柴油機性能畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　補氣對渦輪增壓柴油機性能及排放的影響</p><p>　　學院： </p><p>　　專業(yè)： 汽車運用技術 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師：

2、 </p><p>　　補氣對渦輪增壓柴油機性能及排放的影響</p><p>　　摘要：柴油機是通過介質來調節(jié)功率的，即通過改變噴油量來改變混合氣得濃度，從而改變燃料燃燒釋放的能量。當需要增加功率時，通過調節(jié)油門，加大噴油量，而更多燃料的充分燃燒需要更多的空氣。內燃機氣缸內的混合氣的形成對燃燒過程有著決定性的影響，因而也影響著發(fā)動機的動力性，經濟性，燃燒噪聲和有害廢氣的排放。對于渦

3、輪增壓的柴油機來說，由于渦輪增壓器響應的滯后，導致在加速和加載工況下噴入的燃料由于空氣不足而無法充分燃燒，從而造成排氣煙度值大幅上升。</p><p>　　本文的研究目的，是針對渦輪增壓柴油機響應滯后的缺點，設計一套補氣裝置，確定補氣方案，并探討進氣道補氣對渦輪增壓柴油機性能及排放的影響，以改善渦輪增壓柴油機加速冒煙嚴重的問題，提高燃料的燃燒效率，緩解能源與環(huán)境的壓力。</p><p>　

4、　研究結果表明：對于渦輪增壓柴油機，采用補氣措施是十分有必要的。增設一套高壓空氣補氣系統(tǒng)具有結構簡單，性能可靠，成本低，效率高等優(yōu)點，完全可以達到實用化的程度。</p><p>　　本文的主要內容包括：對渦輪增壓柴油機穩(wěn)態(tài)工況以及瞬態(tài)工況下得加載和加速工況進行模擬實驗，確定補氣方案對渦輪增壓柴油機性能及排放的影響。</p><p>　　關鍵詞：渦輪增壓柴油機；補氣：性能：排放。</p

5、><p>　　Abstract: the diesel engine is through the medium to adjust the power, that is, through the change injection quantity to change the mixture to concentration and change fuel burning release energy. When n

6、eed to increase power, through the adjustment throttle, increase injection quantity, and more fuel burn adequately need more air. In internal combustion engine cylinder mixture of the formation of has a decisive influenc

7、e on combustion process, and also affects the engine performance, economy, co</p><p>　　The results show that, for turbocharged diesel engine, the fill gas measures is very necessary. Add a high-pressure air

8、fill gas system is simple in structure, reliable performance, low cost and high efficiency advantage, can achieve practical level.</p><p>　　The main content of this article include: turbocharged diesel engin

9、e steady-state condition and transient conditions have to load and accelerate the working condition simulation experiment, sure fill gas scheme to turbocharged diesel engine performance and the influence of the emissions

10、.</p><p>　　Keywords: turbocharged diesel engine; Fill gas: performance: emissions.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 ……………………………………………………………………………………………2</p><

11、p>　　第一章 緒論…………………………………………………………………………………3</p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義 ……………………………………………………3</p><p>　　1.2國內外研究現狀 …………………………………………………………………3</p><p>　　1.3小結及本文的主要研究工作 …………………………………

12、…………………5</p><p>　　第二章 補氣實驗方案…………………………………………………………………………6</p><p>　　2.1補氣實驗發(fā)動機參數 ……………………………………………………………6</p><p>　　2.2補氣方案的確定 …………………………………………………………………6</p><p>　　2.3補氣系

13、統(tǒng)結構 ……………………………………………………………………8</p><p>　　第三章 實驗內容………………………………………………………………………………10</p><p>　　3．1穩(wěn)態(tài)實驗…………………………………………………………………………10</p><p>　　3.2瞬態(tài)實驗 …………………………………………………………………………11 <

14、/p><p>　　3.3數據分析……………………………………………………………………………11 </p><p>　　第四章 穩(wěn)態(tài)實驗結果分析 ……………………………………………………………………13</p><p>　　4.1補氣對柴油機動力性影響 ………………………………………………………13</p><p>　　4.1.1補氣對柴油機扭矩的

15、影響……………………………………………………13</p><p>　　4.1.2補氣對壓氣機增壓壓力的影響………………………………………………14</p><p>　　4.2補氣對柴油機經濟性的影響………………………………………………………14</p><p>　　4.2.1補氣對柴油機有效熱效率的影響 …………………………………………14</p>

16、<p>　　4.2.2補氣對柴油機比油耗的影響…………………………………………………15</p><p>　　4.3補氣對柴油機排放的影響…………………………………………………………16</p><p>　　4.3.1補氣對柴油機煙度的影響……………………………………………………16</p><p>　　4.3.2補氣對柴油機NOX排放的影響 ………………

