金屬管件氣密性檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

金屬管件氣密性檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),金屬管,氣密性,檢測(cè),裝置,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 金屬管件氣密性檢測(cè)裝置 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 08級(jí)機(jī)械（2）班 學(xué) 號(hào) 08102080212 學(xué)生姓名 杜迎賓 指導(dǎo)教師 韋煒 設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院 2012年 5 月 金屬管件氣密性檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jī)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(duì)這些零件的氣密性進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)裝置的自動(dòng)化設(shè)計(jì)有利于提高檢測(cè)效率。 本文改進(jìn)設(shè)計(jì)了手動(dòng)式檢測(cè)裝置的氣動(dòng)系統(tǒng)，概述了改進(jìn)后氣動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程；針對(duì)各種控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)，確定用PLC做為控制系統(tǒng)的核心，并結(jié)合氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)出檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)PLC控制電磁閥的開(kāi)閉，從而控制氣動(dòng)回路中高壓氣體的流向，使裝置完成各個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)管件氣密性檢測(cè)。 該系統(tǒng)的運(yùn)用可以使此裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，提高檢測(cè)效率。控制面板簡(jiǎn)單，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(qiáng)、可維護(hù)性好，且可以在比較惡劣的環(huán)境下工作，以適應(yīng)工業(yè)化檢測(cè)。 關(guān)鍵詞：氣密性； 水檢法； 檢測(cè)； 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(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì) 1 1.2.1國(guó)內(nèi)外的研究狀況 1 1.2.2發(fā)展趨勢(shì) 2 1.3課題的主要研究?jī)?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(jì) 4 2.1氣動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì) 4 2.1.1氣動(dòng)回路系統(tǒng)的原理 4 2.1.2系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jì) 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(yù)選PLC的系列型號(hào) 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(jī)能 14 3.2.3預(yù)選閥的系列型號(hào) 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(hào) 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(hào) 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(jì) 23 4.1檢測(cè)氣密性裝置的控制要求 23 4.2 PLC的程序設(shè)計(jì) 23 4.3 PLC的程序調(diào)試 25 4.4本章小結(jié) 26 結(jié)束語(yǔ) 27 致謝 28 參考文獻(xiàn) 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(xiàn) 33 第 46 頁(yè) 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(huì)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(duì)這些零件的氣密性進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于檢測(cè)管件氣密性的裝置的研究可以使我們準(zhǔn)確的測(cè)出其是否合格。因而對(duì)該課題的研究，也顯得相當(dāng)重要。 伴隨著工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的進(jìn)一步深化，氣密性檢測(cè)從以前的機(jī)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(duì)自己生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行氣密性檢測(cè)是必不可少的。例如管道燃?xì)庾哌M(jìn)千家萬(wàn)戶，燃?xì)獾陌踩褂藐P(guān)系著廣大市民的生命安全；對(duì)燃?xì)廨斔椭械年P(guān)鍵部件閥門的氣密性的要求變得越來(lái)越高，而準(zhǔn)確、可靠的檢測(cè)閥體的氣密性是防止發(fā)生燃?xì)庑孤_保生產(chǎn)生活安全的重要手段?？梢?jiàn)零件的氣密性檢測(cè)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(cè)的方法也顯得很重要。然而在檢測(cè)中我們?nèi)缒芡ㄟ^(guò)系統(tǒng)自動(dòng)完成，不僅可以節(jié)省成本，更可以提高檢測(cè)效率，實(shí)現(xiàn)氣密性的自動(dòng)化檢測(cè)，所以控制系統(tǒng)的研究尤為重要。 1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì) 1.2.1國(guó)內(nèi)外的研究狀況 國(guó)內(nèi)對(duì)氣密性檢測(cè)的研究起步比較晚,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的氣密性檢測(cè)系統(tǒng)研究情況或多或少存在著以下問(wèn)題: 1)氣密性檢測(cè)基本停留在定性檢測(cè)的階段，不能定量檢測(cè)；2)檢測(cè)手段簡(jiǎn)單、花費(fèi)較少的檢測(cè)方法，靈敏度一般不高，而檢測(cè)靈敏度較高、一致性好的檢測(cè)往往經(jīng)濟(jì)性較差；3)以上檢測(cè)方法檢測(cè)時(shí)間往往較長(zhǎng)，通常只適合單間或少量零件的檢測(cè)。究其原因就是在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中片面強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性，而忽略了應(yīng)用操作性[1]。天津自動(dòng)化儀表成套設(shè)計(jì)所研制的“密封件泄漏檢測(cè)裝置微機(jī)控制系統(tǒng)”,但由于存在這樣那樣的問(wèn)題，目前我國(guó)機(jī)械密封行業(yè)還是普遍采用手動(dòng)或半自動(dòng)方式作為產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)手段。