金屬管件氣密性檢測裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計

金屬管件氣密性檢測裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計,金屬管,氣密性,檢測,裝置,控制系統(tǒng),設(shè)計 西安文理學院機械電子工程系 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 金屬管件氣密性檢測裝置 的控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 08級機械（2）班 學 號 08102080212 學生姓名 杜迎賓 指導教師 韋煒 設(shè)計所在單位 西安文理學院 2012年 5 月 金屬管件氣密性檢測裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要： 在日常的生產(chǎn)制造中，生產(chǎn)鑄造的管件、容器、內(nèi)燃機缸蓋等零件，為了保證產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)的安全，需要對這些零件的氣密性進行檢測，同時檢測裝置的自動化設(shè)計有利于提高檢測效率。 本文改進設(shè)計了手動式檢測裝置的氣動系統(tǒng)，概述了改進后氣動系統(tǒng)的工作原理及動作實現(xiàn)過程；針對各種控制方案的優(yōu)缺點，確定用PLC做為控制系統(tǒng)的核心，并結(jié)合氣動回路設(shè)計出檢測裝置的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過PLC控制電磁閥的開閉，從而控制氣動回路中高壓氣體的流向，使裝置完成各個運動過程，實現(xiàn)管件氣密性檢測。 該系統(tǒng)的運用可以使此裝置實現(xiàn)自動化檢測，提高檢測效率?？刂泼姘搴唵?，易于操作。系統(tǒng)以可編程控制器為控制核心，使系統(tǒng)抗干擾能力強、可維護性好，且可以在比較惡劣的環(huán)境下工作，以適應工業(yè)化檢測。 關(guān)鍵詞：氣密性； 水檢法； 檢測； 控制系統(tǒng) Control System Design of Metal Pipe Air Tightness Test Device Abstract: In daily production and manufacturing, production of the casting pipe fitting, container, the internal combustion engine cylinder head and other parts, in order to ensure the quality of these products and safety in production. Detecting these parts of the air tightness shall be taken, and detection device automation design at the same time is conducive to enhance the detection efficiency. This thesis improved manual detecting device of the pneumatic system, provided an overview of the improved pneumatic system working principle and action process; According to all kinds of control scheme’s characteristic, identified by using PLC as the core of the control system, and the combination of pneumatic circuit design for control system of detecting device. The PLC control system through the electromagnetic valve, thereby controlling the pneumatic circuit high pressure gas flow direction to complete each movement process, achieving pipe air tightness test. Using the system can make the device realize automatic detection, high detection efficiency. The control panel is simple, easy to operate. The system takes the programmable controller as the control core, which makes strong anti-interference capability, easy to maintain, and can be in the rugged working environment, in order to adapt to the industrial detection. Keywords: air tightness; Method for water test; Detection; Control system 目錄 目錄 第一章 緒論 1 1.1選題的目的與意義 1 1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況與趨勢 1 1.2.1國內(nèi)外的研究狀況 1 1.2.2發(fā)展趨勢 2 1.3課題的主要研究內(nèi)容 3 1.4本章小結(jié) 3 第二章 控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 4 2.1氣動系統(tǒng)的改進設(shè)計 4 2.1.1氣動回路系統(tǒng)的原理 4 2.1.2系統(tǒng)的運動過程 7 2.2控制方案的選擇 8 2.3控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 10 2.3.1系統(tǒng)的硬件組成 10 2.3.2系統(tǒng)的硬件工作原理 11 2.4本章小結(jié) 11 