于基fluidsim的薄板压力机控制系统仿真--本科毕业设计.doc

28陕西航空职业技术学院机电一体化2014届毕业论文陕西航空职业技术学院毕业论文毕业设计题目基于FluidSIM的薄板压力机控制系统仿真 毕业设计任务书 机电工程 系 机电一体化技术 专业学生姓名 学号 7 一、毕业设计题目： 基于FluidSIM的薄板压力机控制系统仿真 二、毕业设计时间 2013 年10月8日至2013年 12 月 20日 三、毕业设计地点： 陕 西 航 空 职 业 技 术 学 院 四、毕业设计的内容要求：1、Festo液压实验平台的介绍。2、FluidSIM仿真软件的功能及特点。3、液压控制回路的设计4、电气控制回路的设计5、毕业设计说明书包含实验平台介绍、软件功能与特点、液压控制回路的设计、电气控制回路的设计及基于FluidSIM软件的系统仿真实现等，字数不少于6000字。4、设计格式按照要求完成。 指导教师 2013年 10月 8 日摘要随着科学技术的进步，液压传动与控制技术的应用领域正在不断拓展，几乎囊括了国民经济的各个部门，目前它已成为现代机械工程的基本要素和控制工程的关键技术之一。本论文以Festo实验教学系统为基础，对电气液压实验台进行开发与设计，并应用FluidSIM仿真软件进行仿真。主要内容包括：（1）介绍了液压传动与控制系统的组成和实验教学系统中的液压及电气控制元件；（2）针对不同工作机械的工况要求设计其液压控制和电气控制回路，并设定技术参数；（3）利用FluidSIM仿真软件对所设计的液压控制和电气控制回路进行仿真，得到不同工况下的仿真结果；（4）在电气液压实验台上搭建控制回路，进行模拟实验，得到实验结果，并通过讨论与分析给出了最终结论。关键词：液压传动与控制，FluidSIM仿真软件，电气控制目录第1章 液压传动与控制技术概论.11.1 液压传动与控制技术发展概况和特点. .21.1.1. .31.1.2. .41.2 液压传动与控制系统的工作原理及其组成部分. .51.2.1 液压系统传动与控制系统的工作原理.61.2.2. .71.3 本课题的研究内容. .8第2章 液压传动与控制系统主要元件的介绍. .92.1 Festo液压实验平台的介绍. .102.1.1 Festo液压实验平台的结构特点.11 2.1.2 基于Festo电气液压实验平台的介绍.122.2 液压阀.132.2.1 方向控制阀.142.2.2 压力控制阀.152.2.3 流量控制阀.162.3 传感器.172.4 电磁铁.182.5 压力机.192.6 FluidSIM仿真软件的功能及特点.202.6.1 FluidSIM仿真软件的功能介绍.212.6.2 FluidSIM仿真软件的特点.22第3章 薄板压力机电气液压控制系统的设计.233.1工作对象.243.2实验目的.253.3薄板压力机电气液压控制系统的设计.263.3.1液压控制回路的设计.273.3.2电气控制回路的设计.28第4章 基于FluidSIM软件的薄板压力机电气液压控制系统的仿真.294.1 基于FluidSIM软件的系统仿真实现.304.2 仿真结果小结.31主体部分第1章 液压传动与控制技术概论1.1 液压传动与控制技术发展概况和特点1.1.1 液压传动技术的历史进展与趋势液压传动是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，1795年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。20世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行了理论及实际研究；1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第一次世界大战爆发后液压传动技术得到广泛应用，特别是1920年以后,发展更为迅速。1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要反应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机防真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果1。