檢測(cè)系統(tǒng)智能化水平低下。目前雖然有一些帶微機(jī)的檢測(cè)儀器和系統(tǒng)，但其僅僅在測(cè)量數(shù)據(jù)的處理、數(shù)字顯示、檢測(cè)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(duì)工作環(huán)境參數(shù)變化的自適應(yīng)性、采樣數(shù)據(jù)的合理性及專家系統(tǒng)與檢測(cè)手段的有機(jī)結(jié)合等方面尚缺乏研究。但近幾年，國(guó)內(nèi)的檢測(cè)系統(tǒng)有了很大的進(jìn)步，合肥智能機(jī)械研究所開(kāi)發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其產(chǎn)品中模糊檢測(cè)和人工智能信息處理方法相結(jié)合，使測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確。國(guó)內(nèi)外有很多專業(yè)廠家生產(chǎn)智能氣密性檢測(cè)儀器，大多數(shù)產(chǎn)品適用于小型裝置的氣密性檢測(cè)，缺少對(duì)測(cè)量工況的綜合分析補(bǔ)償，難以用來(lái)在大型裝置。因?yàn)檫@種大型密封裝置的檢測(cè)系統(tǒng)容易受到環(huán)境溫度變化、檢測(cè)系統(tǒng)本身溫度變化、檢測(cè)容積、檢測(cè)壓力等因素的影響。如何開(kāi)發(fā)一套更方便、高效、實(shí)用的泄漏點(diǎn)定位系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)外氣密性檢測(cè)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。 1.2.2發(fā)展趨勢(shì) 氣密性檢測(cè)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(lái)看，控制手段越來(lái)越多，如單片機(jī)控制、PLC控制、計(jì)算機(jī)控制等等，測(cè)漏儀的操作界面也越來(lái)越人性化，而且操作越來(lái)越方便。應(yīng)用三維實(shí)體造型和仿真分析軟件MDT系統(tǒng)對(duì)氣密性檢測(cè)及干燥處理裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題作了分析與研究，為CAD/CAE/CAM技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用作了嘗試和探索?，F(xiàn)在，提出采用超聲檢測(cè)的方法，并利用虛擬儀器良好的人機(jī)交互界面，采用基于Labview的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備的小型化、智能化要求。采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制等技術(shù)，解決了泄漏量測(cè)量的建模和系統(tǒng)配置問(wèn)題。美國(guó)Johns Hopkins大學(xué)材料科學(xué)工程系和Baltimore無(wú)損探測(cè)工程中心聯(lián)合研制出一套激光超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，采用了一臺(tái)脈沖激光器作為激勵(lì)光源，一臺(tái)連續(xù)激光作為測(cè)量源禍合到一個(gè)法布里一帕羅千涉儀，這是一個(gè)光學(xué)轉(zhuǎn)換器，它使光的頻率諧振腔轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度調(diào)制，出射腔的光強(qiáng)度與多普勒位移量成比例。一個(gè)雙軸反射鏡掃描系統(tǒng)導(dǎo)引激光用C形掃描顯示。這個(gè)方案己被美國(guó)海軍警衛(wèi)隊(duì)接受，正在進(jìn)行艦船船體檢測(cè)的原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)[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(cè)量數(shù)據(jù)的精度；實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)果適時(shí)顯示、判定等功能。實(shí)際使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果滿足檢漏氣密性指標(biāo)及試驗(yàn)任務(wù)要求。還有以工控機(jī)、可編程控制器和編程軟件的聯(lián)合使用為基礎(chǔ)的檢測(cè)系統(tǒng)，利用高精度微差壓傳感器來(lái)測(cè)量壓差，無(wú)論是在設(shè)計(jì)，還是在軟件編寫以及調(diào)試方面都相當(dāng)復(fù)雜，但是該方法檢測(cè)精度、可靠性以及效率都很高，而且實(shí)用性較好，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣壓制動(dòng)調(diào)節(jié)器智能化的檢測(cè)，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(dòng)生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。計(jì)算機(jī)輔助智能檢測(cè)代表了檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向，是檢測(cè)技術(shù)今后研究的重點(diǎn)。 1.3課題的主要研究?jī)?nèi)容 本文針對(duì)水檢法檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要完成了以下研究?jī)?nèi)容： 1.概述了水檢法檢測(cè)氣密性裝置的工作原理，明確其整個(gè)檢測(cè)過(guò)程，提出改進(jìn)方案。 2.提出水檢法檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)比較，確定最優(yōu)方案。 3.確定控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，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(jì)，程序流程圖、順序功能圖的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(cè)技術(shù)的控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，從而明確了論文的主要研究?jī)?nèi)容。 第二章 控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 氣密性檢測(cè)也稱泄漏檢測(cè)，主要用于測(cè)試被測(cè)件的氣密性狀態(tài)。作為密封性產(chǎn)品的一個(gè)重要性能指標(biāo)，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(cè)的方法有很多種，一般分為兩大類型：濕式檢測(cè)法和干式檢測(cè)法。一直以來(lái)，浸水法、涂抹法等濕式檢測(cè)法被國(guó)內(nèi)外廣泛使用。水檢法是將被測(cè)工件密封后浸入水中，待水面平穩(wěn)后，向被測(cè)工件的內(nèi)腔充入一定壓力的氣體，觀察水中有無(wú)因被測(cè)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(wèn)題。如圖2.1所示，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接查到泄漏點(diǎn)位置，缺點(diǎn)是手動(dòng)檢測(cè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，急待改進(jìn)，本設(shè)計(jì)針對(duì)手動(dòng)水檢法檢測(cè)裝置做一些改進(jìn)。 