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 12 3.1可編程控制器（PLC）的選型 12 3.1.1確定可編程控制器（PLC）的類型 12 3.1.2 預選PLC的系列型號 13 3.2方向控制閥的選擇 14 3.2.1確定控制元件類型 14 3.2.2確定閥的機能 14 3.2.3預選閥的系列型號 16 3.3消聲器的選擇 16 3.3.1確定消聲器的類型 16 3.3.2確定消聲器的型號 18 3.4壓力表的選擇 18 3.4.1確定壓力表的類型 18 3.4.2確定壓力表的型號 20 3.5 I/O分配表 21 3.6硬件系統(tǒng)接線圖 21 3.7本章小結(jié) 22 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 23 4.1檢測氣密性裝置的控制要求 23 4.2 PLC的程序設(shè)計 23 4.3 PLC的程序調(diào)試 25 4.4本章小結(jié) 26 結(jié)束語 27 致謝 28 參考文獻 29 附錄 30 附錄一：梯形圖 30 附錄二：指令表 31 附錄三：順序功能圖 32 附錄四：外文文獻 33 第 46 頁 西安文理學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 緒論 1.1選題的目的與意義 本課題研究的是在工業(yè)生產(chǎn)中，由于某些原因而使產(chǎn)品出現(xiàn)鑄造砂眼、裂紋、氣孔等現(xiàn)象，致使產(chǎn)品氣密性不合格，將會使產(chǎn)品在工作條件下失效，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全，需要對這些零件的氣密性進行檢測。對于檢測管件氣密性的裝置的研究可以使我們準確的測出其是否合格。因而對該課題的研究，也顯得相當重要。 伴隨著工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的進一步深化，氣密性檢測從以前的機械制造業(yè)己經(jīng)拓展到了現(xiàn)在的一般日用品行業(yè)、家用電器、食品包裝、醫(yī)療器械等，這些行業(yè)對自己生產(chǎn)的產(chǎn)品進行氣密性檢測是必不可少的。例如管道燃氣走進千家萬戶，燃氣的安全使用關(guān)系著廣大市民的生命安全；對燃氣輸送中的關(guān)鍵部件閥門的氣密性的要求變得越來越高，而準確、可靠的檢測閥體的氣密性是防止發(fā)生燃氣泄漏，確保生產(chǎn)生活安全的重要手段?？梢娏慵臍饷苄詸z測在現(xiàn)代制造業(yè)中有著非常重要的地位，因此氣密性檢測的方法也顯得很重要。然而在檢測中我們?nèi)缒芡ㄟ^系統(tǒng)自動完成，不僅可以節(jié)省成本，更可以提高檢測效率，實現(xiàn)氣密性的自動化檢測，所以控制系統(tǒng)的研究尤為重要。 1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況與趨勢 1.2.1國內(nèi)外的研究狀況 國內(nèi)對氣密性檢測的研究起步比較晚,國內(nèi)現(xiàn)有的氣密性檢測系統(tǒng)研究情況或多或少存在著以下問題: 1)氣密性檢測基本停留在定性檢測的階段，不能定量檢測；2)檢測手段簡單、花費較少的檢測方法，靈敏度一般不高，而檢測靈敏度較高、一致性好的檢測往往經(jīng)濟性較差；3)以上檢測方法檢測時間往往較長，通常只適合單間或少量零件的檢測。究其原因就是在系統(tǒng)開發(fā)中片面強調(diào)了系統(tǒng)的技術(shù)先進性，而忽略了應用操作性[1]。天津自動化儀表成套設(shè)計所研制的“密封件泄漏檢測裝置微機控制系統(tǒng)”,但由于存在這樣那樣的問題，目前我國機械密封行業(yè)還是普遍采用手動或半自動方式作為產(chǎn)品出廠檢驗手段。檢測系統(tǒng)智能化水平低下。目前雖然有一些帶微機的檢測儀器和系統(tǒng)，但其僅僅在測量數(shù)據(jù)的處理、數(shù)字顯示、檢測狀態(tài)選擇等方面作了部分研究，在系統(tǒng)誤差的自我校正、對工作環(huán)境參數(shù)變化的自適應性、采樣數(shù)據(jù)的合理性及專家系統(tǒng)與檢測手段的有機結(jié)合等方面尚缺乏研究。但近幾年，國內(nèi)的檢測系統(tǒng)有了很大的進步，合肥智能機械研究所開發(fā)的檢測系統(tǒng)具有較強的優(yōu)勢，其產(chǎn)品中模糊檢測和人工智能信息處理方法相結(jié)合，使測試結(jié)果更準確。國內(nèi)外有很多專業(yè)廠家生產(chǎn)智能氣密性檢測儀器，大多數(shù)產(chǎn)品適用于小型裝置的氣密性檢測，缺少對測量工況的綜合分析補償，難以用來在大型裝置。因為這種大型密封裝置的檢測系統(tǒng)容易受到環(huán)境溫度變化、檢測系統(tǒng)本身溫度變化、檢測容積、檢測壓力等因素的影響。如何開發(fā)一套更方便、高效、實用的泄漏點定位系統(tǒng)，是國內(nèi)外氣密性檢測相關(guān)研究機構(gòu)關(guān)注的熱點問題。 1.2.2發(fā)展趨勢 氣密性檢測裝置的控制系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展前景，從控制方法上來看，控制手段越來越多，如單片機控制、PLC控制、計算機控制等等，測漏儀的操作界面也越來越人性化，而且操作越來越方便。應用三維實體造型和仿真分析軟件MDT系統(tǒng)對氣密性檢測及干燥處理裝置進行了設(shè)計，并對應用過程中出現(xiàn)的問題作了分析與研究，為CAD/CAE/CAM技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中的應用作了嘗試和探索?，F(xiàn)在，提出采用超聲檢測的方法，并利用虛擬儀器良好的人機交互界面，采用基于Labview的系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)檢測設(shè)備的小型化、智能化要求。采用現(xiàn)代計算機及自動控制等技術(shù)，解決了泄漏量測量的建模和系統(tǒng)配置問題。美國Johns Hopkins大學材料科學工程系和Baltimore無損探測工程中心聯(lián)合研制出一套激光超聲無損檢測系統(tǒng)，采用了一臺脈沖激光器作為激勵光源，一臺連續(xù)激光作為測量源禍合到一個法布里一帕羅千涉儀，這是一個光學轉(zhuǎn)換器，它使光的頻率諧振腔轉(zhuǎn)化成強度調(diào)制，出射腔的光強度與多普勒位移量成比例。