1、毕业设计(论文)计算说明书设计(论文)题目： 院 （系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 起屹日期： 指导教师： 摘 要摘 要对新工况下的车用油封试验台，进行了机械系统、控制系统和液压系统的全面设计。油封试验台的工况要求：试验主轴转速 2006 000 r/ min ,无级可调,精度为 2.5 %。试验用油温在 20250 范围内自动可调，精度为 2。每周期的秩序为 3 个阶段。一次试验为 800 个周期。机械结构系统主要由电机、增速结构、油封环安装架、油泵、恒温油箱及供油回路组成。为了达到试验用最高转速,我们在主轴与电机间设计了一个增速装置皮带轮机构。传动装置的主轴由交流电机通过平皮带来带动
2、。在主轴的左端装有平皮带轮, 其右端装有油封环安装架。传动装置由一对油封来密封, 运转时通入冷油对轴承进行冷却与润滑。另外，也利用 PLC 分别对无级调速系统和温度控制系统进行了设计。分别阐述了油封式试验台控制系统的原理，硬件和软件。液压系统由恒温油箱、油滤、油泵、加热器、冷却器以及各种控制阀门等组成。油泵电机驱动油泵工作,油液从油箱经过滤分为两路：一路冷油经传动装置回油箱；一路经加热器加热, 再输入油封环安装架, 其回油经冷却器冷却后再回油箱。关键词：油封试验台；机械系统；无级调速系统；温度控制系统；液压系统AbstractABSTRACTWe take a comprehensive de
3、sign of the mechanical system, control system and hydraulic system with the new working conditions of the test of vehicle oil seal. Oil seal of the test bed of the operating mode requirement: test spindle speed which can achieve 200 6000 r/min and whose precision is 2.5 is adjustable steplessly. and
4、 20 250 scope. Every cycle can be divided for the order of three stages and a test is divided for 800 cycles. The mechanical structure system is mainly composed by the motor, the growth structure, the oil seal ring installing frame, oil pump, the constant temperature oil tank and oil supply loop. Th
5、e testing oil temperature whose precision is 2 is to be automatic adjustable in the In order to achieve the highest speed to experiment with, we design a growth devicepulley institutions between the spindle and the motor. The main shaft of the transmission device is drived by a motor through the fla
6、t belt. The flat pulley is installed in the left end of main shaft and the oil seal ring installation frame the right side. The transmission device uses a pair of oil seal to seal and the ventilation with cold oil can act on bearings of cooling and lubrication.In addition, we also design respectivel