圖2.1 水檢法檢測(cè)原理圖 2.1氣動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì) 2.1.1氣動(dòng)回路系統(tǒng)的原理 手動(dòng)檢測(cè)裝置可以對(duì)公稱通徑為DN20～DN150、長(zhǎng)度為300～1500的管件進(jìn)行氣密性檢測(cè)。如圖2.2所示為氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖，其檢測(cè)過(guò)程：打開(kāi)電源，手動(dòng)啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)；手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄推拉式兩位五通換向閥19，氣缸前進(jìn)，壓緊被測(cè)管件；手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄推拉式兩位五通換向閥11，氣缸前進(jìn)，推動(dòng)水箱上升，將工件完全浸入水中；待水面平穩(wěn)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)二位三通換向閥，此時(shí)給被測(cè)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(cè)工件不合格；反之，則合格。手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄推拉式兩位五通閥轉(zhuǎn)閥11，此時(shí)氣缸前進(jìn)，推動(dòng)水箱下降，返回最低點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)二位三通閥，腳松開(kāi)踏板，排出試件內(nèi)的壓縮空氣。轉(zhuǎn)動(dòng)兩位五通閥轉(zhuǎn)閥19，氣缸返回，松開(kāi)被測(cè)管件。關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，取下被測(cè)管件，進(jìn)行下一工件的氣密性檢測(cè)。 1、交流電動(dòng)機(jī) 2、壓力開(kāi)關(guān)3、空氣壓縮機(jī) 4、單向閥 5、安全閥6、壓力表 7、截止閥 8、冷卻器 9、空氣過(guò)濾器 10、氣罐11、右兩位五通閥 12、下氣缸 13、水箱 14、被測(cè)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(dòng)系統(tǒng)原理圖 根據(jù)水檢法的檢測(cè)過(guò)程，設(shè)計(jì)出改進(jìn)后的氣動(dòng)回路系統(tǒng)的原理圖，如圖2.3所示。 1、交流電動(dòng)機(jī) 2、壓力開(kāi)關(guān)3、空氣壓縮機(jī) 4、單向閥 5、安全閥6、壓力表 7、截止閥 8、冷卻器 9、空氣過(guò)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(kāi)關(guān)16、被測(cè)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(kāi)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(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)原理圖 氣動(dòng)系統(tǒng)的主要元件： 1.氣動(dòng)系統(tǒng)的組成：交流電動(dòng)機(jī)---壓力開(kāi)關(guān)---空氣壓縮機(jī)---單向閥---安全閥---壓力表---截止閥---后冷卻器---空氣過(guò)濾器---氣罐---氣缸---消聲器---換向閥---限位開(kāi)關(guān)。 2.各元件的作用 （1）交流電動(dòng)機(jī)：提供動(dòng)力來(lái)源，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)； （2）壓力開(kāi)關(guān)：壓力開(kāi)關(guān)是根據(jù)壓力的大小來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停轉(zhuǎn)。當(dāng)氣罐內(nèi)壓力上升到調(diào)定的最高壓力時(shí)，使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)氣罐內(nèi)壓力降至調(diào)定的最低壓力時(shí)，則電動(dòng)機(jī)又重新運(yùn)轉(zhuǎn)； （3）空氣壓縮機(jī)：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(jī)不工作時(shí)，用于阻止壓縮空氣反向流動(dòng)，起保護(hù)作用； （5）安全閥：在氣罐內(nèi)壓力超過(guò)允許限度時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(kāi)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(kāi)關(guān)氣路，保護(hù)氣動(dòng)回路； （8）后冷卻器：空氣壓縮機(jī)的出口（空氣壓縮后溫度達(dá)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(jī)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(guò)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(dòng),保證氣壓平穩(wěn)，依靠絕熱膨脹及自然冷卻降溫，進(jìn)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(shí)間內(nèi)用氣量大于空氣壓縮機(jī)輸出氣量的矛盾；另一方面，可在空氣壓縮機(jī)出現(xiàn)故障或停止時(shí)，維持短時(shí)間供氣，以便采取措施保證設(shè)備的安全； （11）氣缸：通過(guò)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置； （12）消聲器：消除進(jìn)、排壓縮空氣的動(dòng)力性噪聲； （13）換向閥：利用閥芯和閥體相對(duì)位置的不同，來(lái)變換閥體上各主氣口的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各氣路連通、切斷或改變氣流方向； （14）限位開(kāi)關(guān)：依照生產(chǎn)機(jī)械的行程發(fā)出命令以控制其運(yùn)行方向或行程長(zhǎng)短的主令電器。 3.氣動(dòng)系統(tǒng)的原理 當(dāng)啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)后，壓縮空氣產(chǎn)生高壓氣體，這時(shí)通過(guò)控制器控制四個(gè)電磁閥的開(kāi)閉，從而控制回路中高壓氣體的流向，高壓氣體使氣缸運(yùn)動(dòng)，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(guò)程；水箱上升使管件沒(méi)入水中，如果管件泄漏，高壓氣體會(huì)排入水中，因此可通過(guò)水中是否有氣泡來(lái)判斷管件是否泄漏，從而實(shí)現(xiàn)管件的自動(dòng)化檢測(cè)。 分析以上兩種氣動(dòng)系統(tǒng)原理的特點(diǎn)，如下表2.1所示。 