一個雙軸反射鏡掃描系統(tǒng)導引激光用C形掃描顯示。這個方案己被美國海軍警衛(wèi)隊接受，正在進行艦船船體檢測的原理驗證實驗[2]。采用電荷耦合、提高放大倍數(shù)、降低量程等誤差修正技術(shù)，提高了系統(tǒng)抗干擾能力和溫度、壓力測量數(shù)據(jù)的精度；實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)計算和結(jié)果適時顯示、判定等功能。實際使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)的檢測結(jié)果滿足檢漏氣密性指標及試驗任務(wù)要求。還有以工控機、可編程控制器和編程軟件的聯(lián)合使用為基礎(chǔ)的檢測系統(tǒng)，利用高精度微差壓傳感器來測量壓差，無論是在設(shè)計，還是在軟件編寫以及調(diào)試方面都相當復雜，但是該方法檢測精度、可靠性以及效率都很高，而且實用性較好，實現(xiàn)了對氣壓制動調(diào)節(jié)器智能化的檢測，有效地提高了高性能、高精度產(chǎn)品的合格率，并且提高了勞動生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。計算機輔助智能檢測代表了檢測技術(shù)的發(fā)展方向，是檢測技術(shù)今后研究的重點。 1.3課題的主要研究內(nèi)容 本文針對水檢法檢測裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計，主要完成了以下研究內(nèi)容： 1.概述了水檢法檢測氣密性裝置的工作原理，明確其整個檢測過程，提出改進方案。 2.提出水檢法檢測裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計方案，通過比較，確定最優(yōu)方案。 3.確定控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，可編程控制器（PLC）的選型，電磁閥的選擇、消聲器的選擇、壓力表的選擇以及硬件系統(tǒng)接線圖。 4.完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，程序流程圖、順序功能圖的設(shè)計，在實驗室進行模擬調(diào)試。 1.4本章小結(jié) 本章首先介紹了所選課題的目的和意義，然后概述了氣密性檢測技術(shù)的控制系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，從而明確了論文的主要研究內(nèi)容。 第二章 控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 氣密性檢測也稱泄漏檢測，主要用于測試被測件的氣密性狀態(tài)。作為密封性產(chǎn)品的一個重要性能指標，氣密性是影響密封性產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。氣密性檢測的方法有很多種，一般分為兩大類型：濕式檢測法和干式檢測法。一直以來，浸水法、涂抹法等濕式檢測法被國內(nèi)外廣泛使用。水檢法是將被測工件密封后浸入水中，待水面平穩(wěn)后，向被測工件的內(nèi)腔充入一定壓力的氣體，觀察水中有無因被測工件泄漏產(chǎn)生的氣泡，如果水中有氣泡產(chǎn)生，那么工件存在質(zhì)量問題。如圖2.1所示，這種方法的優(yōu)點是可以直接查到泄漏點位置，缺點是手動檢測效率低，勞動強度大，無法實現(xiàn)自動化檢測，急待改進，本設(shè)計針對手動水檢法檢測裝置做一些改進。 圖2.1 水檢法檢測原理圖 2.1氣動系統(tǒng)的改進設(shè)計 2.1.1氣動回路系統(tǒng)的原理 手動檢測裝置可以對公稱通徑為DN20～DN150、長度為300～1500的管件進行氣密性檢測。如圖2.2所示為氣動系統(tǒng)原理圖，其檢測過程：打開電源，手動啟動空氣壓縮機；手動轉(zhuǎn)動手柄推拉式兩位五通換向閥19，氣缸前進，壓緊被測管件；手動轉(zhuǎn)動手柄推拉式兩位五通換向閥11，氣缸前進，推動水箱上升，將工件完全浸入水中；待水面平穩(wěn)，手動轉(zhuǎn)動二位三通換向閥，此時給被測管件通入壓縮空氣，肉眼觀察工件周圍是否有氣泡產(chǎn)生，如出現(xiàn)氣泡，則證明被測工件不合格；反之，則合格。手動轉(zhuǎn)動手柄推拉式兩位五通閥轉(zhuǎn)閥11，此時氣缸前進，推動水箱下降，返回最低點。轉(zhuǎn)動二位三通閥，腳松開踏板，排出試件內(nèi)的壓縮空氣。轉(zhuǎn)動兩位五通閥轉(zhuǎn)閥19，氣缸返回，松開被測管件。關(guān)閉空氣壓縮機，取下被測管件，進行下一工件的氣密性檢測。 1、交流電動機 2、壓力開關(guān)3、空氣壓縮機 4、單向閥 5、安全閥6、壓力表 7、截止閥 8、冷卻器 9、空氣過濾器 10、氣罐11、右兩位五通閥 12、下氣缸 13、水箱 14、被測工件15、上氣缸16、安全閥 17、壓力表 18、二位三通閥 19、左兩位五通閥 圖2.2氣動系統(tǒng)原理圖 根據(jù)水檢法的檢測過程，設(shè)計出改進后的氣動回路系統(tǒng)的原理圖，如圖2.3所示。 1、交流電動機 2、壓力開關(guān)3、空氣壓縮機 4、單向閥 5、安全閥6、壓力表 7、截止閥 8、冷卻器 9、空氣過濾器 10、氣罐11、三位五通閥1 12、三位五通閥4 13、下氣缸 14、水箱15、下限位開關(guān)16、被測管件 17、壓力表3 18、安全閥 19、右氣缸20、左氣缸 21、安全閥22、壓力表1 23、安全閥 24、壓力表2 25、上限位開關(guān) 26、消聲器 27、三位五通閥2 28、三位五通閥3 圖2.3氣動系統(tǒng)的改進原理圖 氣動系統(tǒng)的主要元件： 1.氣動系統(tǒng)的組成：交流電動機---壓力開關(guān)---空氣壓縮機---單向閥---安全閥---壓力表---截止閥---后冷卻器---空氣過濾器---氣罐---氣缸---消聲器---換向閥---限位開關(guān)。 2.各元件的作用 （1）交流電動機：提供動力來源，驅(qū)動空氣壓縮機的運轉(zhuǎn)； （2）壓力開關(guān)：壓力開關(guān)是根據(jù)壓力的大小來控制電動機的啟動和停轉(zhuǎn)。