1.1.2 液压传动技术的特点液压传动技术与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：（1）液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置；（2）重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；（3）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）；（4）可自动实现过载保护；（5）一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（6）很容易实现直线运动；（7）很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。液压传动也存在着缺点：（1）由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低，如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故；（2）由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作；（3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵；（4）由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比；（5）液压传动出故障时不易找出原因；（6）使用和维修要求有较高的技术水平2。1.2 液压传动与控制系统的工作原理及其组成部分1.2.1 液压系统传动与控制系统的工作原理以实现工作台往复运动的简单机床的液压传动系统为例进行分析，如图图1-1所示。图1-1 简单机床的液压传动系统1-油箱 2-滤油器 3-液压泵 4-节流阀 5-溢流阀6-换向阀 7-手柄 8-液压缸 9-活塞 10-工作台液压缸8固定在床身上，活塞9连同活塞杆带动工作台10作直线往复运动。电动机带动液压泵3旋转，液压泵3从油箱1经过滤油器2吸油，油液通过节流阀4流至换向阀6。当手柄7处于图1-1（a）所示位置时，P与A、B、T均不通，液压缸8不通油，所以工作台停止。若将手柄7推至图1-1（b）所示位置，这时油液从PA液压缸8左腔，液压缸8右腔AT，工作台10向左移动。若将手柄7拉至图1-1（c）所示位置，这是油液从PB液压腔8右腔，液压缸8左腔AT，工作台10向左移动。由此可见，由于设置了换向阀6，所以可改变压力油的通路，使液压缸不断换向实现工作台的往复运动。工作台速度v可通过节流阀4来调节。节流阀的作用是利用改变节流阀开口的大小，来调节通过节流阀油液的流量，以控制工作台的速度。工作台运动时，要克服阻力、切削力和相对运动件表面的摩擦力等，这些阻力由油液泵输出油液的压力来克服，根据工作情况的不同，液压泵输出油液的压力应该能够调整。另外，一般情况下，液压泵排出的油液往往多于液压缸所需油液，多于的油液经溢流阀5流回油箱。图中2为网式滤油器，起滤油作用3。通过对上面系统的分析可见：(1）液压传动是以液体作为工作介质老传递动力的；(2）液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不同的。(3）液压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制难以截然分开。1.2.2 液压传动与控制系统的组成部分液压传动装置主要由以下四部分组成：(1）能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油；(2）执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以使作旋转运动的液压马达；(3）控制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。例如上例中的节流阀、溢流阀、换向阀等。这些元件的组合形成了不同功能的液压系统；(4）辅助装置上述三部分以外的其他装置，例如上例中单油箱、过滤器、油管等。它们对保证系统正常工作也起重要作用4。1.3 本课题的研究内容 本论文研究的主要内容是围绕Festo液压实验平台为基础介绍了主要以TP601和TP02部分实验中液压传动与控制系统的组成和实验教学系统中的液压及电气控制元件；根据各个机械装置工作（装配装置、管道阀门装置、铣床装置、薄板压力机、拉床）的具体工况要求设计其电气液压控制回路并设定技术参数；利用FluidSIM仿真软件对所设计的电气液压控制回路进行仿真实现并进行排障和改进，然后在电气液压实验台上搭建控制回路，进行模拟实验，得到实验结果，并通过讨论与分析给出了最终结论，完成对电气液压实验台的开发与仿真实现。