17、………………………………16</p><p>　　4.3.3補氣對柴油機CO排放的影響 ………………………………………………17、</p><p>　　4.4本章小結……………………………………………………………………………18</p><p>　　第五章 瞬態(tài)實驗結果分析 ……………………………………………………………………19</p><p

18、>　　5.1補氣對柴油機動力性的影響………………………………………………………19</p><p>　　5.1.1補氣對柴油機扭矩的影響……………………………………………………19</p><p>　　5.1.2補氣對壓氣機增壓壓力的影響………………………………………………20</p><p>　　5.2補氣對柴油機排放的影響……………………………………………

19、……………21</p><p>　　5.2.1補氣對柴油機煙度的影響……………………………………………………21</p><p>　　5.2.2補氣對柴油機CO排放的影響…………………………………………………22</p><p>　　5.2.3補氣對柴油機NOX排放的影響 ………………………………………………23</p><p>　　5.3本

20、章小結 ………………………………………………………………………24</p><p>　　第六章 總結與展望 ……………………………………………………………………25</p><p>　　6.1全文總結 ………………………………………………………………………25</p><p>　　6.2工作展望 ……………………………………………………………

21、………25</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………………………26謝辭 ………………………………………………………………………………………………27</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題研究的目的和意義</p><p>　　當今

22、世界經濟發(fā)展與能源短缺和環(huán)境保護之間的矛盾日益突出，節(jié)能環(huán)保的呼聲日益高漲，如何更充分有效地利用資源對解決能源短缺和環(huán)境保護的問題具有重大意義。環(huán)境與人類生存生活有著極其密切的聯(lián)系，解決環(huán)境保護問題是發(fā)展社會的必然要求。目前汽車以其優(yōu)越的性能得到越來越多人的青睞，但是石油資源日益減少，汽車排放尾氣嚴重困擾全世界專家學者的重大問題，技術的進步和國內外日趨嚴格的排放法規(guī)都要求發(fā)動機有更大的功率，更好的加速性能和更少的有害排放。</p&

23、gt;<p>　　增壓技術是提高發(fā)動機各項性能指標的最有效的手段之一，它能有效提高內燃機的平均有效壓力，從而大幅地提高發(fā)動機的升功率和燃油經濟性并降低排放，被譽為內燃機發(fā)展史上得第二個里程碑。</p><p>　　內燃機增壓技術萌生于19世紀末，在20世紀初得到應用與發(fā)展。隨著材料科學及制造技術的進步，柴油機的渦輪增壓技術在20世紀中葉開始大規(guī)模應用，并逐步推廣到柴油機。目前絕大部分的打功率柴油機，

24、半數以上的車用柴油機以及相當高比例的高性能汽油機均采用增壓技術。與所有新技術一樣，增壓技術給內燃機帶來巨大進步，同時也帶來一些技術上的缺陷，如低速扭矩不足，加速性能差，加速冒煙等問題。柴油機的輸出功率與氣缸內燃燒的燃料量相關，而其產生的動力取決于有效地進氣量，對于一臺渦輪增壓柴油機，渦輪增壓器供應額外的空氣用來燃燒更多的燃料，但是也存在其固有的缺點，對速度和負荷的突然變化的響應慢；燃燒惡化，加速冒煙等問題。隨著柴油機增壓程度的提高，渦輪

25、增壓器響應滯后問題更加突出，這主要是由于渦輪增壓柴油機不像非柴油機那樣可以很快的響應和負荷的突然變化。</p><p>　　以上這些主要問題主要是由于渦輪增壓柴油機不像非柴油機那樣可以很快的響應速度和負荷的突然變化。由于氣體的可壓縮性和渦輪增壓器本身的慣性，當發(fā)動機加速和加載時，雖然噴油量可以快速增加，但進氣量無法滿足要求，由此導致局部空氣系數過小，在高溫的作用下，燃料還未燃燒就發(fā)生脫氫反應，從而</p&g

26、t;<p>　　隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機械手的出現大大減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產率，但傳統(tǒng)的繼電器控制的半自動化裝置因設計復雜、接線繁雜、易受干擾，從而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題，為解決以上問題，可以采用可編程控制器PLC控制的機械手控制系統(tǒng)。PLC具有良好的可擴展性、動作簡便、線路設計合理、抗干擾能力強、可靠性高、價格低廉、指令功能強大、十分適合機械手控制系統(tǒng)中的應用。 </p>&l