當氣罐內(nèi)壓力上升到調(diào)定的最高壓力時，使電動機停止運轉(zhuǎn)；當氣罐內(nèi)壓力降至調(diào)定的最低壓力時，則電動機又重新運轉(zhuǎn)； （3）空氣壓縮機：將大氣壓力狀態(tài)（0.1）的空氣壓縮為較高的壓力； （4）單向閥：在空氣壓縮機不工作時，用于阻止壓縮空氣反向流動，起保護作用； （5）安全閥：在氣罐內(nèi)壓力超過允許限度時，安全閥自動打開向外排氣，以保證氣罐的安全； （6）壓力表：顯示具體的壓力大?。? （7）截止閥：用于開關(guān)氣路，保護氣動回路； （8）后冷卻器：空氣壓縮機的出口（空氣壓縮后溫度達到144，在此溫度下，空氣中的水分，油分完全呈氣態(tài)，冷卻器的作用就是將空氣壓縮機的高溫空氣冷卻至40以下，將大量水蒸氣和變質(zhì)油冷凝成液態(tài)水滴和油滴，以便將它們清除掉； （9）空氣過濾器：用于清除壓縮空氣中的固態(tài)雜質(zhì)，水滴和油污等； （10）氣罐：清除壓力脈動,保證氣壓平穩(wěn)，依靠絕熱膨脹及自然冷卻降溫，進一步分離掉壓縮空氣中的水分和油分。貯存一定量的壓縮空氣，一方面可解決短時間內(nèi)用氣量大于空氣壓縮機輸出氣量的矛盾；另一方面，可在空氣壓縮機出現(xiàn)故障或停止時，維持短時間供氣，以便采取措施保證設(shè)備的安全； （11）氣缸：通過直線往復運動，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置； （12）消聲器：消除進、排壓縮空氣的動力性噪聲； （13）換向閥：利用閥芯和閥體相對位置的不同，來變換閥體上各主氣口的通斷關(guān)系，實現(xiàn)各氣路連通、切斷或改變氣流方向； （14）限位開關(guān)：依照生產(chǎn)機械的行程發(fā)出命令以控制其運行方向或行程長短的主令電器。 3.氣動系統(tǒng)的原理 當啟動空氣壓縮機后，壓縮空氣產(chǎn)生高壓氣體，這時通過控制器控制四個電磁閥的開閉，從而控制回路中高壓氣體的流向，高壓氣體使氣缸運動，氣缸產(chǎn)生推理完成夾緊、放松管件以及水箱上升、下降的過程；水箱上升使管件沒入水中，如果管件泄漏，高壓氣體會排入水中，因此可通過水中是否有氣泡來判斷管件是否泄漏，從而實現(xiàn)管件的自動化檢測。 分析以上兩種氣動系統(tǒng)原理的特點，如下表2.1所示。 表2.1 兩種氣動系統(tǒng)的特點對比表 項目 比較 操作方式 工作量 效率 檢測量 價格 改進前氣動系統(tǒng) 手動 大 低 小批量 低 改進后氣動系統(tǒng) 自動 小 高 大批量 高 綜上兩種氣動系統(tǒng)的比較，可知將手動系統(tǒng)改為自動系統(tǒng)有種種優(yōu)點，在價格方面一臺手動裝置比自動裝置便宜，但自動系統(tǒng)工作量小、節(jié)省人力、適應于大批量檢測、效率高，從長遠發(fā)展來看，綜合性價比要高于手動系統(tǒng)。因此選此氣動系統(tǒng)做為設(shè)計方案。 2.1.2系統(tǒng)的運動過程 1.壓縮空氣 打開電源，電動機驅(qū)動空氣壓縮機運動，將大氣壓力狀態(tài)（0.1）的空氣壓縮成較高的壓力?？諝鈮嚎s機按額定排氣壓力分為低壓（0.7 ～1.0）、中壓（1.0 ～10）、高壓（10 ～100）和超高壓（100以上）。通?？筛鶕?jù)實際需求來選擇，常見使用的壓力為0.7～1.25。 2.裝被測管件 手動裝被測管件。 3.夾緊被測管件 驅(qū)動三位五通閥3和4，使進氣腔P與工作腔A相通，工作腔B腔通過排氣腔T2排氣。此時左、右氣缸同時前進，壓緊被測管件。 4.水箱上升，工件完全浸入水中 驅(qū)動三位五通閥1，使進氣腔P與工作腔A相通，工作腔B腔通過排氣腔T2排氣。此時下氣缸前進，推動水箱上升，將工件完全浸入水中。 5.給被測管件內(nèi)通入壓縮空氣 待水面平穩(wěn)，驅(qū)動三位五通換向閥2，壓縮空氣通過進氣腔P與工作腔A相通，此時給被測管件通入壓縮空氣，同時下氣缸未動，即工件還完全浸在水中。左、右氣缸也未動，仍壓緊試件。 6.觀察是否有氣泡 肉眼觀察工件周圍是否有氣泡產(chǎn)生，如出現(xiàn)氣泡，則證明被測工件不合格。反之，則合格。 7.水箱返回到最低位置 驅(qū)動三位五通閥1，使的進氣腔P與工作腔B相通，工作腔A腔通過排氣腔T1排氣。此時下氣缸活塞桿下降，推動水箱下降，返回最低點。 8.將被測管件內(nèi)的壓縮空氣排入大氣 驅(qū)動三位五通閥2，其進氣腔P與工作腔B腔相通，工作腔A腔通過排氣腔T1排出試件內(nèi)的壓縮空氣。氣缸15未動，仍壓緊試件。 9.松開被測管件 進行下一試件的檢驗驅(qū)動三位五通閥3和4，使的進氣腔P與工作腔B相通，工作腔A腔通過T1腔排氣。此時，左、右氣缸返回，松開被測管件。取下被測管件，進行下一工件的氣密性檢測。 通過分析可知，在此過程中，控制系統(tǒng)通過控制四個三位五通閥的進排氣口，從而實現(xiàn)整個檢測過程。 2.2控制方案的選擇 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在控制領(lǐng)域中，低成本、小體積、運行的可靠性和控制的靈活性成為現(xiàn)在控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。目前市場上的控制器有不少，比如單片機、可編程控制器（PLC）、繼電器、微型計算機等。雖然很多，但根據(jù)應用的不同場合、不同用途，選擇也不一樣。本設(shè)計旨在控制閥的開關(guān)，從而實現(xiàn)裝置的檢測過程?；趯纹瑱C、可編程控制器、繼電器控制、微型計算機的分析，及各種控制器的特點，擬采用這四種方案作為系統(tǒng)控制方案。 下面簡要介紹下控制器的特點。 1單片機 單片機集成度高，體積小，可靠性高，低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，易擴展，優(yōu)異的性能價格比，由于單片機的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件，非常適用于專門的控制功能。單片機的編程語言一般為匯編語言或單片機C語言，這就要求設(shè)計人員具備一定的計算機硬件和軟件知識。在用單片機實現(xiàn)自動控制時，一般要在輸入/輸出接口上做大量工作，除了要設(shè)計控制程序外，還要在單片機的外圍做很多軟、硬工作，系統(tǒng)調(diào)試也較復雜，所以簡易型較差。 2繼電器 繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，其連線多且復雜、體積大、功耗大，但價格便宜。繼電器控制邏輯是依靠觸電的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率底，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。