表2.1 兩種氣動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)比表 項(xiàng)目 比較 操作方式 工作量 效率 檢測(cè)量 價(jià)格 改進(jìn)前氣動(dòng)系統(tǒng) 手動(dòng) 大 低 小批量 低 改進(jìn)后氣動(dòng)系統(tǒng) 自動(dòng) 小 高 大批量 高 綜上兩種氣動(dòng)系統(tǒng)的比較，可知將手動(dòng)系統(tǒng)改為自動(dòng)系統(tǒng)有種種優(yōu)點(diǎn)，在價(jià)格方面一臺(tái)手動(dòng)裝置比自動(dòng)裝置便宜，但自動(dòng)系統(tǒng)工作量小、節(jié)省人力、適應(yīng)于大批量檢測(cè)、效率高，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，綜合性價(jià)比要高于手動(dòng)系統(tǒng)。因此選此氣動(dòng)系統(tǒng)做為設(shè)計(jì)方案。 2.1.2系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 1.壓縮空氣 打開(kāi)電源，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)，將大氣壓力狀態(tài)（0.1）的空氣壓縮成較高的壓力。空氣壓縮機(jī)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(shí)際需求來(lái)選擇，常見(jiàn)使用的壓力為0.7～1.25。 2.裝被測(cè)管件 手動(dòng)裝被測(cè)管件。 3.夾緊被測(cè)管件 驅(qū)動(dòng)三位五通閥3和4，使進(jìn)氣腔P與工作腔A相通，工作腔B腔通過(guò)排氣腔T2排氣。此時(shí)左、右氣缸同時(shí)前進(jìn)，壓緊被測(cè)管件。 4.水箱上升，工件完全浸入水中 驅(qū)動(dòng)三位五通閥1，使進(jìn)氣腔P與工作腔A相通，工作腔B腔通過(guò)排氣腔T2排氣。此時(shí)下氣缸前進(jìn)，推動(dòng)水箱上升，將工件完全浸入水中。 5.給被測(cè)管件內(nèi)通入壓縮空氣 待水面平穩(wěn)，驅(qū)動(dòng)三位五通換向閥2，壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣腔P與工作腔A相通，此時(shí)給被測(cè)管件通入壓縮空氣，同時(shí)下氣缸未動(dòng)，即工件還完全浸在水中。左、右氣缸也未動(dòng)，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(cè)工件不合格。反之，則合格。 7.水箱返回到最低位置 驅(qū)動(dòng)三位五通閥1，使的進(jìn)氣腔P與工作腔B相通，工作腔A腔通過(guò)排氣腔T1排氣。此時(shí)下氣缸活塞桿下降，推動(dòng)水箱下降，返回最低點(diǎn)。 8.將被測(cè)管件內(nèi)的壓縮空氣排入大氣 驅(qū)動(dòng)三位五通閥2，其進(jìn)氣腔P與工作腔B腔相通，工作腔A腔通過(guò)排氣腔T1排出試件內(nèi)的壓縮空氣。氣缸15未動(dòng)，仍壓緊試件。 9.松開(kāi)被測(cè)管件 進(jìn)行下一試件的檢驗(yàn)驅(qū)動(dòng)三位五通閥3和4，使的進(jìn)氣腔P與工作腔B相通，工作腔A腔通過(guò)T1腔排氣。此時(shí)，左、右氣缸返回，松開(kāi)被測(cè)管件。取下被測(cè)管件，進(jìn)行下一工件的氣密性檢測(cè)。 通過(guò)分析可知，在此過(guò)程中，控制系統(tǒng)通過(guò)控制四個(gè)三位五通閥的進(jìn)排氣口，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程。 2.2控制方案的選擇 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在控制領(lǐng)域中，低成本、小體積、運(yùn)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(shì)。目前市場(chǎng)上的控制器有不少，比如單片機(jī)、可編程控制器（PLC）、繼電器、微型計(jì)算機(jī)等。雖然很多，但根據(jù)應(yīng)用的不同場(chǎng)合、不同用途，選擇也不一樣。本設(shè)計(jì)旨在控制閥的開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)裝置的檢測(cè)過(guò)程?；趯?duì)單片機(jī)、可編程控制器、繼電器控制、微型計(jì)算機(jī)的分析，及各種控制器的特點(diǎn)，擬采用這四種方案作為系統(tǒng)控制方案。 下面簡(jiǎn)要介紹下控制器的特點(diǎn)。 1單片機(jī) 單片機(jī)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(kuò)展，優(yōu)異的性能價(jià)格比，由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)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(jī)的編程語(yǔ)言一般為匯編語(yǔ)言或單片機(jī)C語(yǔ)言，這就要求設(shè)計(jì)人員具備一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。在用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制時(shí)，一般要在輸入/輸出接口上做大量工作，除了要設(shè)計(jì)控制程序外，還要在單片機(jī)的外圍做很多軟、硬工作，系統(tǒng)調(diào)試也較復(fù)雜，所以簡(jiǎn)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(fù)雜、體積大、功耗大，但價(jià)格便宜。繼電器控制邏輯是依靠觸電的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率底，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難。繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以繼電器控制系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)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(jī)械觸點(diǎn)，觸點(diǎn)開(kāi)閉時(shí)存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點(diǎn)壽命短，所以可靠性和維護(hù)性較差。 3微型計(jì)算機(jī) 微型計(jì)算機(jī)是在以往計(jì)算機(jī)與大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其最大特征是運(yùn)算速度快、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。近代科學(xué)計(jì)算、科學(xué)管理和工業(yè)控制等都離不開(kāi)它。如果采用微型計(jì)算機(jī)作為某一設(shè)備控制器，就必須根據(jù)實(shí)際需要考慮抗干擾問(wèn)題和硬件軟件設(shè)計(jì)，以適應(yīng)設(shè)備控制的專門需要。微機(jī)除了用在控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)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(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC的功能、外部設(shè)備豐富，強(qiáng)大的自檢功能，可進(jìn)行自診斷。