27、t;p>　　機械手在現代工業(yè)上的應用</p><p>　　現代工業(yè)制造或生產領域，大量采用了自動化機械手代替人力工作，機械手動作由程序事先設定，可以負荷更大的載重，更可以長時間不間斷流程化運作，而且更加可貴的是它可以完成許多人力所不能完成的復雜動作或危險環(huán)境的作業(yè)。在綜合比較中，它所帶來的高效率生產作業(yè)及低運行成本將是中國制造業(yè)先進性的發(fā)展方向。</p><p>　　一：工業(yè)機械手技

28、術以及重要性</p><p>　　工業(yè)機械手又稱工業(yè)機器人，是由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 </p><p>　　機器人技術是綜合了計算機、控

29、制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域，在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。</p><p>　　二：機械手技術的新進展</p><p>　　目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機器人共性技術的

30、研究。對于機械手主要研究內容集中在以下方面：</p><p>　　1．工業(yè)機器人操作機結構的優(yōu)化設計技術：探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載/自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展。</p><p>　　2．機器人控制技術：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于PC機網絡式控制器已成為研究熱點。編程技

31、術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。。</p><p>　　3．機器人的結構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。</p><p><b>　　三：總述</b></p><p>　　機械工業(yè)是國民經濟的裝備產業(yè)，是科學技術物化的基礎，是高新技術產業(yè)化的載體，是國防建設的基礎工業(yè)，也是為提高人民生活質

32、量提供消費類機電產品的行業(yè)。機械工業(yè)具有產業(yè)關聯(lián)度高，需求彈性大，對經濟增長帶動促進作用強，對國家積累和社會就業(yè)貢獻大等特點。各工業(yè)化國家經濟發(fā)展的歷程表明，沒有強大的裝備制造業(yè)，就不可能實現國民經濟的工業(yè)化、現代化和信息化。目前裝備制造業(yè)發(fā)展滯后是制約我國經濟發(fā)展和產業(yè)升級的重要因素，加大結構調整力度，推進機械工業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展，對于轉變經濟增長方式，提高國民經濟整體素質，增強我國經濟的國際競爭力，保障國防安全等都具有重要而深遠

33、的意義</p><p>　　第二章PLC控制技術</p><p>　　自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上

34、增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。</p><p>　　一. PLC的由來 </p><p>　　美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出

35、了十項招標指標，即： 1、編程方便，現場可修改程序；2、維修方便，采用模塊化結構；3、可靠性高于繼電器控制裝置；4、體積小于繼電器控制裝置；5、數據可直接送入管理計算機；6、成本可與繼電器控制裝置競爭；7、輸入可以是交流115V；8、輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等；9、在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。 1969年，美國數字設備公司（DEC）研制出第一臺PLC，

36、在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在其他工業(yè)領域推廣應用。1971日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應用。 二. PLC的定義 國際電工委員會(IEC)先后頒布了PLC標準的草案第一稿，第二稿,并在

37、1987年2月通過了對它的定義： “</p><p><b>　　三．PLC的組成</b></p><p><b>　　1．PLC基本結構</b></p><p>　　從廣義上講，PLC實質上是一種以數字控制為主要特征的工業(yè)控制計算機，由硬件和軟件兩部分組成。與一般計算機相比，它具有更強的工業(yè)控制相連接的接口，編程語言更

38、直接適用于控制要求。因此，在硬件結構上，PLC與計算機的組成十分相似，主要包括中央處理器（CPU），存儲器，輸入/輸出（I/O）接口，電源等。PLC的基本組成如圖2-1所示。</p><p>　　來自用戶設備 至用戶設備</p><p>　　圖2-1 PLC的基本結構示意圖</p><p>　　2． PLC各組成部分的作用</p><p>

39、;<b>　　1） CPU</b></p><p>　　CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊的進行工作，其主要任務如下：</p><p>　　a）當PLC處于編程狀態(tài)時，控制從編程器鍵入的用戶程序和數據的接收與存儲。</p><p>　　b）當PLC處于運行狀態(tài)時，用掃描的方式通過I/O部件接收現場的狀態(tài)或數據

40、，并存入輸入映像存儲器或數據存儲器中；PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經過命令解釋后按指令規(guī)定的任務進行數據傳送，存取，變換，處理，執(zhí)行邏輯或算術運算等；根據運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像存儲器的內容，再經輸出部件實現輸出控制，制表打印或數據通信等功能。</p><p>　　c）監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)，診斷PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。</p><p&g

41、t;<b>　　2）存儲器</b></p><p>　　PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。</p><p><b>　　3）I/O接口</b></p><p>　　I/O接口是PLC與外界連接的接口。</p><p><b>　　4）電源</b></p>