繼電器的觸點數(shù)量有限，所以繼電器控制系統(tǒng)靈活性和可擴展性受到很大限制，系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能較為困難。由于繼電器控制系統(tǒng)使用大量機械觸點，觸點開閉時存在機械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點壽命短，所以可靠性和維護性較差。 3微型計算機 微型計算機是在以往計算機與大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其最大特征是運算速度快、功能強、應用范圍廣。近代科學計算、科學管理和工業(yè)控制等都離不開它。如果采用微型計算機作為某一設(shè)備控制器，就必須根據(jù)實際需要考慮抗干擾問題和硬件軟件設(shè)計，以適應設(shè)備控制的專門需要。微機除了用在控制領(lǐng)域外，還大量用于科學計算、數(shù)據(jù)處理、計算機通信等方面。 4可編程控制器 可編程控制器（Programmable Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC的功能、外部設(shè)備豐富，強大的自檢功能，可進行自診斷。用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常方便的，工作可靠，抗干擾能力強，可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面及長遠看，使用PLC還是經(jīng)濟的。 PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。至于軟件，調(diào)試好后不會出故障，再多只要依據(jù)使用經(jīng)驗進行調(diào)整，使之完善就是了。PLC的編程語言有梯形圖、順序功能圖、指令表，這些語言簡單易學，而且程序也便于存儲、移植及再使用。PLC對環(huán)境要求很低，可編程控制器本身設(shè)計就是針對工業(yè)領(lǐng)域，非常適合惡劣的工業(yè)環(huán)境。PLC為工業(yè)系統(tǒng)的自動化、遠動化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。 以上四種控制器各有優(yōu)缺點，通過綜合分析之后，四種控制器的性能對比如表2.2所示。 表2.2 四種控制器的特點對比表 性能 方式 可靠性 簡易性 維護性 使用環(huán)境 功能 擴展性 價格 單片機 一般 一般 一般 一般 較強 較好 低 PLC 較好 好 好 一般 較強 好 較高 繼電器 較差 較差 較差 一般 一般 較差 低 微型計算機 較好 一般 好 較高 強 好 高 綜上各種控制器的性能對比，結(jié)合本次設(shè)計的題目來源和產(chǎn)品設(shè)計定位，設(shè)計應從成本低，工作效率高，操作簡單，可靠性好為首要原則，故比較以上四種控制方案，選擇PLC進行本次試驗的設(shè)計。 2.3控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 2.3.1系統(tǒng)的硬件組成 圖2.4 硬件控制系統(tǒng)組成框圖 如圖2.4所示為系統(tǒng)的硬件組成，其包括可編程控制器（PLC）、主令電器、四個電磁閥、空壓機、電源、水箱、工件、夾具以及機械執(zhí)行部件。 1 可編程控制器（PLC） 可編程控制器屬于硬件的核心，PLC內(nèi)部儲存并執(zhí)行特定的程序，并通過模擬式輸入來控制本設(shè)計中的電磁閥和空壓機，在經(jīng)過機械執(zhí)行部件，實現(xiàn)自動化檢測工件氣密性。 2 主令電器 主令電器包括六個按鈕和兩個限位開關(guān)，限位開關(guān)分為上、下限位開關(guān)，分別安裝在水箱上下位置，水箱在上升或下降過程中觸碰到上、下位開關(guān)時，停止上、下，控制水箱的位置。通過按下不同的開關(guān)可對PLC實現(xiàn)順序控制，使其順利完成檢測過程。 3 四個電磁閥 PLC通過控制電磁閥的開關(guān)來控制高壓氣體的流向，經(jīng)過執(zhí)行元件完成工件的通/排氣、水箱的上升/下降、夾具的夾緊/放松，從而實現(xiàn)自動化檢測。 4 空壓機 PLC通過控制空壓機，來控制是否向氣動回路中通高壓氣體。 5 電源 向空壓機、PLC提供電量。 6 機械執(zhí)行部件 當不同的電磁閥開閉后，機械執(zhí)行部件安裝氣路的不同執(zhí)行相應的動作。 7 水箱、工件、夾具 水箱、工件、夾具等硬件都是通過機械執(zhí)行部件完成各自動作。 2.3.2系統(tǒng)的硬件工作原理 PLC通過驅(qū)動閥3和4，使左、右氣缸同時前進，壓緊被測管件；驅(qū)動閥1，使下氣缸前進，推動水箱上升，將工件完全浸入水中，待水面平穩(wěn)后；驅(qū)動閥2，此時給被測管件通入壓縮空氣，同時下氣缸未動，即工件還完全浸在水中。左、右氣缸也未動，仍壓緊試件；肉眼觀察工件周圍是否有氣泡產(chǎn)生，如出現(xiàn)氣泡，則證明被測工件不合格。反之，則合格；驅(qū)動閥1，此時下氣缸活塞桿下降，推動水箱下降，返回最低點；驅(qū)動閥3和4，此時左、右氣缸返回，松開被測管件。取下被測管件，進行下一工件的氣密性檢測。 2.4本章小結(jié) 本章主要改進了水檢法檢測氣密性的氣動系統(tǒng)；并通過了解各種控制器的特點，經(jīng)過對四種控制方案的對比，從而確定以可編程控制器（PLC）作為設(shè)計方案。并提出了硬件系統(tǒng)的設(shè)計方案，明確了硬件系統(tǒng)的組成與原理，為后續(xù)的工作做好準備。 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1可編程控制器（PLC）的選型 3.1.1確定可編程控制器（PLC）的類型 可編程控制器（Programmable Controller，簡稱PC）。與個人計算機的PC相區(qū)別，用PLC表示。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物流過程去實現(xiàn)對負載的控制。 PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題，入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。