7、y the stepless speed regulation system and temperature controlling system based on PLC. Respectively expound the principle, hardware and software of the control system of the oil seal test. Hydraulic system is made up of the constant temperature oil tank, oil filter, oil pump, heater, cooler and var
8、ious controlling valve etc. The oil pump motor drives the pump to work. The oil filter are divided into two kinds: one is that the cold oil transits through the cold transmission device back to the fuel tank; Another is that the oil is heated by a heater, then enter oil seal ring installation frame
9、and come back again to the oil tank with the cooler cooling.KEY WORDS: Oil seal test；The mechanical structure system；the stepless speed regulation system；temperature controlling system ；hydraulic system目录目 录摘 要第一章 引言11.1 油封和油封试验机的简介11.2 国内外发展状况 51.3 主要问题 6第二章 油封试验台系统的设计的任务要求10第三章 油封试验台系统的设计113.1 机械系
10、统的设计113.2 控制系统的设计 123.2.1 控制系统的原理 Abstract133.2.2 控制系统的硬件 143.2.3 控制系统的软件163.3 液压系统的设计21第四章 总结 23参考文献 24致 谢 25第一章 引言1第一章 引言1.1 油封和油封试验机的简介1.1.1 油封油封是用来封油（油是传动系统中最常见的液体物质，也泛指一般的液体物质之意）的机械元件，它将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，不至于让润滑油渗漏。静密封和动密封（一般往复运动）用密封件叫密封件。油封的代表形式是 TC 油封，这是一种橡胶完全包覆的带自紧 弹簧的双唇油封，一般说的油封常指这种 TC 骨架油
11、封。如图 1.1，图 1.2 所示图 1.1 示意图南京工业大学学士学位论文2图 1.2 骨架油封实物油封的常用材料有：丁腈橡胶，氟橡胶，硅橡胶，丙烯酸酯橡胶，聚氨酯，聚四氟乙烯等。选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质的相容性、对工作温度范围的适应性和唇缘对旋转轴高速旋转时的跟随能力。一般油封工作时其唇缘的温度高于工作介质温度 2050，在选择油封材料时应予注意。油封的工作范围与油封使用的材料有关：材料为丁晴橡胶（NBR）时为-40120 ，亚力克橡胶（ACM）-30180 ，氟橡胶（FPM ） -25300。凡是运转体箱内有液体润滑油而又与外部相连接的部位都需要油封。有些是橡胶的，有些是