42、<p>　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。</p><p><b>　　5）智能I/O接口</b></p><p>　　隨著PLC在自動化領域的應用

43、，為了滿足更加復雜的各種控制的需要，不少PLC廠家開發(fā)了除數字量，開關量處理功能以外的多種專門用途的接口模塊和智能接口模塊。</p><p><b>　　6）編程器</b></p><p>　　它的作用是供用戶進行程序的編制，編輯，調試和監(jiān)視。</p><p><b>　　7）其他部件</b></p><

44、;p>　　PLC還可配人機接口，EPROM寫入器，存儲器卡等其他外部設備。</p><p>　　四．PLC的發(fā)展趨勢</p><p>　　PLC經過30多年的發(fā)展，已成為當今增長速度最快的一種工業(yè)控制器。目前，PLC的年生產增長率保持在30%~40%的水平。未來的PLC技術將面臨諸多的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)也迫使PLC向前發(fā)展。</p><p>　　五．PLC的主要生

45、產廠家（世界，中國）</p><p>　　自從第一臺PLC出現以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產品，各流派PLC產品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進，結構緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。</p><p>　　著名的PL

46、C生產廠家主要有美國的A-B（Allen-Brad）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國的AEG公司、西門子（Siemens）公司，法國的TE公司等。</p><p>　　我國的PLC研制、生產和應用也發(fā)展很快，尤其在應用方面更為突出。在20世紀70年代末和80年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少

47、國外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計中，PLC的應用逐年增多，并取得顯著的經濟效益，PLC在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。</p><p>　　目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等。</p><p>　　第三章 運用PLC控制機械手的特點</p>

48、<p>　　工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展, 出現了數控加工中心,它在減輕工人的勞動強度的同時, 大大提高了勞動生產率。但數控加

49、工中常見的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動化裝置。前者費時費工、效率低; 后者因設計復雜, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題?？删幊绦蚩刂破鱌LC控制的上下料機械手控制系統(tǒng)動作簡便、線路設計合理、具有較強的抗干擾能力, 保證了系統(tǒng)運行的可靠性,降低了維修率, 提高了工作效率。機械手技術涉及到力學、機械學、

50、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。</p><p>　　一．機械手的控制技術</p><p>　　要使機械手工作中各組成要素能夠協(xié)調工作，必須有良好的控制系統(tǒng)才能實現。因此，控制系統(tǒng)是機械手工作的核心組成部分。由于機械手的種類很多，所以控制系統(tǒng)的控制功能，控制方式，性能要求等也各不相同。目前在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中普遍應用的主要有繼電接觸器控

51、制系統(tǒng)，可編程控制器組成的控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計算機系統(tǒng)。</p><p>　　1.繼電接觸器控制系統(tǒng)</p><p>　　繼電接觸器控制系統(tǒng)是主要以繼電器，接觸器以及開關，按鈕等器件組成的控制系統(tǒng)。由于這種控制系統(tǒng)具有結構簡單，價格低廉，抗干擾能力強等優(yōu)點所以曾經使用十分廣泛，現今仍在許多簡單的機電設備中應用。但這種控制系統(tǒng)的缺點也是非常明顯的，它采用固定的硬接線方式來完成各種控制邏輯，實

52、現系統(tǒng)的各種控制功能，所以靈活性差；另外，由于機械性的觸點工作頻率低，易損壞，因此可靠性差。</p><p>　　2．可編程控制器（PLC）</p><p>　　PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通信技術，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的控制設備。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式或模擬式輸入和

53、輸出，控制各種類型的工業(yè)生產過程。并且PLC簡單易懂，操作方便，是可靠性較高的新一代通用控制設備。</p><p>　　3．工業(yè)控制計算機（工控機）</p><p>　　工控機是20世紀70年代在通用微機推廣應用的背景下，在總線結構的基礎上發(fā)展起來的一種控制設備，滿足工業(yè)環(huán)境使用要求。在硬件結構方面，其總線標準化程度高，兼容性強；而在軟件方面，資源豐富，可直接的應用微機的各種軟件，充分發(fā)揮

54、微處理器的作用，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，對要求快速，實時性強，模型復雜，計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，使用工業(yè)控制計算機控制生產工藝過程，要求開發(fā)人員具有較高的計算機專業(yè)知識和微機軟件編程的能力。</p><p>　　二. PLC的使用特點 1、高可靠性、抗干擾能力強 </p><p>　?。?）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現場的外電路與PLC內部電路之間

55、電氣上隔離。（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數一般為10~20ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關電源。（5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。 2、豐富的I/O接口模塊 </p>