通用PLC應用于專用設(shè)備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。 PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點?？梢灶A料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應用必將形成世界潮流。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應用程序，系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉(zhuǎn)換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計。 目前，可編程控制器的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品型號、規(guī)格不可勝數(shù)，但主要分為歐、美、日三大塊。在中國市場上，歐洲的代表是西門子公司，日本的代表是三菱和歐姆龍公司，美國的代表是AB公司與GE公司。PLC從微型到大型的系列化產(chǎn)品，可以滿足各種各樣的要求。日本三菱PLC屬于小型PLC，性價比好，符合本設(shè)計的要求，并且對三菱PLC比較熟悉，即決定選用三菱公司生產(chǎn)的PLC。 3.1.2 預選PLC的系列型號 三菱FX系列PLC擁有很高的速度，高級的功能邏輯選件以及定位控制等特點； FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案； FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。 1.輸入輸出（I/O)點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%~20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點數(shù)為輸入10點，輸出11點。 2.輸出方式 FX2N系列的PLC有繼電器輸出、晶體管輸出、三端雙向晶閘管開關(guān)元件輸出三種方式, 繼電器輸出可驅(qū)動直流30或交流250負載，驅(qū)動負載大，但響應時間慢，常用于各種電動機、電磁閥、信號燈等負載的控制；晶體管輸出屬于直流輸出，能驅(qū)動5～30的直流負載，驅(qū)動負載較小，但響應速度快，多用于電子線路的控制。三端雙向晶閘管開關(guān)元件輸出為交流輸出，能驅(qū)動85～240交流負載，負載驅(qū)動較大，但響應時間較慢。 綜合以上信息，并結(jié)合經(jīng)濟實用性的考慮，控制系統(tǒng)選用FX2N-32MR-001型號的PLC[8]，繼電器輸出,輸人點數(shù)輸出點數(shù)均為16點，可以滿足工藝要求，且留有一定的余量，便于以后的修改和擴展。但在院實驗室中只有FX2N-48MR-001的PLC，為了方便調(diào)試程序，故選擇FX2N-48MR-001的PLC。 3.2方向控制閥的選擇 3.2.1確定控制元件類型 在本設(shè)計中閥是最主要的一個元件，閥門的選擇也是最重要的一個環(huán)節(jié)。PLC就是通過控制閥門的開關(guān)，控制氣動回路，從而達到檢測的目的。用于氣動回路的開閉，因此本設(shè)計用到的閥都是方向控制閥。方向控制閥（方向閥）是控制氣壓系統(tǒng)中的氣流方向的閥，用來對系統(tǒng)中各個支路的氣流進行通、斷的切換，以適應工作的要求。按用途可分為單向閥和換向閥兩大類。單向閥是使氣流只能從一個方向通過，方向則不通。一般用在泵的出口，防止油液倒流；隔開油路，防止油路干擾；與其他閥相并聯(lián)，構(gòu)成組合閥。換向閥是利用閥芯和閥體相對位置的不同，來變換閥體上各主氣口的通斷關(guān)系，實現(xiàn)各氣路連通、切斷或改變氣流方向。由此可見在本設(shè)計中應用換向閥。 換向閥按操縱方式分為手動、機動、電磁、氣動和時間。在此系統(tǒng)設(shè)計中要用PLC控制換向閥，則必須選擇可以PLC控制的操縱方式。各操縱方式的原理如下： 手動換向閥：利用人工作用推動閥芯使其換向。 機動換向閥：又稱行程換向閥，依靠安裝在執(zhí)行元件上的行程擋塊或凸輪推動閥芯實現(xiàn)換向。 電磁換向閥：利用電磁鐵通電吸合時產(chǎn)生的吸力來推動閥芯實現(xiàn)換向。 氣壓換向閥：利用氣體壓力使主閥芯運動而使氣流改變流向。 時間換向閥：使氣流通過氣阻、氣容等延遲一定時間后再使閥芯換向。 綜上所述分析可得能用PLC控制的換向閥只有電磁換向閥，故本次設(shè)計采用電磁換向閥。 3.2.2確定閥的機能 電磁換向閥是利用電磁鐵推動閥芯來控制液流方向的。采用電磁換向閥可以使操作輕便，容易實現(xiàn)自動化操作，因此應用極廣。電磁閥分單電控和雙電控，單電控電磁閥具有失電常閉或常開位置，可以用于斷氣保護功能。雙電控電磁閥通過兩側(cè)電磁線圈的得電、失電來控制開閉，當一個線圈失電，另一個未得電時可以保持閥芯不動，稱為有記憶功能的閥。電磁閥只是氣動調(diào)節(jié)閥的一個附件，是控制氣動閥門的氣源氣路的。電磁閥常用于開關(guān)閥，通過電壓信號控制氣源氣路的通斷，以控制閥門的開關(guān)。 操縱電磁閥用的電磁鐵分為交、直流兩種，交流電磁鐵的電壓一般為220，其特點是啟動力較大，換向時間短，價格低廉。但當閥芯卡住或吸力不夠而使鐵芯吸不上時，電磁鐵容易因電流過大而燒壞，故工作可靠性較差，動作時有沖擊，壽命較低。直流電磁鐵電壓一般為24。其優(yōu)點是工作可靠，不會因閥芯卡住而燒壞，壽命長，體積小，但啟動力較交流電磁鐵小，而且在無直流電源時，需整流設(shè)備。 　　電磁換向閥只是采用電磁鐵來操縱滑閥閥芯運動，而閥芯的結(jié)構(gòu)及型式可以是各種各樣的，所以電磁滑閥可以是二位二通、二位三通、二位四通、三位四通和三位五通等多種型式。電磁閥有幾個氣路就是幾通電磁閥，閥芯有幾種位置就是幾位。氣路通過相通和切斷的形式來控制氣動回路。 綜上所述，將電磁閥的性能歸納如下，如表3.1所示： 表3.1 常用換向閥的位、位技能及其符號 名稱 職能符號 使用場合 二位二通閥 控制氣路的接通與切斷（相當于一個開關(guān)） 二位三通閥 控制氣路方向（從一個方向變換成另一個方向） 二位四通閥 不能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運動 三位四通閥 能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運動 二位五通閥 不能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運動 三位五通閥 能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運動 分析表3.1并結(jié)合本次設(shè)計，當進行氣密性檢測時，從空氣壓縮機出來的壓縮氣體分為三部分，一部分通入鑄鐵管試件，一部分推動左右氣缸壓緊鑄造管件，而另一部分推動下部氣缸使水箱上升。