12、金属的，多数是钢骨橡胶的，如曲轴后油封，变速箱前后油封，左右半轴油封，主减速器前油封，空压机曲轴油封等 1。常用型式型 式 结构简图 代 号 主要特征 用 途 普通单唇形 B 一般用于高、低速旋转轴及往复运动密封矿物油及水等介质。普通油封，在灰尘和杂质比较少的情况下使用，耐介质压力0.05MPa 的场合，最高线速度15m/s，往复运动速度0.1m/s。 普通双唇形 FB 除上述 S 型油封的使用特征外，还可防尘。 普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力0.05 MPa的场合，线速度 15 m/s。 无弹簧型 BV 无弹簧的单唇型内包骨架式橡胶油封。 一般适用于低速工况下，密封介质为润滑酯。线速
13、度6m/s。 外骨架单唇 W 带弹簧的单 普通油封，在灰尘第一章 引言3形 唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚性好。 和杂质较少的情况下使用，耐介质压力0.05MPa 的场合。旋转轴线速度15m/s 的情况。 外骨架双唇形 FW 带副唇的双唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚度高，同轴度好。 普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力0.05 MPa的场合。转速15m/s。 装配式单唇形 Z 由内外骨架装配滚边而成的外骨架油封且有安装精度高、散热快、重负荷特性。 适用于高温、高速条件下的重负工况，介质压力0.05MPa，最高线速度15m/s。 装配式双唇形 FZ 带副唇的装配式外骨架
14、油封，具有防尘性，安装精度高、散热快、重负荷特性。 适用于高温、高速，由尘条件下的重负荷工况，介质压力0.05MPa，最高线速度15m/s。 单向回流型 右旋 SR、 左旋 DL 在唇部空气测制有带角度的斜筋，与轴的旋转方向有关，由于具有回流效应，径向力比普南京工业大学学士学位论文4利用流体力学原理，产生单向泵吸作用，具有回流效应。 通油封小，减少了磨耗和生热，提高使用寿命，适用于介质压力0.05MPa的场合，转速20m/s。 耐压型 NY 唇部短、腰短粗，具有耐压作用，工作压力3MPa。 适用于介质压力3MPa 的场合，适用于高压泵的轴端油封，一般情况下PV 值8 。旋转轴线速度15m/s
15、。 德国 DIN 标准一般分为 A、AS、B、BS 、C、CS 等结构形式。其中 A 型为普通外包胶单唇口、B 型为外骨架单唇口、C 型为外骨架双骨架（盒式）单唇口；AS、BS、CS 中的 S 一般代表防尘唇，既相应结构形式的双唇（带防尘唇）结构形式。第一章 引言51.1.2 油封试验机油封试验机适用各种回转式油封进行密封性能的试验和研究工作，油封安装在试验机上，主轴以一定的速度回转，经过一定时间的运行，观察油封是否渗漏，每次可试验 2 件油封，测试轴可正、反转。油封实验台设计新颖，起动性能性好，起动力矩大，调速范围广，转速变化率小，噪声低，操作方便。符合 gb/t14273旋转轴唇密封圈性能
16、试验方法等标准要求。如图 1.3 所示图 1.3 油封试验机1.2 油封的国内外发展状况改革开放以来, 我国的汽车工业有了迅猛的发展, 为汽车行业配套的橡胶制品行业也得以相应的发展。1998 年, 全国各类汽车总产量为162178 万辆, 当年销售160131 万辆, 从而使我国成为世界第10 大汽车生产国。1999 年, 预计汽车总产量为17318 万辆,市场需求量为170 万辆。随着汽车工业的发展, 对汽车用橡胶制品的质量要求愈来愈高,除轮胎外, 对油封性能的要求最为苛刻, 存在问题也比较多。因此, 油封生产企业, 围绕油封的质量问题进行攻关、技术改造, 通过合资、引进国外先进技术和装备,
17、 使产品质量有了很大的提高, 基本上满足了汽车工业的需要。数十年来，我国生产油封的主要企业，先后从国外引进了先进的生产技术和工装设备，在生产工艺上正逐步向着自动化、半自动化、高效节能的方向发展，生产工艺特别是油封的质量有了长足的进步。目前，我国油封生产在产品新结构方面有了可喜的发展：1.采用外露、半南京工业大学学士学位论文6外露组合骨架和流体动力学油封。其好处是：油封定位准确、同轴性好、安装性能高、摩擦生热小、导热性能好、材质消耗少。在压力和振动作用下，性能稳定，因而使用寿命较长。用氟橡胶材料制作的轿车发动机旋转油封、并采用沟槽流体动力学（正弦波状及单向变截面沟槽），在密封性和使用寿命方面，已