用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非常方便的，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)遠(yuǎn)看，使用PLC還是經(jīng)濟(jì)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(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，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(huì)出故障，再多只要依據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，使之完善就是了。PLC的編程語(yǔ)言有梯形圖、順序功能圖、指令表，這些語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，而且程序也便于存儲(chǔ)、移植及再使用。PLC對(duì)環(huán)境要求很低，可編程控制器本身設(shè)計(jì)就是針對(duì)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(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)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(diǎn)，通過(guò)綜合分析之后，四種控制器的性能對(duì)比如表2.2所示。 表2.2 四種控制器的特點(diǎn)對(duì)比表 性能 方式 可靠性 簡(jiǎn)易性 維護(hù)性 使用環(huán)境 功能 擴(kuò)展性 價(jià)格 單片機(jī) 一般 一般 一般 一般 較強(qiáng) 較好 低 PLC 較好 好 好 一般 較強(qiáng) 好 較高 繼電器 較差 較差 較差 一般 一般 較差 低 微型計(jì)算機(jī) 較好 一般 好 較高 強(qiáng) 好 高 綜上各種控制器的性能對(duì)比，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的題目來(lái)源和產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位，設(shè)計(jì)應(yīng)從成本低，工作效率高，操作簡(jiǎn)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(jìn)行本次試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 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(gè)電磁閥、空壓機(jī)、電源、水箱、工件、夾具以及機(jī)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?jī)?chǔ)存并執(zhí)行特定的程序，并通過(guò)模擬式輸入來(lái)控制本設(shè)計(jì)中的電磁閥和空壓機(jī)，在經(jīng)過(guò)機(jī)械執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)工件氣密性。 2 主令電器 主令電器包括六個(gè)按鈕和兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)分為上、下限位開(kāi)關(guān)，分別安裝在水箱上下位置，水箱在上升或下降過(guò)程中觸碰到上、下位開(kāi)關(guān)時(shí)，停止上、下，控制水箱的位置。通過(guò)按下不同的開(kāi)關(guān)可對(duì)PLC實(shí)現(xiàn)順序控制，使其順利完成檢測(cè)過(guò)程。 3 四個(gè)電磁閥 PLC通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)關(guān)來(lái)控制高壓氣體的流向，經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。 4 空壓機(jī) PLC通過(guò)控制空壓機(jī)，來(lái)控制是否向氣動(dòng)回路中通高壓氣體。 5 電源 向空壓機(jī)、PLC提供電量。 6 機(jī)械執(zhí)行部件 當(dāng)不同的電磁閥開(kāi)閉后，機(jī)械執(zhí)行部件安裝氣路的不同執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。 7 水箱、工件、夾具 水箱、工件、夾具等硬件都是通過(guò)機(jī)械執(zhí)行部件完成各自動(dòng)作。 2.3.2系統(tǒng)的硬件工作原理 PLC通過(guò)驅(qū)動(dòng)閥3和4，使左、右氣缸同時(shí)前進(jìn)，壓緊被測(cè)管件；驅(qū)動(dòng)閥1，使下氣缸前進(jìn)，推動(dòng)水箱上升，將工件完全浸入水中，待水面平穩(wěn)后；驅(qū)動(dòng)閥2，此時(shí)給被測(cè)管件通入壓縮空氣，同時(shí)下氣缸未動(dòng)，即工件還完全浸在水中。左、右氣缸也未動(dòng)，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(cè)工件不合格。反之，則合格；驅(qū)動(dòng)閥1，此時(shí)下氣缸活塞桿下降，推動(dòng)水箱下降，返回最低點(diǎn)；驅(qū)動(dòng)閥3和4，此時(shí)左、右氣缸返回，松開(kāi)被測(cè)管件。取下被測(cè)管件，進(jìn)行下一工件的氣密性檢測(cè)。 2.4本章小結(jié) 本章主要改進(jìn)了水檢法檢測(cè)氣密性的氣動(dòng)系統(tǒng)；并通過(guò)了解各種控制器的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)四種控制方案的對(duì)比，從而確定以可編程控制器（PLC）作為設(shè)計(jì)方案。并提出了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhǔn)備。 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 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(jiǎn)稱PC）。與個(gè)人計(jì)算機(jī)的PC相區(qū)別，用PLC表示。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過(guò)程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過(guò)輸出電路的物流過(guò)程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。 PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過(guò)程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問(wèn)題，入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。PLC可以通過(guò)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(qiáng)的多。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)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(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布了對(duì)PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。可以預(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)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(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信息與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。 