第2章 液压传动与控制系统主要元件的介绍2.1 Festo液压实验平台的介绍Festo的自动化控制技术培训装置满足各种培训及职业技能需要，基础部分培训装置提供广泛的基础技术知识；此外Festo Didactic液压实验台具有模块化结构特点，可进行除独立实验装置以外的多种组合应用。它的资料部分提供重要的闭环和开环控制技术知识；功能部分说明自动化系统的基本功能；应用部分包含下列领域：气动、电气气动、可编程控制器、PC自动化、液压、电气比例液压和应用技术。在本论文中采用的是TP601和TP602电气液压控制实验部分。2.1.2 基于Festo电气液压实验平台的介绍Festo液压控制实验平台在TP601电气液压实验装置中的应用包括：各液压电气元件的原理及应用；电气控制单元的工作原理；元件及回路的符号表述标准；绘制电气及液压基本回路控制图。在TP602的应用包括：设计搭建带平衡控制的快速进给回路、带两通或三通流量阀的快速进给回路、卸压回路及进口节流调速回路、压力顺序回路的使用；以及带急停开关、缓动模式等安全保护控制的应用4。2.2 液压阀1.液压元件：液压阀可分为普通液压阀和特殊液压阀：普通液压阀按其在液压系统中所起的作用，通常分为压力控制阀，流量控制阀和方向控制阀，即通常所说的三大类液压阀。压力控制阀是控制流体压力的阀的总称，包括溢流阀、顺序阀、减压阀、压力继电器等；流量控制阀是控制流体流量的阀的总称，包括节流阀、调速阀、溢流节流阀、分流集流阀等；方向控制阀是控制流体流动方向的阀的总称，包括单向阀、各类换向阀、截止阀等。特殊的液压阀是在普通液压阀的基础上为进一步满足某些使用要求发展而成的，主要有多路换向阀、叠加阀、插装阀、电液伺服阀、电液比例阀和电液数字阀等。叠加阀是由几种阀相互叠加起来靠螺栓紧固为一个整体而组成回路的阀，这种阀的特点是集成化，省去了安装时阀和阀之间的配管，避免了管路、接头、法兰等所带来的阻力、泄漏、污染、振动和噪声等一系列使用与维修问题，并使液压系统大为紧凑和简化。电液比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压阀，它可使液压系统中压力、流量等参数与输入的电气控制信号成比例地变化。与普通液压阀相比，它提高了阀的控制水平；与电液伺服阀相比，虽然其性能有所降低，但是结构简单、制造成本低、抗污染能力较强，能满足多种使用场合的要求。液压阀符号： 双液控单向阀符号二位二通电磁阀符号二位三通电磁阀符号二位三通电磁球阀二位四通电磁阀三位五通电磁阀三位四通电液压阀符号三位四通比例阀.先导型压力控制阀先导型比例电磁式压力控制阀单作用电磁铁双作用电磁铁单作用可调电磁操作(比例电磁铁，力马达等)液压先导加压控制液压二级先导加压控制气-液先导加压控制电-液先导加压控制先导型比例电磁式溢流减压阀符号定比减压阀符号定差减压阀符号2.2.1 方向控制阀 方向控制阀是通过控制液体流动的方向来操纵执行元件的运动，如液压缸的前进、后退与停止，液压马达的正反转与停止等。单向阀单向阀（Check valve）使油只能在一个方向流动，反方向则堵塞。其构造及符号如图4-1所示。夜控单向阀：液控单向阀如图4-2所示，在普通单向阀的基础上多了一个控制口，当控制口空接时，该阀相当于一个普通单向阀；若控制口接压力油，则油液可双向流动。为减少压力损失，单向阀的弹簧刚度很小，但若置于回油路作背压阀使用时，则应换成较大刚度的弹簧。换向阀：换向阀是利用阀芯对阀体的相对位置改变来控制油路接通、关断或改变油液流动方向。一般以下述方法分类换向阀结构：在液压传动系统中广泛采用的是滑阀式换向阀,在这里主要介绍这种换向阀的几种结构。1) 手动换向阀：手动换向阀是利用手动杠杆来改变阀芯位置实现换向的,图4-7所示为手动换向阀的图形符号。3电磁换向阀：利用电磁铁的通、断电而直接推动阀芯来控制油口的连通状态2.2.2 压力控制阀它是制压力的阀的总称。 下面给大家举例：电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压缸控制，所以就会用到电磁阀。工作原理电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或露出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置运动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。