18、达到国外同类产品的水平；2.整体油封。该产品是铝骨架粘合氟橡胶，采用注射硫化工艺生产而成。3.PIFE组合油封。采用金属骨架压合PIFE环组合成油封。4.贴合PIFE油封，在油封唇口部位贴合PIFE片，而在PIFE中添加玻璃纤维、石墨、青铜粉、二硫化钼等，以提高耐磨性能，增强抵御塑性蠕变能力 2。1.3 主要问题机械油封的工作条件和环境条件是复杂而多变的, 因而它的失效也是诸多因素及其它们的交互作用的影响所致, 一般来说有以下几方面。 ( 1) 轴的表面粗糙度及有关技术要求轴的表面与油封唇部间应有适量的油膜, 以达到混合润滑状态。因此, 必须选择合适的轴表面粗糙度。粗糙度过大, 油膜厚度大,
19、易泄漏, 使唇部磨损加剧; 相反, 若过小, 则油膜难以形成, 润滑面易皲裂, 导致密封性能不稳定。为保证有合适的油膜, 一般轴的表面粗糙度宜在0.15 m0.40 m 内选取。另外, 由于存在着加工、安装误差, 将会产生轴的不圆度和动态偏心, 它们都将影响油封使用的密封效果( 见图1.4) 。第一章 引言7。 图1.4 轴的不圆度和动态偏心下的泄漏率( 2) 轴的转速轴的转速是密封元件选用的依据之一, 它不仅影响到油封的泄漏, 而且由于转速的改变, 将引起温升动载等变化, 显著影响油封的工作寿命。图1.5 为油液温度保持在120时轴转速对密封寿命的影响曲线。图1.5 轴转速对密封寿命的影响曲
20、线( 3) 润滑油的清洁度油液不洁或机械运转中产生的摩擦粉末和切削粉末, 以及外部侵入的灰尘进入润滑油中使油质变坏, 形成油泥和固形杂质, 引起油封唇口与轴表面的划伤, 从而导致油封的急剧磨损。据报道, 有学者做过试验, 用粒径不同的几种白刚玉粉 (Al2O3) , 取其1%的重量混入润滑油中, 观察各粒径的粉末对油封唇口和轴的的磨损程度, 发现粒径为0.3 m 的粉末对油封唇南京工业大学学士学位论文8口和轴的磨损程度最为严重。分析认为, 通常情况下, 使用油封时的平均油膜厚度为0.1 m0.5 m, 粒径大于该平均油膜厚度的杂质进不了滑动面, 而粒径小于该平均油膜厚度的小微粒杂质则可在滑动面
21、间自由流动, 只有杂质粒径大小与平均油膜厚度大致相当时会发生剧烈磨损的情况。鉴于油液的清洁度至关重要, 因此不论是安装或维修, 发现脏物或油封的金属骨架、弹簧卡圈生锈, 都应及时清除或更换。产品试运转检验后, 也应更换新油。使用一段时间后的老化油液, 因化学反应会腐蚀油封, 产生的硬质氯化物颗粒会使滑动面产生严重的磨粒磨损, 因此必须定期更换。( 4) 工作压力和温升油封与轴在运转过程中会产生工作压力, 一般旋转轴油封的耐压力为0.4MPa0.7MPa。当工作压力大于耐压力时, 易使油封唇部变形, 对轴产生过大的径向力, 油封中间会发生凹陷, 从而增大了接触宽度。实践表明, 当压力从零增大到0
22、.1MPa 时, 其接触宽度将是压力为0 时的4 倍。压力作用下接触宽度的增加, 使摩擦力矩增加, 也使摩擦加剧, 温升提高, 从而影响油封的使用寿命。见图1.6, 随着油液温度的增高, 密封寿命将急剧下降; 温度每增加10, 密封寿命将缩短约1/3。当密封使用的工作压力超过耐压值时, 必须采用耐压或高压油封。这些油封的特点是唇部刚度大, 耐磨性和抗变形能力强, 即使是在大的工作压力下, 接触宽度和力矩的增量也不显著。图1.6 油液温度对密封寿命的影响曲线随着汽车业的发展, 汽车更型换代的加快, 对油封工况提出了新的要求, 第一章 引言9老的油封试验台已不能满足新的要求。设计新的油封试验台已成
23、迫切需求。高速油封(线速度大于16m/s)质量不稳定，无法满足高速高温要求；传动带行驶里程低于10万千米，主要是耐热老化、耐磨性能差，伸长率大，导致轮系滑差过大，传动噪声大；胶管中燃油管和输送润滑油软管耐渗透性能不好，大部分企业不具备脉冲疲劳试验机、高低温振动试验机，产品可靠性与寿命无法保证；减震橡胶悬置减震性能差，使用寿命低，产品处于仿制阶段，结构落后，部分产品寿命仅有1万千米；密封条总体较好，也有一些产品存在密封不严，易漏水漏风，变形大不易恢复，角接部位易断裂，夹紧保持力衰减大，与玻璃摩擦阻力大等问题 3。南京工业大学学士学位论文10第二章 油封试验台系统的设计的任务要求具体的任务要求：1