目前，可編程控制器的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格不可勝數(shù)，但主要分為歐、美、日三大塊。在中國(guó)市場(chǎng)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(guó)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(jià)比好，符合本設(shè)計(jì)的要求，并且對(duì)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(yù)選PLC的系列型號(hào) 三菱FX系列PLC擁有很高的速度，高級(jí)的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)； FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)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(dāng)于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出16-25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)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(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。可選用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。 1.輸入輸出（I/O)點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%~20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入10點(diǎn)，輸出11點(diǎn)。 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(kāi)關(guān)元件輸出三種方式, 繼電器輸出可驅(qū)動(dòng)直流30或交流250負(fù)載，驅(qū)動(dòng)負(fù)載大，但響應(yīng)時(shí)間慢，常用于各種電動(dòng)機(jī)、電磁閥、信號(hào)燈等負(fù)載的控制；晶體管輸出屬于直流輸出，能驅(qū)動(dòng)5～30的直流負(fù)載，驅(qū)動(dòng)負(fù)載較小，但響應(yīng)速度快，多用于電子線路的控制。三端雙向晶閘管開(kāi)關(guān)元件輸出為交流輸出，能驅(qū)動(dòng)85～240交流負(fù)載，負(fù)載驅(qū)動(dòng)較大，但響應(yīng)時(shí)間較慢。 綜合以上信息，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的考慮，控制系統(tǒng)選用FX2N-32MR-001型號(hào)的PLC[8]，繼電器輸出,輸人點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)均為16點(diǎn)，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(kuò)展。但在院實(shí)驗(yàn)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(jì)中閥是最主要的一個(gè)元件，閥門的選擇也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。PLC就是通過(guò)控制閥門的開(kāi)關(guān)，控制氣動(dòng)回路，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。用于氣動(dòng)回路的開(kāi)閉，因此本設(shè)計(jì)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(lái)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)支路的氣流進(jìn)行通、斷的切換，以適應(yīng)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(gè)方向通過(guò)，方向則不通。一般用在泵的出口，防止油液倒流；隔開(kāi)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(duì)位置的不同，來(lái)變換閥體上各主氣口的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各氣路連通、切斷或改變氣流方向。由此可見(jiàn)在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用換向閥。 換向閥按操縱方式分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁、氣動(dòng)和時(shí)間。在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)換向閥：利用人工作用推動(dòng)閥芯使其換向。 機(jī)動(dòng)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(dòng)閥芯實(shí)現(xiàn)換向。 電磁換向閥：利用電磁鐵通電吸合時(shí)產(chǎn)生的吸力來(lái)推動(dòng)閥芯實(shí)現(xiàn)換向。 氣壓換向閥：利用氣體壓力使主閥芯運(yùn)動(dòng)而使氣流改變流向。 時(shí)間換向閥：使氣流通過(guò)氣阻、氣容等延遲一定時(shí)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(jì)采用電磁換向閥。 3.2.2確定閥的機(jī)能 電磁換向閥是利用電磁鐵推動(dòng)閥芯來(lái)控制液流方向的。采用電磁換向閥可以使操作輕便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，因此應(yīng)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(kāi)位置，可以用于斷氣保護(hù)功能。雙電控電磁閥通過(guò)兩側(cè)電磁線圈的得電、失電來(lái)控制開(kāi)閉，當(dāng)一個(gè)線圈失電，另一個(gè)未得電時(shí)可以保持閥芯不動(dòng)，稱為有記憶功能的閥。電磁閥只是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的一個(gè)附件，是控制氣動(dòng)閥門的氣源氣路的。電磁閥常用于開(kāi)關(guān)閥，通過(guò)電壓信號(hào)控制氣源氣路的通斷，以控制閥門的開(kāi)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(diǎn)是啟動(dòng)力較大，換向時(shí)間短，價(jià)格低廉。但當(dāng)閥芯卡住或吸力不夠而使鐵芯吸不上時(shí)，電磁鐵容易因電流過(guò)大而燒壞，故工作可靠性較差，動(dòng)作時(shí)有沖擊，壽命較低。直流電磁鐵電壓一般為24。其優(yōu)點(diǎn)是工作可靠，不會(huì)因閥芯卡住而燒壞，壽命長(zhǎng)，體積小，但啟動(dòng)力較交流電磁鐵小，而且在無(wú)直流電源時(shí)，需整流設(shè)備。 　　電磁換向閥只是采用電磁鐵來(lái)操縱滑閥閥芯運(yùn)動(dòng)，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(gè)氣路就是幾通電磁閥，閥芯有幾種位置就是幾位。