分类直动式电磁阀：原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。分布直动式电磁阀：原理： 它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点： 在零压差或真空、高压时亦能可*动作，但功率较大，要求必须水平安装。先导式电磁阀：原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点： 流体压力范围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。2.2.3 流量控制阀流量控制阀是在一定压力差下，依靠改变节流口液阻的大小来控制节流口的流量，从而调节执行元件。利用调节阀芯和阀体间的节流口面积和它所产生的局部阻力对流量进行调节，从而控制执行元件的运动速度。流量控制阀按用途分为5种。节流阀：在调定节流口面积后，能使载荷压力变化不大和运动均匀性要求不高的执行元件的运动速度基本上保持稳定。节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回油路节流调速系统和旁路节流调速系统。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。 调速阀：调速阀是进行了压力补偿的节流阀。它由定差减压阀和节流阀串联而成。节流阀前、后的压力分别引到减压阀阀芯右、左两端，当负载压力增大，于是作用在减压阀芯左端的液压力增大，阀芯右移，减压口加大，压降减小，使也增大，从而使节流阀的压差保持不变；反之亦然。这样就使调速阀的流量恒定不变。在载荷压力变化时能保持节流阀的进出口压差为定值。这样，在节流口面积调定以后，不论载荷压力如何变化，调速阀都能保持通过节流阀的流量不变，从而使执行元件的运动速度稳定。分流阀：分流集流阀也称速度同步阀，是液压阀中分流阀，集流阀，单向分流阀，单向集流阀和比例分流阀的总称.同步阀主要是应用于双缸及多缸同步控制液压系统中。通常实现同步运动的方法很多，但其中以采用分流集流阀同步阀的同步控制液压系统具有结构简单、成本低、制造容易、可靠性强等许多优点，因而同步阀在液压系统中得到了广泛的应用。分流集流阀的同步是速度同步，当两油缸或多个油缸分别承受不同的负载时，分流集流阀仍能保证其同步运动。不论载荷大小，能使同一油源的两个执行元件得到相等流量的为等量分流阀或同步阀;得到按比例分配流量的为比例分流阀。集流阀：作用与分流阀相反，使流入集流阀的流量按比例分配。分流集流阀：兼具分流阀和集流阀两种功能。分流集流阀也称：同步阀，是集液压分流阀、集流阀功能于一体的独立液压器件。是液压阀中分流阀，集流阀，单向分流阀，单向集流阀和比例分流阀的总称.同步阀主要是应用于双缸及多缸同步控制液压系统中。通常实现同步运动的方法很多，但其中以采用分流集流阀同步阀的同步控制液压系统具有结构简单、成本低、制造容易、可靠性强等许多优点，因而同步阀在液压系统中得到了广泛的应用作用与分流阀相反，使流入集流阀的流量按比例分配。2.3 传感器传感器的种类传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。 3光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电阻受到光照射时，电阻值会发生变化，直接把光信号转换成电信号输出；后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量，然后再转换成电信号输出，如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类，当有压力作用到弹簧管时，弹簧管产生形变，传感器再把变形量转换为电信号输出 2.5 压力机 压力机是一种结构精巧的通用性压力机。具有用途广泛，生产效率高等特点，压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件。机械压力机工作时由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮（通常兼作飞轮），经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。机械压力机在锻压工作完成后滑块程上行，离合器自动脱开，同时曲柄轴上的自动器接通，使滑块停止在上止点附近。 压力机由电机经过传动机构带动工作机构，对工件施加工艺力。传动机构为皮带传动、齿轮传动的减速机构；工作机构分螺旋机构、曲柄连杆机构和液压缸。