24、 根据题目检索相关的中英文文献资料，翻译相关的英文资料（中文字 3000）2 阅读文献资料，写出文献综述及开题报告3 参加毕业实习，完成毕业实习报告4 根据车用油封试验台的要求，设计出试验台的机械结构系统，液压系统及控制系统5 完成控制系统原理图及控制元件的造型6 画出控制程序框图7 整理技术文件8 画必要的 CAD 图9 写毕业设计论文10 毕业设计（论文）说明书打印在“毕业设计论文纸”上，论文的字数不少于 1 万字，并附有 300500 字的中文摘要及对应的英文摘要。有关撰写的格式及标准参照国家标准 GB7713-87科学技术学位论文和 学术论文的编写格式执行。其它要求参照南京工业大学机械
25、与动力工程学院毕业设计（论文）工作条例执行。具体的工况要求：为使试验台适合各种车型的油封试验,必须满足以下工况: (1) 试验主轴转速 2006 000 r/ min ,无级可调,精度为 2.5 %。(2) 试验用油温在 20250 范围内自动可调，精度为 2。 (3) 每周期的秩序为 3 个阶段。A 阶段:油室无油循环 ,主轴转； B 阶段:油室有油循环,主轴转； C 阶段:油室有油循环,主轴转。且 A、B、C 3 个阶段应在(060 min) 范围内独立可调。(机油试验时,A 阶段 5 min ,B 阶段 20min ,C阶段 5 min) (4) 一次试验为 800 个周期 4。针对以上
26、工况要求,我们对试验台的机械系统，控制系统和液压系统作了相应设计。第三章 油封试验台系统的设计11第三章 油封试验台系统的设计3.1 机械结构系统的设计图 3.1 为油封试验台机械结构示意图。它主要由电机、增速结构、油封环安装架、油泵、恒温油箱及供油回路组成。图 3.1 油封试验台机械结构示意图（1） 电机考虑到经济因素，我们选用了交流电机。交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从
27、几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。20 世纪 80年代初，最大的汽轮发电机已达 150 万千瓦。交 流 电 机 一 般 采 用 三 相 制 ， 因为 三 相 交 流 电 机 与 单 相 电 机 相 比 ， 无 论 在 性 指 标 ， 原 材 料 利 用 和 价 格 等 方 面均 有 明 显 的 优 越 性 。 同 样 功 率 的 三 相 电 机 比 单 相 电 机 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 价 格低 。 三 相 电 动 机 有 自 起 动 能 力 。变 频 器 是 应 用 变 频 技 术 与 微 电 子 技 术 ， 通 过 改 变 电 机 工 作 电 源 的 频 率南京工业大学学士学位论
28、文12和 幅 度 的 方 式 来 控 制 交 流 电 机 的 电 力 传 动 元 件 ， 可 实 现 无 级 调 速 ， 具 有 较好 的 调 速 性 能 。 交 流 电 动 机 调 速 变 频 器 的 特 点 : 低 频 转 矩 输 出 180% ， 低频 运 行 特 性 良 好 ； 输 出 频 率 最 大 600Hz， 可 控 制 高 速 电 机 ； 全 方 位 的 侦 测保 护 功 能 (过 压 、 欠 压 、 过 载 )瞬 间 停 电 再 起 动 ； 加 速 、 减 速 、 动 转 中 失 速防 止 等 保 护 功 能 ； 电 机 动 态 参 数 自 动 识 别 功 能 ， 保 证 系
29、 统 的 稳 定 性 和 精 确 性 ； 高 速 停 机 时 响 应 快 ； 丰 富 灵 活 的 输 入 ， 输 出 接 口 和 控 制 方 式 ， 通 用 性 强 ；（2）增速机构为了达到试验用最高转速,我们在主轴与电机间设计了一个增速装置皮带轮机构。皮 带 轮 是 根 据 减 速 比 配 的 ， 和 工 作 转 速 与 电 机 的 转 速 有 关 。工 作 转 速 /电 机 转 速 =主 动 轮 直 径 /从 动 轮 直 径 *0.98(滑 动 系 数 )， 如 使 用 钢为 材 料 的 皮 带 轮 ,要 求 线 速 度 不 高 于 40m/s,如 使 用 铸 铁 的 材 料 ,要 求 线