56、<p>　　PLC針對不同的工業(yè)現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。有相應的I/O模塊與工業(yè)現場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網絡，它還有多種通訊聯(lián)網的接口模塊，等等。 3、采用模塊化結構 </p><p>　　為了適應各種

57、工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數PLC均采用模塊化結構。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據用戶的需要自行組合。 4、編程簡單、易于使用</p><p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 5、系統(tǒng)設計、安裝

58、、調試方便</p><p>　　PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行。</p><p>　　6、維修方便，維修工作量小</p><p>　　各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系

59、統(tǒng)迅速恢復運行</p><p>　　除此之外，PLC還具有通用性強、靈活性好、功能完善；運行速度快；體積小、耗能低；總價格低等優(yōu)點。對工業(yè)應用具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　三. PLC的主要功能 </p><p>　　根據PLC的特點，它能較好的實現以下功能：1、邏輯控制 2、定時控制 3、計數控制4、步進(順序)控制 5、PID控制 6、數據控制：PL

60、C具有數據處理能力。 7、通信和聯(lián)網 8、其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。</p><p>　　四．選用PLC控制機械手的優(yōu)點</p><p>　　與繼電接觸器控制系統(tǒng)相比，PLC在性能控制邏輯上更顯優(yōu)異，特別是可靠性高設計施工周期短，調試修改方便，而且體積小，功耗低，使用維護方便。</p><p>　　與微

61、型計算機相比，PLC結構簡單，抗干擾能力強，易于學習和掌握，價格也比一般的微機系統(tǒng)便宜。</p><p>　　與工控機相比，雖然工控機也能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠運行，但相對來說，其主要用在環(huán)境較好的現場，抗干擾能力不如PLC。工業(yè)現場的電磁干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，如不采取措施，都可能使工控機不能正常工作。而PLC是專為工業(yè)現場應用而設計的，結構上采用整體密封或插件組合型。并采用了一系列抗干擾措

62、施，具有很高的可靠性。</p><p>　　由以上比較可知，在現代制造業(yè)的加工機械自動化生產線中，最常用的控制方式是采用PLC控制。</p><p>　　并且小型可編程控制器具有良好的可擴展性、價格低廉、指令功能強大、十分適合機械手控制系統(tǒng)中的應用。隨著機器人應用范圍的日益擴大和向智能化，擬人化方向的發(fā)展，其手部也有多指多關節(jié)的擬人化要求價，新型PLC控制系統(tǒng)很快為此而面世，如S7－200

63、 PLC的多關節(jié)機械手控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)動作簡便、線路設計合理、具有較強的抗干擾能力，在保證系統(tǒng)運行的可靠性、降低威脅率，提高工作效率等方面有很好的表現。</p><p>　　第四章 機械手的PLC控制原理</p><p>　　小型可編程控制器具有良好的可擴展性、價格低廉、指令功能強大、十分適合機械手控制系統(tǒng)中的應用．這里主要以德國西門子公司生產的小型可編程控制器S7－200 PLC為背

64、景，對ＰＬＣ的工作原理和ＰＬＣ的系統(tǒng)設計作以簡介．</p><p><b>　　PLC工作原理</b></p><p>　　PLC的工作原理是建立在計算機工作原理之上的，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現的。CPU是以分時操作方式來處理各項任務的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應各電器的動作，在時間上形成串聯(lián)工作方式。PLC的工

65、作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期如圖4-1。</p><p><b>　　一個掃描周期</b></p><p>　　圖4-1 PLC的掃描周期</p><p><b>　　1. 掃描技術 </b></p><p>　　當PLC投入運行后，其工作過程一般分

66、為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。</p><p><b>　　2．PLC工作過程</b></p><p>　　(1) 輸入采樣階段 </p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并

67、將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 </p><p>　　(2) 用戶程序執(zhí)行階段 </p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由

68、上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟

69、設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 </p><p>　　(3) 輸出刷新階段 </p><p>　　當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CP

70、U按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。</p><p>　　3、 PLC的I/O響應時間 </p><p>　　為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。為了能實現繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。以上兩個主要原因

71、，使得PLC得I/O響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。所謂I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需的時間。</p><p>　　4、I/O尋址方式 </p><p>　　PLC的硬件結構主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC的主要部分(包括I/O系統(tǒng)和電源等)全部安裝在一個機箱內

72、。后者將PLC的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據需要將所選用的模塊插入PLC機架上的槽內，構成一個PLC系統(tǒng)。不論采取哪一種硬件結構，都必須確立用于連接工業(yè)現場的各個輸入/輸出點與PLC的I/O映象區(qū)之間的對應關系，即給每一個輸入/輸出點以明確的地址確立這種對應關系所采用得方式稱為I/O尋址方式。 I/O尋址方式有以下三種： （1）固定的I/O 尋址方式這種I/O尋址方式是由PLC制造廠家在設計、生產PLC時確定的，它的