因為所用氣缸為雙作用氣缸，并且要使氣缸停止在任意位置，使氣缸內(nèi)的壓力能保持一段時間，只有三位閥與本次設(shè)計相符。選用直流24[10]，三位五通換向閥。 3.2.3預選閥的系列型號 1.由于控制夾緊試件的氣缸、閥類、管道等的通徑為DN15，查表24.4-69得三位五通電磁閥的型號[13]： 3K35D2-B15-Ⅰ 其型號意義： 2.簡介三位五通換向閥（圖3.1）的作用原理 圖3.1 三位五通中封式換向閥原理圖 三位五通電磁閥具有1個進氣孔(接進氣氣源)、1個正動作出氣孔和1個反動作出氣孔(分別提供給目標設(shè)備的一正一反兩動作的氣源)、1個正動作排氣孔和1個反動作排氣孔(安裝消聲器)。如圖4.5，P為進氣孔，A、B為出氣孔，T1、T2為兩個排氣孔。電磁閥右側(cè)線圈得電，進氣孔P與出氣孔B連接，則出氣孔A通過排氣孔T1進行排氣；如果右側(cè)線圈失電，左側(cè)得電，則進氣孔P與出氣孔A連接，則出氣孔B通過排氣孔T2排氣。當兩側(cè)都不得電時，電磁閥處于封閉狀態(tài)，既不排氣，又不進氣。 3.3消聲器的選擇 3.3.1確定消聲器的類型 消聲器是阻止聲音傳播而允許氣流通過的一種器件，是消除空氣動力性噪聲的重要措施。消聲器是安裝在空氣動力設(shè)備(如鼓風機、空壓機)的氣流通道上或進、排氣系統(tǒng)中的降低噪聲的裝置。消聲器能夠阻擋聲波的傳播，允許氣流通過，是控制噪聲的有效工具。消聲器的選用應根據(jù)防火、防潮、防腐、潔凈度要求，安裝的空間位置，噪聲源頻譜特性，系統(tǒng)自然聲衰減，系統(tǒng)氣流再生噪聲，房間允許噪聲級，允許壓力損失，設(shè)備價格等諸多因素綜合考慮并根據(jù)實際情況有所偏重。一般的情況是： 消聲器的消聲量越大，壓力損失及價格越大；消聲量相同時，如果壓力損失越小， 消聲器所占空間就越大。 表3.2 消聲器、工作原理及適用范圍 消聲器 類型 形式 工作原理 消聲頻率 特性 適用范圍 阻性 消聲器 直管式、片式、 折板式、聲流式、蜂窩式等 利用安裝在氣流通道內(nèi)的吸聲材料的聲阻作用 具有高、中頻消聲性能 適用于消除風機、燃氣輪機、發(fā)動機、排氣噪聲 抗性 消聲器 擴張室式、共振 腔式、聲干涉型 利用管道截面突變，改變聲抗 低、中頻 用于消除空壓機、內(nèi)燃機、發(fā)動機排氣噪聲 阻抗復 合式 消聲器 阻-擴型 阻-共型 阻-擴-共型 既利用聲阻，也利用聲抗的消聲作用 低、中、高頻 可用于消除鼓風機、大型風洞、發(fā)動機試車臺等噪聲 微穿孔 板消聲 器 單層微穿孔板 雙層微穿孔板 利用微穿孔板的聲阻與聲抗作用 寬頻帶消聲性能 用于高溫、潮濕、有水氣、有油霧、粉塵 等情況的消聲 噴注 耗散型 消聲器 小孔噴注型 降壓擴容型 多孔擴散性 將大噴口用許多小孔代替，改變噪聲發(fā)生機理 寬頻帶消聲性能 適用于消除壓力氣體排放噪聲，如鍋爐排 氣、高爐放空等噪聲 噴霧 消聲器 利用液、氣兩種介質(zhì)混合時產(chǎn)生摩擦消耗一部分聲能 寬頻帶消聲性能 用于消減高溫 蒸汽排氣噪聲 引射 摻冷 消聲器 利用摻冷在消聲器內(nèi)形成溫度梯度 寬頻帶消 聲性能 用于消減高溫高速氣流噪音 有源 消聲器 利用同頻聲 波的干涉原理 低頻 用于低頻消聲的一種補助 旁通管 消聲器 單路型 多路型 對稱多路性 利用管道改變傳聲路徑及方向，形成相位差。 低、中頻 用于消除發(fā)動機、渦輪噴氣機的噴射排氣 噪音 消聲器的種類很多，但究其消聲機理，又可以把它們分為六種主要的類型，即阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合式消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。經(jīng)查文獻，可歸納各類消聲器的工作原理及適用范圍如表3.2所示。 綜合表中各消聲器的性能，并結(jié)合市場上消聲器的價格和實際生產(chǎn)需要，初步?jīng)Q定本設(shè)計的采用阻性消聲器，阻性消聲器是所有消聲器中應用最為廣泛的一類消聲器。且加工制造簡單，價格便宜等優(yōu)點。 3.3.2確定消聲器的型號 由于控制夾緊試件的氣缸、閥類、管道等的通徑為DN15，查表24.5-35得消聲器的型號[14]： QXS-L15 型號意義： 3.4壓力表的選擇 3.4.1確定壓力表的類型 在檢測工件氣密性過程中，當夾緊或放松工件以及工件充氣過程中，都必須用到壓力表，以確?；芈分袎毫^大而造成氣管爆裂。壓力表是以大氣壓力為基準，用于測量小于或大于大氣壓力的儀表。壓力表的應用極為普遍，它幾乎遍及所有的工業(yè)流程和科研領(lǐng)域。在熱力管網(wǎng)、油氣傳輸、供水供氣系統(tǒng)、車輛維修保養(yǎng)廠店等，壓力表應用隨處可見。目前工業(yè)上常用的壓力表種類很多，按工作原理可分為液柱式壓力表、彈性式壓力表、活塞式壓力表、電氣式壓力表等。 各壓力表綜合比較如表3.3所示。 表3.3 壓力檢測儀表分類比較 壓力檢測儀表的種類 檢測原理 主要特點 用途 液 柱 式 壓 力 表 U形管壓力計 單管壓力計 傾斜管壓力計 補償微壓計 自動液柱式壓力計 液體靜力平衡原理 （被測壓力與一定 高度的工作液體產(chǎn) 生的重力相平衡） 結(jié)構(gòu)簡單、 價格低廉、 精度較高、 使用方便、 但測量范圍 較窄，玻璃 易碎 適用于低微靜 壓測量，高精 度可用做基 準器，不適于 工廠使用 彈 性 式 壓 力 表 彈簧管壓力表 彈性元件彈性變形 原理 結(jié)構(gòu)簡單、 牢固、使用 方便、價格 低廉 用于高、中、 低壓的測量， 應用十分廣 泛 波紋管壓力表 用于測量 400 以下的壓力 膜片壓力表 用于測量低壓 膜盒壓力表 用于測量低、 微壓 活塞式壓力表 單活塞式壓力表 液體靜力平衡原理 比較復雜 和貴重 用于做基準儀 器，校驗壓力 表或?qū)崿F(xiàn)精密 測量 雙活塞式壓力表 電 氣 式 壓 力 表 壓 力 傳 感 器 應變式壓力傳感器 導體或半導體的應 變效應原理 能將壓力 轉(zhuǎn)換成電 量，并進 行遠距離 傳送 用于控制室 集中顯示控 制 霍爾式壓力傳感器 導體或半導體的霍 爾效應原理 壓 力 變 送 器 力矩平衡式變送器 力矩平衡式原理 能將壓力 轉(zhuǎn)換成統(tǒng) 一標準信 號，并進 行遠距離 傳送 電容式變送器 將壓力轉(zhuǎn)換成電容 器電容的變化 電感式變送器 將壓力轉(zhuǎn)換成電感 的變化 綜合分析，結(jié)合設(shè)計要求選擇彈性式壓力表。