30、 速 度不 高 于 35m/s。 电 机 转 速 与 皮 带 轮 直 径 换 算 比 ： 速 度 比 =输 出 转 速 /输 入 转速 =负 载 皮 带 轮 节 圆 直 径 /电 机 皮 带 轮 节 圆 直 径 。 节 圆 直 径 和 基 准 直 径 是 一 样的 ， 直 径 -2h=节 圆 直 径 ， h 是 基 准 线 上 槽 深 ， 不 同 型 号 的 V 带 h 是 不 一 样的 。 皮 带 轮 节 圆 直 径 就 是 皮 带 轮 节 线 位 置 理 论 直 径 ,有 点 像 齿 轮 的 分 度 圆 直径 .一 般 用 PD 表 示 ,外 圆 一 般 用 OD 表 示 。（3）油泵由于
31、试验台对供油量要求低,但对温度的要求高,故对油泵我们选用了耐高温,小流量的定量泵。定量泵的转速选定后，其流量和压力就确定了，就不能调节。（4）恒温油箱温度波动性小，均匀性好。（5）油封环安装架安装架由外壳、油封座、压盖、试验轴、试验油封以及水平移动装置组成。油封与主轴之间可以变换尺寸, 以适应不同尺寸油封的试验要求。油封座的外壳被支于水平移动装置的导向轴上, 外壳在装卸油封时可以在主轴上沿水平方问移动, 以方便操作。传动装置的主轴由交流电机通过平皮带来带动。在主轴的左端装有平皮带第三章 油封试验台系统的设计13轮, 其右端装有油封环安装架。传动装置由一对油封来密封, 运转时通入冷油对轴承进行冷
32、却与润滑。3.2 油封试验台控制系统的设计图 2 所示为油封试验台的控制系统,主要由无级调速系统和油温控制系统组成。3.2.1 控制系统的原理1 无级调速系统无级调速系统是轧钢、造纸、纺织、电力机车等必不可少的设备。目前世界上较先进的无级调速装置是采用三相交流异步电动机，通过改变加在电机绕组上脉动电压频率的方法实现调速。称为 PVM 变频无级调速。它比我国采用的直流电机，通过改变加在电枢上电压的方法，实现调速具有调速范围宽、调节精度高，对电源干扰小、成本低等优点。在对电机的转速调节中，采用双输入单输出的二维结构形式，即以转速误差 e 和误差变化率 ec 作为输入量，以 PLC 输出脉冲的频率的
33、变化值 U 作为模糊控制的输出量 。控制系统框图如图 3.2 所示：南京工业大学学士学位论文14图 3.2 控制系统框图工控机通过转速码盘采样到当前交流电机的转速，然后将当前的转速与给定的转速得到误差信号 e 和误差变化率 ec，把误差和误差变化率的精确量模糊化为模糊量 E、EC，经过模糊推理得到模糊控制量 u，进行解模糊得到转速的精确值 U，将此值与工控机原有的输出脉冲值相加后送入变频器，从而实现对电机的控制，包括加速，减速和保持 5。2. 油温控制系统系统组成如图 3.3 所示，使用 PLC 作为控制核心，温度变量经温度传感器(温度变送器) 采集后，再经过 A/D 转换模块转换成 PLC
34、可读的数据，PLC 将它与温度设定值比较，并按某种控制规律对误差进行运算，驱动执行机构，实现温度的闭环控制 6。图 3.3 油温控制系统系统组成3.2.2 控制系统的硬件由于试验周期太长,一般的单板机不能满足要求,所以主控机我们选用一个386 工控机, 控制用所需的 A/ D、D/ A 转换板及其他元件可直接插在工控机的总线上,主机外没有硬件电路板,系统结构简单、方便。1. 无级调速系统系统结构图如图 3.4 所示第三章 油封试验台系统的设计15图 3.4 系统结构图硬件型号如表 3.1 所示表 3.1 硬件型号表2. 温度控制系统2.1 温度传感器选择 Pt100 铂电阻作为传感器。铂电阻是
35、中低温区最常用的一种温度检测器，其主要特点是测量精度高、性能稳定，其中铂热电阻的测量精确度是最高的。2.2 模拟量输入模块温度由 Pt100 铂电阻温度传感器检测后输出的是模拟电阻信号，而 PLC 所能处理的是数字信号，因此需选择模拟量输入模块。PLC 对温度模拟量处理最常用的特殊模块有: FX2N-4AD 模拟量输入模块、FX2N-4AD-PT 温度传感器模拟量输入模块，FX2N-2LC 温度控制模块。FX2N-4AD 价格相对较低，性价比较高，所以选择 FX2N-4AD 作为整个系统的 A/D 转换模块。表 3.2 所示，增益和偏移还可以通过程序自行修改 7。表 3.2 FX2N-4AD