73、每一個輸入/輸出點都有一個明確的固定不變的地址。一般來說，單元式的PLC采用這種I/O尋址方式。 （2）開關設定的I/O尋址方式這種I/O尋址方式是由用戶通過對機架和模塊上的開關位置的設定來確定的。 （3）用軟件來設定的I/O尋址方式這種I/O尋址方式是有用戶通過軟件來編制I/O地址分配表來確定的</p><p>　　5．PLC程序設計語言介紹　 </p><p>　　在PLC

74、中有多種程序設計語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。1).梯形圖（Ladder Diagram） 程序設計語言梯形圖程序設計語言是用梯形圖的圖形符號來描述

75、程序的一種程序設計語言。采用梯形圖程序設計語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果。每個梯級是一個因果關系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結果表示在后面。 梯形圖程序設計語言的特點是：（1）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性； （2）與原有繼電器邏輯控制技術相一致，對電氣技術人員來說，易于撐握和學習； （3）與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是，梯形圖中的

76、能流（Power FLow）不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應用時，需與原有繼電器</p><p>　?。保校蹋孟到y(tǒng)設計的基本原則</p><p>　　由于ＰＬＣ的結構和工作方式與通用微型計算機不完全一樣，因此，在設計ＰＬＣ自動控制系統(tǒng)時，需要根據ＰＬＣ的特點來進行系統(tǒng)設計．</p><p>　　在進行系統(tǒng)設計時遵循的基本原則：<

77、;/p><p>　?。校蹋每刂葡到y(tǒng)的被控制對象最大限度的滿足工藝要求．</p><p><b>　　系統(tǒng)結構力求簡單．</b></p><p>　　保證控制系統(tǒng)安全性和可靠性．</p><p>　　控制系統(tǒng)能夠方便的進行功能擴展，升級．</p><p><b>　　人機界面友好．</b

78、></p><p>　　２．ＰＬＣ系統(tǒng)設計步驟的基本流程圖：</p><p>　　使用流程圖表示系統(tǒng)動作的基本流程，能直觀，形象，具體地反映工程設計的基本組成框架以及相互約束關系，給編寫流程帶來及大的方便。其一般步驟的基本流程如圖４－2所示．</p><p>　　圖4-2 PLC系統(tǒng)設計流程圖</p><p>　　注：其中在PLC選

79、型上應考慮其結構合理，功能強弱合理，機型統(tǒng)一，是否在線編程，PLC的環(huán)境適應性等因素。必須特別指出，在確定控制方式后和進行I/O地址分配前，必須進行外圍電路的設計；在確定存儲器容量之后和選擇I/O模塊之前，必須進行外部設備的工作；在選擇I/O模塊之后和進行控制回路之前，必須進行控制盤柜的設計。這些工作可在上述較適當的時候穿插進行，但在整個設計過程中必不可少。　　　</p><p>　　三，PLC控制系統(tǒng)與機械手的

80、連接</p><p>　　在實際工業(yè)應用中，PLC對機械手控制的實現，經常需要用計算機對PLC進行編程。并把編譯好的程序下載到PLC中去。PLC的串行口通過電纜與計算機的RS-232相連接，使用專用軟件實現PLC，計算機與機械手之間的相互通信。從而使機械手按照預定的動作方式進行作業(yè)。 </p><p>　　四、PLC的通信聯(lián)網　 PLC具有通信聯(lián)網的功能，它使PLC與PLC 之間、PL

81、C與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散集中控制?，F在幾乎所有的PLC新產品都有通信聯(lián)網功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。　　當然，PLC之間的通訊網絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網。<

82、;/p><p>　　五、上位機與PLC數據通信 </p><p>　　PLC上位機的通信是PLC應用于控制的重要環(huán)節(jié)。例如S7－200通過選擇合適的通信口工作方式與上位機通信，S7－200系列PLC的通信口有3種工作方式：PPI（Point－to－PiontInterface）方式、Freeport（自由口）方式、PROFI－BUS－DP方式。</p><p><

83、b>　　六、抗干擾設計 </b></p><p>　　防輸入信號的線間干擾，機械手PLC控制系統(tǒng)中的這種干擾雖然可以通過輸入單元的濾波電路使其衰減，然而，輸入信號線與大地間的共模干擾在控制器內部回路產生大的電位差，可能引起控制器誤動作，因此，為了抗共模干擾，除控制器要良好接地外，在設計肋骨冷彎機PLC控制系統(tǒng)時還采取了并接續(xù)流二極管（只在信號輸入端有感性負載時采用）、感應電壓采用繼電器轉換兩種抗