氣路通過(guò)相通和切斷的形式來(lái)控制氣動(dòng)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(hào) 名稱 職能符號(hào) 使用場(chǎng)合 二位二通閥 控制氣路的接通與切斷（相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)） 二位三通閥 控制氣路方向（從一個(gè)方向變換成另一個(gè)方向） 二位四通閥 不能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運(yùn)動(dòng) 三位四通閥 能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運(yùn)動(dòng) 二位五通閥 不能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運(yùn)動(dòng) 三位五通閥 能使執(zhí)行元件在任意位置處停止運(yùn)動(dòng) 分析表3.1并結(jié)合本次設(shè)計(jì)，當(dāng)進(jìn)行氣密性檢測(cè)時(shí)，從空氣壓縮機(jī)出來(lái)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(dòng)左右氣缸壓緊鑄造管件，而另一部分推動(dòng)下部氣缸使水箱上升。因?yàn)樗脷飧诪殡p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(shí)間，只有三位閥與本次設(shè)計(jì)相符。選用直流24[10]，三位五通換向閥。 3.2.3預(yù)選閥的系列型號(hào) 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(hào)[13]： 3K35D2-B15-Ⅰ 其型號(hào)意義： 2.簡(jiǎn)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(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、1個(gè)正動(dòng)作出氣孔和1個(gè)反動(dòng)作出氣孔(分別提供給目標(biāo)設(shè)備的一正一反兩動(dòng)作的氣源)、1個(gè)正動(dòng)作排氣孔和1個(gè)反動(dòng)作排氣孔(安裝消聲器)。如圖4.5，P為進(jìn)氣孔，A、B為出氣孔，T1、T2為兩個(gè)排氣孔。電磁閥右側(cè)線圈得電，進(jìn)氣孔P與出氣孔B連接，則出氣孔A通過(guò)排氣孔T1進(jìn)行排氣；如果右側(cè)線圈失電，左側(cè)得電，則進(jìn)氣孔P與出氣孔A連接，則出氣孔B通過(guò)排氣孔T2排氣。當(dāng)兩側(cè)都不得電時(shí)，電磁閥處于封閉狀態(tài)，既不排氣，又不進(jìn)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(guò)的一種器件，是消除空氣動(dòng)力性噪聲的重要措施。消聲器是安裝在空氣動(dòng)力設(shè)備(如鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī))的氣流通道上或進(jìn)、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(guò)，是控制噪聲的有效工具。消聲器的選用應(yīng)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(jí)，允許壓力損失，設(shè)備價(jià)格等諸多因素綜合考慮并根據(jù)實(shí)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(jià)格越大；消聲量相同時(shí)，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(fēng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣噪聲 抗性 消聲器 擴(kuò)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(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲 阻抗復(fù) 合式 消聲器 阻-擴(kuò)型 阻-共型 阻-擴(kuò)-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(fēng)機(jī)、大型風(fēng)洞、發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)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(kuò)容型 多孔擴(kuò)散性 將大噴口用許多小孔代替，改變?cè)肼暟l(fā)生機(jī)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(shí)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(bǔ)助 旁通管 消聲器 單路型 多路型 對(duì)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(dòng)機(jī)、渦輪噴氣機(jī)的噴射排氣 噪音 消聲器的種類很多，但究其消聲機(jī)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(fù)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(xiàn)，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(chǎng)上消聲器的價(jià)格和實(shí)際生產(chǎn)需要，初步?jīng)Q定本設(shè)計(jì)的采用阻性消聲器，阻性消聲器是所有消聲器中應(yīng)用最為廣泛的一類消聲器。且加工制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 3.3.2確定消聲器的型號(hào) 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(hào)[14]： QXS-L15 型號(hào)意義： 3.4壓力表的選擇 3.4.1確定壓力表的類型 在檢測(cè)工件氣密性過(guò)程中，當(dāng)夾緊或放松工件以及工件充氣過(guò)程中，都必須用到壓力表，以確?；芈分袎毫^(guò)大而造成氣管爆裂。壓力表是以大氣壓力為基準(zhǔn)，用于測(cè)量小于或大于大氣壓力的儀表。壓力表的應(yīng)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(yīng)用隨處可見(jiàn)。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(cè)儀表分類比較 壓力檢測(cè)儀表的種類 檢測(cè)原理 主要特點(diǎn) 用途 液 柱 式 壓 力 表 U形管壓力計(jì) 單管壓力計(jì) 傾斜管壓力計(jì) 補(bǔ)償微壓計(jì) 自動(dòng)液柱式壓力計(jì) 液體靜力平衡原理 （被測(cè)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(jiǎn)單、 價(jià)格低廉、 精度較高、 使用方便、 但測(cè)量范圍 較窄，玻璃 易碎 適用于低微靜 壓測(cè)量，高精 度可用做基 準(zhǔn)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(jiǎn)單、 牢固、使用 方便、價(jià)格 低廉 用于高、中、 低壓的測(cè)量， 應(yīng)用十分廣 泛 波紋管壓力表 用于測(cè)量 400 以下的壓力 膜片壓力表 用于測(cè)量低壓 膜盒壓力表 用于測(cè)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(fù)雜 和貴重 用于做基準(zhǔn)儀 器，校驗(yàn)壓力 表或?qū)崿F(xiàn)精密 測(cè)量 雙活塞式壓力表 電 氣 式 壓 力 表 壓 力 傳 感 器 應(yīng)變式壓力傳感器 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的應(yīng) 變效應(yīng)原理 能將壓力 轉(zhuǎn)換成電 量，并進(jìn) 行遠(yuǎn)距離 傳送 用于控制室 集中顯示控 制 霍爾式壓力傳感器 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的霍 爾效應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)，并進(jìn) 行遠(yuǎn)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(jì)要求選擇彈性式壓力表。