36、模块出厂时预设的模拟量与数字量之间的比例关系变频器型号 松下 VF0转速码盘型号 欧姆龙 E6A2-CW5C电动机 交流电机南京工业大学学士学位论文16预设 0 预设 1 预设 2增益 0 4 4偏移 5 20 20输入范围 DC -10-10 DC 4-20 DC -20-202.3 温度变送器。由于 FX2N-4AD 所能识别的信号是 DC:-1010 V 或 -2020mA，所以铂电阻温度传感器采集到的温度信号必须要通过外围电路的转换与调理，在此选用 SBWZ-PT100 热电阻温度变送器实现该功能 8。SBWZ-PT100 可将热电阻信号转换成与温度信号成线性的 420mA 的输出信号
37、，根据表 2 选择预设 1，当前温度和 FX2N-4AD 最终转换得到的数字量的比例关系 : FX2N-4AD 转换的数字量= 当前温度10。2.4 加热器及驱动。选用电热管作为系统的加热器件，其具有使用寿命长、抗氧化性能好、电阻率高、价格便宜等优点。加热驱动器的选择对系统的控制效果、可靠性及使用寿命有着较大的影响。目前，使用较多的有接触器、可控硅、固态继电器、IGBT( 绝缘栅型晶体管) 9 等。由于系统中选用的温度控制器为 386 工控机，采用继电器输出方式，所以选用固态继电器 SSR 为驱动控制器件。3.2.3 控制系统的软件1 无级调速系统的软件设计MCGS 通过引入中间数据库元素，使
38、得前操作面板与实际设备之间建立一种联系，使上位机监控得以实现。利用 MCGS 等工业组态软件，使工程人员开发系统的周期大大缩短，节约了大量繁杂的驱动编程等一系列工作。利用编程软件 GXDeveloper 在线调试功能，可以轻松地对该调速系统进行品质判断，从而对系统参数进行部分调整，以达到最优控制的目的。利用 MCGS 组态软件进行系统的全面调试时，只需将 MCGS 开到运行状态，将 PLC 打到 ON 状态，变频器打开，进行相关操作即可。2 温度控制系统的软件设计（1）恒值温度控制技术一般分为定值开关控温法、PID 控温法、智能温度第三章 油封试验台系统的设计17控制法 3 种。386 工控机
39、拥有自己的 PID 指令，只需进行一些简单的参数设置即可，且与开关量控温法相比系统的控制精度有较大的提高，所以选用 PID 控温法。图 3.5 温度控制系统原理接线（2）内存地址及内部继电器分配PLC 内存地址及内部继电器功能对照如表 3.3 所示。表 3.3 PLC 内存地址及内部继电器功能序号 内存地址及内部继电器 描述1 D4 FX2N-4AD 特殊模块识别码2 D10、D11 CH1、CH2 采集数据的平均值3 D20 当前温度值4 D150 PID 输出值5 D160 调整后的 PID 输出6 D200 温度设定值7 D300 D306 PID 参数8 MO、M1、M2 FX2N-4
40、AD 特殊模块识别9 M3、M4 启动停止按钮10 M5 程序启动11 M10 M25 FX2N-4AD 错误状态信息12 M6、M7、M8 控制电扇的运行13 M100、M101、M102 限制 PID 输出值的上下限南京工业大学学士学位论文18（3）系统的启动与停止。利用内部辅助继电器来代替开关输入，可以在触摸屏上点击启动、停止，节省 I /O 输入点。其指令表如下( /内容为注释内容) :LD M3 /* 按下 M3 启动系统* /OR M5ANI M4 /* 按下 M4 停止系统* /OUT M5（4）FX2N-PLC 的识别。PLC 把 2 个温度传感器输出转换为数字量，并把 2 个
41、通道的数据求平均。其指令表如下:LD M8002 /* PLC 上电初始脉冲接通* /FROM K0 K30 D4 K1 /* 将 “0”号 位置的特殊功能模块的 ID 号由 BFM#30 中读出，保存在 D4 中* /CMP K2010 D4 M0 /* 将 PLC 的识别码 K2010 与 D4 中的 ID 码比较，如果相同 M1 = 1* /LD M1 /* 确认为 PLC 特殊功能模块* /TOP KO K0 K3311 K2 /* 将 H3311 写入 BFM#0，CH1、CH2 为 420mA 输入; 33 为 CH3、CH4 通道关闭* /TOP K0 K1 K4 K2 /* 设