压力机分螺旋压力机、曲柄压力机和液压机三大类。曲柄压力机又称为机械压力机。螺旋压力机无固定下死点，对较大的模锻件，可以多次打击成形，可以进行单打、连打和寸动。打击力与工件的变形量有关，变形大时打击力小，变形小（如冷击）时打击力大。在这些方面，它与锻锤相似。但它的打击力通过机架封闭，故工作平稳，振动比锻锤小得多，不需要很大的基础。压力机的下部都装有锻件顶出装置。螺旋压力机兼有模锻锤、机械压力机等多种锻压机械的作用，万能性强，可用于模锻、冲裁、拉深等工艺。此外，螺旋压力机结构简单，制造容易，所以应用广泛。12.4 电磁铁通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁(electromagnet)。我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。电磁铁是电流磁效应（电生磁）的一个应用，与生活联系紧密，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电磁流量计等。电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。如果按照用途来划分电磁铁，主要可分成以下五种：（1）牵引电磁铁主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务。（2）起重电磁铁用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。（3）制动电磁铁主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。（4）自动电器的电磁系统如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。（5）其他用途的电磁铁如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。2.6 FluidSIM仿真软件的功能及特点2.6.1 FluidSIM仿真软件的功能介绍FluidSIM由德国Festo公司和Paderborn大学联合开发，专门用于液压、气压传动及电液压、电气动的教学培训软件，FluidSIM分为FluidSIM-H和FluidSIM-P两个软件，其中FluidSIM-H用于液压传动技术的模拟仿真与排障，而FluidSIM-P用于气压传动。FluidSIM软件既可以与Festo Didactic GmbH&Co设备一起使用，也可以单独使用。 2.6.2 FluidSIM仿真软件的特点(1)专业的绘图功能FluidSIM软件的CAI功能是和回路的仿真功能紧密联系在一起，这是一般通用的计算机辅助绘图软件如AutoCAD等不具备的，该类通用软件绘制专业图形时往往效率不高。它的图库中有100多种标准液压、电气、启动元件。在绘图室可把图库中的元件直接拖到制图区生成该元件的原理图，各种元件接口间回路的链接，只需在两个连接点之间按住鼠标左键移动，即可生成所需的回路。该软件的另一个有点是它的查错功能，例如在绘图过程中，FluidSIM软件将检查各元件之间的连接是否可行，较大地提高了绘制原理图的工作效率。(2)系统的仿真功能FluidSIM软件可以对绘制好的回路进行仿真，通过强大的仿真功能可以实现显示和控制回路的动作，因此可以及时发现涉及中存在的错误，帮助我们涉及出结构简单、工作可靠、效率较高的最优回路。在仿真中我们还可以观察到各元件的物理量值，如液压缸的运动速度、输出力、节流阀的开度等，这样能够预先了解回路的动态特性，从而正确的估计回路实际运行时的工作状态。另外该软件在方针是还可显示回路中关键元件的状态量如液压缸活塞杆的位置、换向阀的位置、压力表的压力、流量计的流量。这些参数对设计液压电气控制系统是非常重要的，从而充分发挥了时间在设计中的导向作用。综合演示功能FluidSIM软件包含了丰富的教学资料，提供了各种液压电气元件的符号、实物图片、工作原理剖视图和详细的功能描述。一些重要元器件的剖视图可以进行动画播放，逼真地模拟这些原件工作过程及原理。该软件还具有多个教学影片，讲授了重要液压电气回路和液压电气元件的使用方法及应用场合，有利与我们对液压电气技术的理解和掌握9。第3章薄板压力机电气液压控制系统的设计3.1 工作对象薄板压力机如图3-27所示，压力机在工作过程中，首先以较快的速度工作，当到达指定的位置时再转至调定的低速下完成剩余动作。