求解應(yīng)力，應(yīng)變和位移等參數(shù)的數(shù)值計(jì)算方法。它是一種通用的近似計(jì)算方法，也是解決工程實(shí)際問題的強(qiáng)有力的數(shù)值計(jì)算工具之一。目前，F(xiàn)EM在航天，機(jī)械，汽車，鐵路，船舶，建筑，地質(zhì)礦產(chǎn)，水利水電，石油化工，生物醫(yī)學(xué)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用，并越來越受到業(yè)界的高度重視。根據(jù)上述有限元分析的一般過程，在實(shí)際應(yīng)用中主要有兩種結(jié)局方案：編寫程序和應(yīng)用有限元分析軟件。對(duì)于工科類學(xué)生而言，大多以應(yīng)用工程軟件為主。其優(yōu)點(diǎn)是，學(xué)生通過使用軟件，可以比較容易地解決一般的工程實(shí)際問題。 進(jìn)行有限元分析的目的和意義通過有限元分析能夠進(jìn)一步擴(kuò)展我對(duì)UG這一軟件的深層次使用，為今后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。對(duì)自卸油缸的活塞桿的受力變形情況進(jìn)行分析，以達(dá)到了解液壓活塞桿在工作的時(shí)候具體內(nèi)部應(yīng)力分布，為對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)作好鋪墊。對(duì)自卸鋼架的端板進(jìn)行受力變形分析，可以看出設(shè)計(jì)是否合理，為今后改進(jìn)提供一手的技術(shù)資料。 活塞桿的受力變形情況進(jìn)行分析 分析步驟詳細(xì)的有限元分析操作步驟，已經(jīng)制作成了屏幕錄象，在附帶的光盤中可以看到。 分析載荷根據(jù)廠方提供的資料，自卸油缸可以承受的最大負(fù)載為60噸，則作用在活塞桿上的力為F=600000N。有限元分析時(shí)，把活塞桿簡(jiǎn)化為一個(gè)固定端約束，在其X方向上施加載荷600000N。 分析結(jié)果 活塞桿受力變形圖最大變形量：10絲，符合工廠的使用要求。最大應(yīng)力處應(yīng)力為：=280Mpa，滿足要求。 自卸鋼架端板受力變形的分析 分析步驟詳細(xì)的有限元分析操作步驟，已經(jīng)制作成了屏幕錄象，在附帶的光盤中可以看到。 分析載荷端板是進(jìn)行油缸加載實(shí)驗(yàn)時(shí)，固定油缸于鋼架之上的重要部件。其上載荷主要承受于螺栓孔附近，受力類型為法向拉力。進(jìn)行有限元分析時(shí)，把端板的左右兩斷設(shè)置為固定端約束，在其前面板上施加法向拉力200000N。 分析結(jié)果 鋼架端板受力變形圖最大變形量：，符合工廠的使用要求。最大應(yīng)力處應(yīng)力為：，滿足要求。7 活塞桿的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介機(jī)械零部件的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，是建立在近代數(shù)學(xué)概率論與最優(yōu)化原理的基礎(chǔ)上，并運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的一種先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，它是解決復(fù)雜工程設(shè)計(jì)問題的有效工具。本文將這種方法運(yùn)用于分析活塞桿的工作情況和性能要求上，提出了一種合理而實(shí)用的活塞桿計(jì)算方法，并在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了良好效果。 活塞桿的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 活塞桿的工況分析活塞桿這種細(xì)長(zhǎng)的桿在材料力學(xué)上可以認(rèn)為是壓桿。承受軸向壓力，會(huì)因軸向壓力達(dá)到臨界值時(shí)突然彎曲而失去穩(wěn)定性。 選擇設(shè)計(jì)變量、建立目標(biāo)函數(shù)機(jī)械零件可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)基本思想是，在零件具有足夠大的可靠度的情況下，獲得最佳的性能指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)可以是零件的尺寸、重量或成本等。如選擇與運(yùn)動(dòng)元件的運(yùn)行速度和制造成本密切相關(guān)的體積V作為要達(dá)到的性能指標(biāo)，它就成為我們的目標(biāo)函數(shù)。設(shè)計(jì)壓桿時(shí)，初應(yīng)使其壓應(yīng)力不超過材料的彈性極限外，還必須使其承受的軸向壓力小于壓桿的臨界載荷。根據(jù)歐拉壓桿公式，對(duì)于一端固定，一端鉸支時(shí)取，而對(duì)于 ( 71 )這里的是壓桿橫截面的最小慣性矩。其中 ( 72 )合理設(shè)計(jì)壓桿。對(duì)于三段不同直徑的階梯軸以它們的三個(gè)，，長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量，以其體積作為目標(biāo)函數(shù)。以壓桿不產(chǎn)生屈服和不破壞軸向穩(wěn)定性以及其尺寸限制為約束條件。則活塞桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型為：體積目標(biāo)函數(shù) 屈服及穩(wěn)定性約束條件， 尺寸約束條件 ， ， 其中是大于1的安全系數(shù)，P為設(shè)計(jì)給定的外載荷。8 液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試實(shí)例 自卸油缸試驗(yàn) 自卸油缸液壓原理圖將系統(tǒng)中下列相關(guān)液壓閥作如下調(diào)節(jié)，已組成與上述原理圖所一致的自卸油缸試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)回油調(diào)壓(Y6)全松；系統(tǒng)供油量調(diào)節(jié)(L0) 全開；加載油路接通開關(guān)(L4) 全開；示范油缸伸出縮回調(diào)速閥(L5，L6) 全閉；各電磁換向閥斷電,加載自卸油缸與被試自卸油缸安裝到位,桿端相聯(lián),油管與相應(yīng)孔聯(lián)接緊固并檢查無誤。各電氣開關(guān)都在原位[11]。試驗(yàn)時(shí)，需同規(guī)格自卸油缸兩只，分別作被試自卸油缸與加載自卸油缸。試驗(yàn)時(shí)，如遇快速接頭插拔不便，提示管路內(nèi)存高壓?？蓪⒏邏罕猛Ｖ?，高速停止。主換向閥左右通斷電數(shù)次，自卸油缸換向通斷電數(shù)次?？刂朴捅猛Ｖ?，加載油缸換向通斷電數(shù)次，卸除管路內(nèi)存高壓。 空載的往復(fù)運(yùn)行加載壓力調(diào)節(jié)閥(Y7)的調(diào)節(jié)螺絲相對(duì)松出, 數(shù)值可見加載油缸進(jìn)口壓力表P13，僅在被試自卸油缸頂出；加載自卸油缸縮回時(shí)才有顯示[9]。注意: 加載壓力調(diào)節(jié)閥(Y7)的調(diào)節(jié)螺絲過松會(huì)引起加載自卸油缸與被試自卸油缸無法返回?？刂朴捅闷饎?dòng)，控制油泵加壓開，控制壓力表P5顯示油壓2MP。系統(tǒng)高低壓切換開關(guān)為低壓，高壓油