其中彈簧管壓力表測(cè)量范圍廣，這種儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)上是應(yīng)用最為廣泛的一種測(cè)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(hào) 1. 精確度等級(jí)的選擇 一般工業(yè)上1.5、2.5級(jí)就已足夠，在科研、精密測(cè)量和校驗(yàn)儀表時(shí)，則需要0.25級(jí)以上的精密壓力表、標(biāo)準(zhǔn)壓力表或標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(cè)場(chǎng)合的壓力表，表盤直徑為大于150或200 。 3. 測(cè)量范圍的選擇 測(cè)量穩(wěn)定的壓力時(shí)，正常操作壓力值應(yīng)在儀表測(cè)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(gè)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。“帶后邊”指安裝邊在后面，在安裝后，壓力表面凸出儀表板一個(gè)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(hào)： 表3.4 彈簧管壓力表的規(guī)格和型號(hào) 名稱 型號(hào) 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(wú)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(jì)選的空氣壓縮機(jī)的額定排氣壓力為1.0，正常操作壓力值應(yīng)在儀表測(cè)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(jì)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(jì)系統(tǒng)共有8個(gè)輸入和9個(gè)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(dòng)開(kāi)關(guān)SB1 X0 空氣壓縮機(jī) Y10 水箱上升開(kāi)關(guān)SB2 X1 電磁閥3進(jìn)氣線圈 Y0 觀察開(kāi)關(guān)SB3 X3 電磁閥4進(jìn)氣線圈 Y1 水箱下降及排氣開(kāi)關(guān)SB4 X4 電磁閥1進(jìn)氣線圈 Y2 關(guān)閉空壓機(jī)開(kāi)關(guān)SB5 X6 電磁閥2進(jìn)氣線圈 Y3 停止開(kāi)關(guān)SB6 X7 電磁閥1排氣線圈 Y4 上限位開(kāi)關(guān)SQ1 X2 電磁閥2排氣線圈 Y5 下限位開(kāi)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(jì)方案，完成氣密性檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)的PLC的選擇，其次完成氣密性檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)，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(jì)的水檢法檢測(cè)裝置控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1檢測(cè)氣密性裝置的控制要求 此裝置的檢測(cè)過(guò)程是：首先按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，空氣壓縮機(jī)開(kāi)始工作，一段時(shí)間后，開(kāi)始加緊工件，觀察壓力表1和2，當(dāng)達(dá)到最大預(yù)緊力時(shí)，按下水箱上升開(kāi)關(guān)，停止加緊工件；水箱開(kāi)始上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位開(kāi)關(guān)時(shí)，上限位開(kāi)關(guān)閉合，水箱停止上升；并且開(kāi)始往工件內(nèi)通入壓縮空氣，觀察壓力表3，當(dāng)達(dá)到最大預(yù)緊力時(shí)，按下觀察開(kāi)關(guān)，同時(shí)關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，完成通氣過(guò)程；進(jìn)入觀察階段，開(kāi)始觀察工件內(nèi)是否有氣泡冒出，有則說(shuō)明被測(cè)管件存在泄漏，否則管件氣密性良好。觀察完了之后，當(dāng)按下水箱下降及工件排氣開(kāi)關(guān)時(shí)，空氣壓縮機(jī)重新啟動(dòng)，水箱開(kāi)始下降，并且工件開(kāi)始排氣，經(jīng)計(jì)算工件排氣先于水箱下降過(guò)程，所以只要當(dāng)水箱碰到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)， 圖4.1 檢測(cè)裝置的動(dòng)作過(guò)程 開(kāi)始松開(kāi)工件，觀察壓力表1和2，當(dāng)達(dá)到最小預(yù)緊力時(shí)，按下關(guān)閉壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)，關(guān)閉壓縮機(jī)；再按下停止開(kāi)關(guān)，程序返回到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備檢查下一個(gè)工件。 在觀察階段觀察是否有氣泡時(shí)，因個(gè)人問(wèn)題導(dǎo)致觀察時(shí)間不一，此設(shè)計(jì)避免了這一情況，使檢測(cè)過(guò)程順利進(jìn)行。如圖4.1為檢測(cè)裝置的動(dòng)作過(guò)程。 4.2 PLC的程序設(shè)計(jì) PLC提供了完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的使用。利用編程語(yǔ)言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)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(chǔ)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(jì)的，因而對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，編程時(shí)完全可以不考慮微處理器內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不必使用各種計(jì)算機(jī)使用的語(yǔ)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(yǔ)言來(lái)編制控制程序。PLC提供的編程語(yǔ)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(dá)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(lái)的，它與繼電器控制系統(tǒng)原理圖相呼