84、干擾措施。由于PLC機柜和操作臺、配電柜等用電設備的金屬外殼及控制設備正常不帶電的金屬部分，由于各種原因（如腐蝕、絕緣破損等）而有可能帶危險電壓，所以應該進行保護接地</p><p>　　第五章 PLC在機械手控制系統(tǒng)的安裝環(huán)境</p><p>　　每種工業(yè)設備對外部環(huán)境都有特定的要求，PLC的安裝也不例外。如果不滿足安裝環(huán)境要求，可能不會影響PLC的正常功能，但會影響PLC的可靠性和

85、使用壽命。下面介紹PLC在工業(yè)機械手方面的安裝環(huán)境。</p><p>　　一：PLC的使用環(huán)境 </p><p>　　雖然PLC的適應性很強，適宜于比較惡劣的工廠環(huán)境，但并不是說PLC在所有場合都能正常有效的進行工作。下面是一些可能影響PLC正常工作的場合，一般來說，在這些場合下不適合安裝PLC。</p><p>　　1）周圍溫度低于0℃或高于55℃的場合。<

86、/p><p>　　2）有劇烈溫度變化或冷凝的場合。</p><p>　　3）周圍濕度低于10%或高于90%的場合。</p><p>　　4）遭受腐蝕性或可燃性氣體侵擾的場合。</p><p>　　5）遭受過度灰塵（特別是導電塵埃），鹽蝕或金屬粉末填充影響的場合。</p><p>　　6）PLC易遭受到直接沖擊或激烈振動的場

87、合。</p><p>　　7）直接暴露在日光下的場合。</p><p>　　8）PLC可能受水油或化學品侵蝕的場合。 </p><p>　　二：PLC元件安裝注意事項</p><p>　　由于工廠環(huán)境相對比較惡劣，各種機器的相互干擾大，靜電輻射多，雖然PLC本身有一定的保護措施，但那只是適應一般環(huán)境下的必要保護，針對不同的現場環(huán)境，應

88、該加以相應的保護。</p><p>　　1）在PLC易遭受到靜電，強磁場或其他干擾的場合，應采取相應的靜電防護，磁場屏蔽以及抗干擾措施。</p><p>　　2）在PLC可能遭受到放射源輻射的場合，應對輻射源做好屏蔽措施。</p><p>　　3）PLC不能安裝在裝有高壓設備的控制屏上，當PLC位置靠近供電源時，PLC的安裝位置至少離電源線200毫米以上。</

89、p><p>　　4）為了確保PLC不至于過熱，需要考慮機架之間的凈空距離和采用風扇進行冷卻。</p><p>　　5）為了達到最大程度的對流冷卻，所有PLC元件都應安裝于垂直（豎直）位置。</p><p>　　6）PLC可根據要求用DIN導軌安裝，也可直接安裝在符合要求的堅固支撐物上。</p><p>　　7）PLC主機應安裝在一個使用，維護方便

90、的工作面上（如與坐姿或站立時的眼睛處于同一水平面上），I/O機架常安裝在PLC主機之下或與其相鄰的位置。</p><p>　　安裝PLC的機架之間應該有足夠的空間供布線，但是布線不應該妨礙散熱。在確定機架之間的距離時，應該考慮線槽的寬度，通風和PLC單元拆裝的方便程度等因素。一般情況下，兩個機架之間的距離應該在70—120毫米之間。若PLC的外部環(huán)境溫度高于規(guī)定值或將PLC安裝在封閉的機箱內，就需要安裝風扇進行冷

91、卻。</p><p>　　第六章 PLC控制機械手的應用案例</p><p>　　機械手在工業(yè)生產中的應用十分普遍，以下通過西門子S7-200對機械手的應用程序作簡單介紹。機械手的全部動作一般由汽缸驅動，汽缸由相應的電磁閥來控制，電磁閥由PLC控制。</p><p><b>　　硬件設計</b></p><p>　　接

92、線原理圖如圖6-1.6-2所示</p><p>　　圖表6- 1 接線原理圖</p><p>　　圖表 6-2 接線原理圖</p><p><b>　　二.控制軟件</b></p><p>　　機械手的PLC控制程序如下：</p><p>　　圖表 6-3 程序附加表</p>