42、定 CH1、CH2 平均值取样次数为4，即在一个扫描周期里采样四次* /FROM K0 K29 K4M10 K2 /* 将 BFM#29 里的 16 位故障码分别放入 M10 M25 下* /ANI M10 /* 当 M10、M20 均为 0 时确认无故障* /ANI M20FROM K0 K5 D10 K2 /* 将 CH1、CH2 采集的数据放入D10、D11 中* /MEAN D10 D20 K2 /* 把 D10、D11 求平均值放到 D20中，即当前温度的数字量( 当前温度 10) * /（5） PID 参数设定。第三章 油封试验台系统的设计19LD M5 /* 开始 PID 参数设
43、定* /MOVP K1000 D300 /* 采样时间设为 1S，即每隔一秒采样温度当前值放入 PID 式子中进行运算* /MOVP K1 D301 /* 动作方向设为 1，逆动作，即当前值小于设定值时动作* /MOVP K50 D302 /* 设置滤波常数为 50* /MOVP K10000 D303 /* 设置比例增益 10000( %) * /MOVP K5000 D304 /* 设置积分时间为 5000( %) * /MOVP K0 D305 /* 设置微分增益为 0* /MOVP K0 D306 /* 设置微分时间为 0* /PID D200 D20 D300 D150 /* PID
44、 指令其中 D200 为温度的设定值，D20 为温度当前值，D300 为 PID 调节所需要的参数，D300 为他们的首地址，该程序中用到 7 个，即 D300 D306，D150 为 PID 运算的输出值* /（6） PID 输出值上、下限调节。LD M5 /* 启动 PID 输出值上下限调节* /ZCP K0 K5000 D150 M100 /* 将 PID 输出值限制范围在05000* /LD M100 /* 当 D150 小于 0 时* /MOV K200 D160 /* D160 为 0* /LD M101 /* 当 D150 大于等于 0 小于等于 5000 时* /MOV D15
45、0 D160 /* D160 为 D150 的值* /LD M102 /* 当 D150 大于 5000 时* /MOV K250 D160 /* D160 为 5000* /（7） PWM 指令控制电热器的导通时间。LD M5 /* 启动 PWM 指令* /PWM D160 K5000 Y000 /* 脉宽调制指令其中 PID 的输出 D160 作为脉宽调制指令的高电平，脉冲的周期设置为 5 s，就是在脉宽调制指令中以 5 s 为周期； Y0 接固态继电器 SSR1，用于控制电热管的导通与关断，实现温度的自动调节* /南京工业大学学士学位论文20LD Y000 /* 驱动固态继电器 SSR1
46、* /OUT Y001 /* 固态继电器 SSR1、SSR2 同时接通和断开，即用两个电热管一起控制温度* /LD M5CMP D20 D200 M6 / * 比较当前温度和温度设定值，如果大于的话 M6 接通，控制冷却电扇降温* /LD M6AND M5 /* 系统停止不能接通电扇* /OUT Y2LD M4 /* 系统停止参数复位* /ZRST D0 D400END /* 程序结束（8）系统调试系统按图 3.5 连接后，建立人机界面如图 3.6 所示。图 3.6 触摸屏界面当前温度为 39.1 ，就是 A/D 转换模块转换来的数字量为 391。将温度设定为 800 相当于 80 ，并设定 PID 的参数，然后按下启动按钮，系统启动，开始进行温度当前值采集和 PID 运算。当温度升高到 40.5 时，PID 运算输出 5 000，电热管持续导通，温第三章 油封试验台系统的设计21度持续升高( 图 3.7)； 温度上升到 77.2 ，PID 输出为 3 296，电热管每 5 s 导通 3 s，使温度缓慢上升; 温度为 79. 7 时，PID 输出为 893，即电热管在 5 s 的周期里导
