图2.3多路阀原理
2.4 电液伺服阀的设计
起重机起重臂的伸缩缸采用阀控缸位置伺服控制系统，主要控制元件为电液伺服阀。电液伺服阀是电液伺服系统中关键的精密控制元件，价格昂贵，所以伺服阀的选择，应用要谨慎。
在伺服阀选择中考虑的因素有:A:阀的工作性能、规格;B:工作可靠、性能稳定、一定的抗污染能力;C:价格合理;D:工作液、油源;E:电气性能和放大器;F:安装结构，外型尺寸等等。
按照功能要求，本起重机伸缩臂液压系统采用通用型射流管式流量电液伺服阀。用于位置伺服系统的控制，让起重臂伸缩刚准确伸缩到指定位置，使得缸销、臂销能准确插入预设的销孔内。阀控缸式位置伺服系统见图2.4。
图2.4电液伺服阀控制的位置伺服系统
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射流管阀是力反馈型伺服阀，衔铁工作在中位附近，不受伺服阀中间参数影响，线性度好，性能稳定，抗干扰能力强，零漂小，是高性能的伺服阀。射流管喷嘴为最小流通面积处，过流面积大，不易堵塞，抗污染性好。一般相频宽可超过100Hz，高的亦可达到200Hz。其次射流管阀射流放大器部分压力效率和容积效率较高，推动阀芯力较大。同样道理射流管阀工作压力范围很广，它的低压工作性能优良，它甚至可以在0.5MPa供油条件下正常工作。下面为了消除某些手册的结论的影响，特作如下说明:
伺服射流管先导级具有如下工作特点:
(1)较大的流量接受效率(90%以上的先导级流量被利用)使得能耗降低，对于使用多台伺服比例阀的系统，此优点更突出。
(2)伺服射流管先导级具有很高的无阻尼自然频率(500Hz )，因此这种阀的动态响应较高。
(3)性能可靠。伺服射流先导级具有很高的压力效率(输入满标定信号时，压力效率高大80%以上)，因此她可提供给功率级滑阀较大的驱动信号，提高了阀芯的位置重复精度。
(4)最低先导级控制压力仅2.5MPa，由于它的这一优点，此阀可用于象汽轮机控制一类的低压系统中。
(5)先导级过滤器的寿命几乎是无限的，因为先导级的名义间隙均在200 u m以上。 (6)由于阀的频率响应改善，功率级滑阀的增益得到了提高，因此使得阀具有优异的静态和动态性能，并使控制系统的性能大大提高。
2.5 小结
本章主要讨论了伸缩臂液压系统的整体设计。设计出能完成功能的液压缸，并对其结构、运动速度、强度进行设计。对多路阀、电液伺服阀进行选择设计，以满足系统的动作要求。
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第3章 电气控制系统设计 3.1 电气控制系统总体设计
电气系统采用先进的PLC控制技术，机电液相结合，有效地保证主机所有功能的实现，充分体现集成控制的设计思想。这是本产品的关键核心技术采用基于PLC可编程控制系统，实现起重机的自动控制，让起重机的所有操作变得更加简单方便，大大提高起重机的作业安全性、可靠性和作业效率，大大降低了操作人员的劳动强度，充分体现了以人为本的设计理念。
该系统具有特殊设计的控制模块确保系统在恶劣的环境下可以高效运行。具有良好的EMC电磁兼容和防震的连接器、外壳。系统可接入范围广泛的数字和模拟输入输出信号，具有处理各种传感器信号以及控制各执行元件的能力。S7-200还可以根据功能要求方便地扩展I/O口。系统还具有接口可以处理智能传感器，各种电磁阀等控制元件以及其他的系统。
主要功能为:①电比例控制参数的数字化调整和显示。②电比例系统的故障代码显示。③液压系统实时检测数据的显示。④单缸伸缩控制系统，控制伸缩缸销、臂销的解锁与锁定及油缸的伸缩动作，从而实现吊臂的伸缩控制。
3.2 控制系统的硬件选择设计 3.2.1可编程控制器
采用西门子57-200PLC，配置CPU226模块，可提供24路数字量输入和16路数字量输出，7个可供扩展模块，实时时钟。CPU226具有如下性能特点:
(1) 24输入/16输出共40个数字量I/O点。
(2)可连接7个扩展模板单元，最大可扩展至248个数字量或35路模拟量I/O点。 (3) 13KB的程序和数据存储区空间。
(4) 6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz的高速脉冲输出。 (5)具有PID控制器。
(6) 2个RS-485通信/编程口。 (7)具有多点接口MPI通信协议。 (8)具有点对点接口PPI通信协议。 (9)具有自由通信口。
(10) I/O段字排可以很容易地整体拆卸。 CPU226的接线图如图3.1所示。
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图3.1 CPU226接线图
3.2.2人机操作界面HMI
人机操作界面采用文本显示器TD200 o TD200是57-200的操作员界面，其功能如下: (1)显示文本信息。通过选择项确认的方法可显示最多80条信息，每条信息最多看包含4个变量。可显示中文。
(2)设定实时时钟。
(3)提供强制/O点诊断功能。
(4)可显示过程参数并可通过输入键进行设定和修改。
(5)具有可编程的8个功能键，可以代替普通的控制按钮，从而可以节省8个输点。 (6)具有密码保护功能。
TD200不需要单独的电源，只需要将它的连接电缆接到CPU22X的PPI接口上，用STEP-Micro/WIN软件进行编程。
3.2.3传感器
传感器选用选用抗振、抗电磁干扰、高精度低零漂，具有温度补偿功能的传感器，即使在持续的高强度作业时，仍然保持其应有的品质。由于实践中发现电流型抗电磁干扰能力强，系统所有的模拟传感器都选择是电流型。
3.2.4电比例手柄
手柄选用光电型电比例手柄，有X和Y双轴电压模拟量输出，并有安全开关和方向开关等开关量输出，适合移动式起重机恶劣的工作环境。
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图3.2手柄开关量输出电路图
图3.3手柄模拟量输出电路图
3.2.5 DC输入模块和接近开关
输入模块采用DC输入模块接近开关的输出类型要求与输入模块的类型相反。本设计方案中输入模块采用PNP型，接近开关采用NPN型。
3.2.6通信处理器
通信处理器采用EM277。EM277是连接SIMATIC现场总线PROFIBUS-DP从站的通信模板，使用EM277可以将S7-200 CPU作为现场总线PROFIBUS-DP的从站连接到网络中。在EM277中，有一个RS-485接口，传输速率从9.6、19.2、45.45、93.75、187.5和500Kb/s-1 Mb/s，而1.5、3.6、12Mb/s，可自动设置。
3.2.7编程设备和软件
采用个人计算机作为编程设备，但须配置制造厂提供的专用编程软件。S7-200的编程软件为STEP7-Micro/MIN，通过一条PC/PPI电缆将用户程序送入PLC中。
3.3 小结
本章主要对伸缩臂的电气控制系统进行了总体设计。设计出能够完成伸缩臂动作要求的硬件电路，并对能够完成功能的各电气元件进行设计，使系统具有高的可靠性和稳定性。
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