一旦压力机工作液压缸的活塞杆达到末端位置（即碰到行程开关），并且压力开关已达到其设定的压力值时，回路切换到卸荷回路，然后系统通过储能器提供压力，使液压缸的活塞杆保持在末端位置。薄板压力机在压板过程中，如果系统压力下降，液压泵会就会回转。通过回程按钮可以使液压缸做回程运动。当按下紧急制动开关时，薄板压力机活塞杆必须以高速返回。图3-29 薄板压力机示意图3.2 实验目的对有设定有急停参数的顺序控制系统设计并安装电气和液压控制回路；使用FluidSIM对液压及电气回路进行仿真。3.3薄板压力机液压及电气控制回路的设计与实现3.31液压控制回路的设计根据薄板压力机工作要求，设计其液压控制回路如图3-30所示。图3-30 薄板压力机液压控制回路图该系统液压元件清单如表3-7所示，该表中还包含各元件参数设定值。表3-5液压元件清单编号名称数量0Z1液压泵2l/min10V1,1V22/2单电控电磁阀20V2,1V4直控式溢流阀（50bar），压力顺序阀(40bar)20Z2储能器（充压状态10bar）11V14/3双电控电磁阀，O型11V3单向节流阀(阀口开度66%)11Z1,1Z2压力表21S1压力开关（30bar）11A液压缸，16/10/20010V3单向阀,1bar11V5单向阀，5bar1该液压控制回路包括：由0V1 ,0Z1和系统组成的卸荷回路；由0Z1, 1V2,和1A,1V4,1S2,1B,1S3组成的行程阀速度换接回路，由0V2，1V3和1A组成的进口节流调速回路；由压力继电器1S1进行控制的压力控制回路；由1V4，1V5和系统组成的平衡回路，防止立置液压缸由于自重而超速下降；以及由储能器和系统组成的保压回路。3.32电气控制回路的设计根据铣床装置的工作要求，设计其电气控制回路如图3-31所示。图3-31 薄板压力机电气控制回路图该系统液压元件清单如表3-9所示。表3-9 电气元件清单编号名称数量S2启动开关1S1回程按钮1S3急停开关11B电容式传感器11S2电信号行程开关，左接触式11S3电信号行程开关，右接触式11B1压力开关1继电器单元3第4章 基于FluidSIM软件的薄板压力机电气液压控制系统的仿真4.1 基于FluidSIM软件的系统仿真实现根据实验参数，利用FluidSIM软件对薄板压力机的不同工况进行仿真如下：（1）薄板压力机液压泵的卸荷接通电源,打开液压泵.在这个阶段所有的方向控制阀都没有通电。液压泵通过4/2电磁阀0V1流回油箱，此时液压泵卸荷。（2）液压缸活塞杆在高速下进给到指定位置当按下S2时，继电器K1和K4被激活，电路15和电路接通，1V1切换到左左位，同时0V1切换，活塞杆以较快的速度前进至1B位置。此时的工况为快进工况，其液压电气控制回路图如图3-32、图3-33所示。图3-32 活塞杆快进工况下的液压控制回路图图3-33 活塞杆快进工况下的电气控制回路图（3）活塞杆的工进工况当活塞杆前进至传感器1B位置，1V2断开。活塞杆继续以调速阀1V3调定的低速前进，当活塞杆达到行程开关1S3位置时就不再前进。一旦活塞杆达到1S3位置。且达到压力开关1S1的设定压力时，0V1便切换到卸压支路上，1A无杆腔的压力由储能器保持，其液压电气控制回路如图3-34、图3-35所示。图3-34 活塞杆工进工况的液压控制回路图3-35 活塞杆工进工况的电气控制回路（4）活塞杆的回程运动如果在活塞杆前进或者后退过程中按下S1回路3中的K2被激活，回路17中的1Y2通电，活塞杆就会以高速返回至初始位置。当按下急停按钮S3时，继电器K8断电，电路16接通使1Y2工作，活塞杆同样会以高速返回至初始位置。图3-36、图3-37为按下S3时的液压电气控制回路图。图3-36 按下S3时的液压控制回路图3-37 按下S3时的电气控制回路（4）薄板压力机的主要液压元件工况图薄板压力机主要液压元件工况图如图3-38。图3-38 薄板压力机主要液压元件工况图4.2 仿真结果小结在卸荷时，由储能器保持压力形成保压回路，该回路在工作循环中起到减少功率损耗，降低系统发热的作用；在此装置中设置了急停制动开关，是为了保证工作机械安全运行，这在实际地应用中是非常广泛和必要的16。总结本论文主要以Festo实验平台为基础，研究基于FluidSIM仿真软件的对电气液压仿真实验台的开发与仿真实现。最开始我对实验中所要用到的知识进行了一次全面的温习，其次对各种元器件比如液压泵、液压阀、液压控制回路、额定值信号源、传感器等的结构和工作原理进行了分析与研究。然后，根据装配装置装置工作（管道阀门装置、铣床装置、薄板压力机、拉床）的具体工况要求设计其电气液压控制回路并设定技术参数。在液压控制回路的设计中，使用了卸荷回路，快速换接回路，进口