其中彈簧管壓力表測量范圍廣，這種儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點，因此在工業(yè)上是應用最為廣泛的一種測壓儀表。因此選用彈性壓力表中的彈簧管壓力表。 3.4.2確定壓力表的型號 1. 精確度等級的選擇 一般工業(yè)上1.5、2.5級就已足夠，在科研、精密測量和校驗儀表時，則需要0.25級以上的精密壓力表、標準壓力表或標準活塞式壓力表。 2. 外形尺寸的選擇 在管道和設(shè)備上安裝的壓力表，表盤直徑為l00或150。在儀表氣動管路及其輔助設(shè)備上安裝的壓力表，表盤直徑為小于60。安裝在照度較低、位置較高或示值不易觀測場合的壓力表，表盤直徑為大于150或200 。 3. 測量范圍的選擇 測量穩(wěn)定的壓力時，正常操作壓力值應在儀表測量范圍上限值的1/3---2/3。 4. 軸、徑向的選擇 徑向指壓力接口與壓力表的度盤平行，即壓力接口在度盤下方，軸向指壓力接口與壓力表的度盤中心軸平行，即壓力接口在度盤背后，壓力表一般是一個扁的圓柱體，“帶前邊”指安裝邊在前面，在安裝后，壓力表面貼近儀表板，屬于嵌入式?！皫Ш筮叀敝赴惭b邊在后面，在安裝后，壓力表面凸出儀表板一個壓力表的厚度。分析可得表3.4[16]。 如表3.4是彈簧管壓力表的規(guī)格和型號： 表3.4 彈簧管壓力表的規(guī)格和型號 名稱 型號 范圍/MP 精度 彈簧管壓力表 Y-60 徑向 -0.1～0,0～0.1,0～1.6 0～0.25,0～0.4,0～0.6 0～1.0,0～1.6,0～0.5 0～4,0～6 2.5 Y-60T 徑向帶后邊 Y-60Z 軸向無邊 Y-60ZQ 軸向帶前邊 Y-100 徑向 -0.1～0,-0.1～0.06,-0.1～0.15 -0.1～0.3,-0.1～0.5,-0.1～0.9 -0.1～1.5,-0.1～2.4, 0～0.1 0～1.6,0～0.25,0～0.4,0～0.6 0～1.0,0～1.6,0～0.5,0～4 0～6 1.5 Y-100T 徑向帶后邊 Y-100TQ 軸向帶前邊 Y-150 徑向 Y-150T 徑向帶后邊 Y-150TQ 軸向帶前邊 本設(shè)計選的空氣壓縮機的額定排氣壓力為1.0，正常操作壓力值應在儀表測量范圍上限值的1/3---2/3。所以選擇量程為0～1.6,。結(jié)合上表以及本設(shè)計的具體要求，故選擇Y-100T,量程0～1.6，精度為1.5。 3.5 I/O分配表 分析設(shè)計系統(tǒng)共有8個輸入和9個輸出，可得其I/O分配表。如表3.5所示是系統(tǒng)I/O分配表 表3.5 I/O分配表 輸入元件 PLC地址 輸出元件 PLC地址 啟動開關(guān)SB1 X0 空氣壓縮機 Y10 水箱上升開關(guān)SB2 X1 電磁閥3進氣線圈 Y0 觀察開關(guān)SB3 X3 電磁閥4進氣線圈 Y1 水箱下降及排氣開關(guān)SB4 X4 電磁閥1進氣線圈 Y2 關(guān)閉空壓機開關(guān)SB5 X6 電磁閥2進氣線圈 Y3 停止開關(guān)SB6 X7 電磁閥1排氣線圈 Y4 上限位開關(guān)SQ1 X2 電磁閥2排氣線圈 Y5 下限位開關(guān)SQ2 X5 電磁閥3排氣線圈 Y6 電磁閥4排氣線圈 Y7 3.6硬件系統(tǒng)接線圖 如圖3.2為系統(tǒng)控制面板。 圖3.2 系統(tǒng)控制面板 如圖3.3為可編程控制器外圍接線圖。 圖3.3 可編程控制器外圍接線圖 3.7本章小結(jié) 本章首先根據(jù)前面章節(jié)選定的總體設(shè)計方案，完成氣密性檢測裝置控制系統(tǒng)的PLC的選擇，其次完成氣密性檢測裝置控制系統(tǒng)各個零部件的設(shè)計，包括控制閥的選擇，以及消聲器的選擇。據(jù)此完成本次設(shè)計的水檢法檢測裝置控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1檢測氣密性裝置的控制要求 此裝置的檢測過程是：首先按下啟動開關(guān)，空氣壓縮機開始工作，一段時間后，開始加緊工件，觀察壓力表1和2，當達到最大預緊力時，按下水箱上升開關(guān)，停止加緊工件；水箱開始上升，當?shù)竭_上限位開關(guān)時，上限位開關(guān)閉合，水箱停止上升；并且開始往工件內(nèi)通入壓縮空氣，觀察壓力表3，當達到最大預緊力時，按下觀察開關(guān)，同時關(guān)閉空氣壓縮機，完成通氣過程；進入觀察階段，開始觀察工件內(nèi)是否有氣泡冒出，有則說明被測管件存在泄漏，否則管件氣密性良好。觀察完了之后，當按下水箱下降及工件排氣開關(guān)時，空氣壓縮機重新啟動，水箱開始下降，并且工件開始排氣，經(jīng)計算工件排氣先于水箱下降過程，所以只要當水箱碰到下限位開關(guān)時， 圖4.1 檢測裝置的動作過程 開始松開工件，觀察壓力表1和2，當達到最小預緊力時，按下關(guān)閉壓縮機開關(guān)，關(guān)閉壓縮機；再按下停止開關(guān)，程序返回到初始狀態(tài)，準備檢查下一個工件。 在觀察階段觀察是否有氣泡時，因個人問題導致觀察時間不一，此設(shè)計避免了這一情況，使檢測過程順利進行。如圖4.1為檢測裝置的動作過程。 4.2 PLC的程序設(shè)計 PLC提供了完整的編程語言，以適應PLC在工業(yè)環(huán)境中的使用。利用編程語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當于設(shè)計和改變繼電器控制的硬接線線路，也就是所謂的“可編程序”。程序既可由編程器方便地送入到PLC內(nèi)部的存儲器中，也能方便地讀出、檢查與修改。程序流程圖如圖4.2所示。 由于PLC是專門為工業(yè)控制需要而設(shè)計的，因而對于使用者來說，編程時完全可以不考慮微處理器內(nèi)部的復雜結(jié)構(gòu)，不必使用各種計算機使用的語言，而把PLC內(nèi)部看作是由許多“軟繼電器”等邏輯部件組成，利用PLC提供的編程語言來編制控制程序。PLC提供的編程語言通常有三種：梯形圖（LAD）、指令表(STL)和功能圖(SFC)。 圖4.2 控制系統(tǒng)的程序流程圖 １、梯形圖編程 　　梯形圖表達式是在繼電器控制器系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的，它與繼電器控制系統(tǒng)原理圖相呼