93、<p>　　圖表 6-4 機械手的PLC控制梯形圖分解程序如下：</p><p><b>　　結論：</b></p><p>　　可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊，高可靠性、在機械手控制的設計中起到了重要的作用，同時小型可編程控制器具有良好的可擴展性、價格低廉、指令功能強大、十分適合機械手控制系統(tǒng)中的應用。但在PLC控制的過程中，還有許多問題

94、需要解決，盡管PLC的可靠性較高，抗干擾能力較強，但當生產環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行，且對PLC讀、寫，事件響應等通信時間也應該進行精確控制，使其取得良好的效果，隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC將成為其發(fā)展的重要因素。并且隨著機器人應用范圍的日益擴大和向智能化，擬人化方向的發(fā)展，

95、其手部也有多指多關節(jié)的擬人化要求，另外在工傷、事故中斷手的殘疾人也需要功能價格比高的多關節(jié)機械手，來保證系統(tǒng)運行的可靠性、降低威脅率，提高工作效率。</p><p><b>　　謝辭：</b></p><p>　　在學校學習生涯的最后一頁就要翻過去了，此刻我的內心感慨萬千！即有幾分喜悅又有幾分留戀，可我最想說的還是感恩。感謝班主任xx老師，她輔導我三年使我學到很多做人

96、的道理；感謝各學科授課老師，是他們引我走入知識的寶藏；感謝同我一起走過的同窗好友，是他們陪我度過那些歡樂的時光。在此特別感謝我的導師xx先生，雖然我們相識不久，但他在輔導我做論文的過程中，給予我的是授課老師般的關懷。他在百忙之中為我親臨指導、悉心解說、細心批閱、耐心指正。他的鼓勵為我樹立了寫好論文的信心，他的工作風范強烈的激勵著我，令我受益匪淺。在此衷心的感謝他！也要感謝我實習單位的段長孟慶飛、車間技術員xx等同事，他們給予我支持、幫助

97、與建議為我提供很多技術資料，在此感謝他們！</p><p>　　在本文寫作中，我廣泛參閱了國內諸多論著、上網查閱了很多有關資料，增長了不少見識、受到啟發(fā)頗多。同時也對所學的知識進行了溫習，感受很深。相信寫這篇論文我所獲得的收益將不只是論文本身。</p><p>　　在本論文完成的過程中，有很多老師、同學、同事給予我?guī)椭c鼓勵，在此衷心的向您們道一聲：謝謝！</p><p

98、><b>　　附錄：</b></p><p>　　S7-200 CPU224一般性能</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 張廣明 李果 朱煒 《機電系統(tǒng)PLC控制技術》國防工業(yè)出版社 2004.8</p><p>　　[2] 陳瑞陽 《機電

99、一體化控制技術》 高等教育出版社 2005.7</p><p>　　[3] 吳作明 《PLC開發(fā)與應用實例詳解》 北京.航空航天大學出版社 2007. 11</p><p>　　[4] 張鐵 謝存禧 《機器人學》 廣州. 華南理工大學出版社 2005.1</p><p>　　[5] 魯遠棟 《PLC機電控制系統(tǒng)應用設計

100、技術》 北京 電子工業(yè)出版社 2006.6</p><p>　　[6] 廖常初 《PLC編程及應用》 北京.機械工業(yè)出版社 2002.5</p><p>　　[7] 殷洪義 《可編程控制器選擇設計與維護》 北京.機械工業(yè)出版社 2004.3</p><p>　　[8] 王永華 《現代電器控制及PLC應用技術》 北京. 航空航天大學出版社2003.

101、5</p><p><b>　　2008年5月</b></p><p>　　Programmable logic controller </p><p>　　A programmable logic controller (PLC) or programmable controller is a digital computer used fo

102、r automation of industrial processes, such as control of machinery on factory assembly lines. Unlike general-purpose computers, the PLC is designed for multiple inputs and output arrangements, extended temperature ranges

103、, immunity to electrical noise, and resistance to vibration and impact. Programs to control machine operation are typically stored in battery-backed or non-volatile memory. A PLC is an e</p><p>　　The functio

104、nality of the PLC has evolved over the years to include sequential relay control, motion control, process control, distributed control systems and networking. The data handling, storage, processing power and communicatio

105、n capabilities of some modern PLC are approximately equivalent to desktop computers. PLC-like programming combined with remote I/O hardware, allow a general-purpose desktop computer to overlap some PLC in certain applica

106、tions. Under the IEC 61131-3 standard, PLC can be</p><p>　　60's in last century, because of American car industry need to carry on large-scale technique reformation and equipments to renew, from traditio

107、nally control equip to carry on a control after the electric appliances, not only the physical volume be huge, breakdown rate, gentle bad, ineffective live, consume ability, and adjust to try difficulty, the credibility