毕业设计（论文）-基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置.doc

郑州轻工业学院郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）题目学生姓名专业班级班学号院（系）指导教师完成时间2010年06月05日郑州轻工业学院郑州轻工业学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书一一主要工作内容主要工作内容1收集中外文资料，并进行方案论证。2设计硬件电路。3针对所需软件系统，选择组态软件，编写监控程序。4进行系统调试并撰写毕业论文。二二基本要求基本要求1检索与课题有关的资料，提出自己的设计方案，方案应具有可行性、经济性；编写3000字以上文献综述一份；写出开题报告。2进行系统的硬件和软件设计。3对系统的软硬件进行调试，使其能准确显示采集参数值，根据设定值进行输出控制、报警、界面切换等。4在毕业设计的基础上撰写毕业论文。5翻译3000字的科技英文资料6毕业论文的撰写及图纸的绘制，要求认真工整、条理清晰、正确标准。三三主要参考资料主要参考资料现代电气控制及及PLC应用技术.2008北京三维力控科技有限公司.力控3.62用户手册，1999SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册.032000完完成成期期限：限：2010年6月20日指导老师签章：指导老师签章：专业负责人签章：专业负责人签章：2010年年6月月24日日I基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置摘要本课题主要完成的是基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置的整体设计。本文首先对课题的提出和要求进行了简介，然后对其控制方案进行了论证。随后从硬件和上、下位机系统设计进行了介绍。在控制系统硬件设计中，给出了详细的硬件系统架构图和电气原理图，并对主要设备及元器件进行了选择；软件设计分两大部分叙述，在下位机控制系统程序设计部分，给出了详细的软件结构，并对典型环节的程序设计进行了分析讨论；在上位机程序部分，对组态程序画面的程序设计即实现的功能进行了全方位的介绍。在系统设计完成后，对其进行了简单的调试，对试验调试过程中出现的问题和结果进行了分析讨论。结果证明，本设计软硬件系统设计基本合理，能够完成对压力容器气密性测试的任务。关键词：电动阀；气密性；可编逻辑控制器；力控IITHEPLC-BASEDCONTROLSYSTEMPRESSUREVESSELTIGHTNESSTESTDEVICESABSTRACTThemainissueisthecompletePLCcontrolsystembasedonpressurevesselsleaktestdevicesoveralldesign.Thisarticlefirstraisedthesubjectandrequirementsoftheprofilethenitscontrolprogramweredemonstrated.Thenfromthehardwareandonthelowercomputersystemwasintroduced.InthecontrolsystemhardwaredesigngivesadetailedchartofthehardwaresystemsandelectricalschematicsandmajorequipmentandcomponentswereselectedsoftwaredesignpartialdescriptionoftwopartsthenextpositioncontrolsystemdesignpartoftheprogramtooutadetailedsoftwarearchitectureandtypicalprogrammingsessionwerediscussedinsomePCprogramsontheconfigurationscreenoftheprogrammingprocesstoachievethefunctionalityofthefullpresentation.Inthesystemdesigniscompleteitsforasimpledebuggingdebuggingofthetestproblemsandresultsarediscussed.TheresultsshowthatthedesignofhardwareandsoftwaresystemdesignisrationalthepressuretocompletethetaskoftestingairtightcontainerKEYWORDS：electricvalve，programmableLogicController，Forcecontrol基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置目录中文摘要.I英文摘要.II1绪论.11.1压力容器测试系统的设计特点.11.2课题设计背景简介.11.3本课题完成的主要工作.22系统方案论证及总体设计.321系统方案论证.32.1.1系统的设计要求.32.1.2系统方案选择.42.2系统总体设计.63硬件系统设计.83.1系统IO分析.83.2硬件系统主要设备及元器件选择.93.2.1S7-200PLCCPU及扩展模块的选用.93.2.2电动阀的选用.103.2.3压力传感器的选用.113.3硬件系统设计.124下位机系统程序设计.134.1下位机系统实现的功能.134.2系统的框架和工作过程.134.3PLC系统IO地址分配.154.4部分关键程序的设计.204.4.1模拟量值和AD转换值的转换.204.4.2压力传感器断线检测程序.214.4.3气密性测试的SFC程序编制.224.4.4模拟量值处理程序.23基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置5上位机系统的设计.245.1上位机系统实现的的功能.245.2系统的框架和工作过程.256系统调试和结果分析.306.1硬件调试及结果分析.306.2联机调试及结果分析.327结论.34致谢.35参考文献.36附录.37基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置11绪论本课题压力容器气密性测试装置的设计是基于当今航空航天领域中对于航天器材的耐压性和密封性检测而提出的，特别是在军事工业检测控制需求的基础上提出的。课题起初的提出是为了检测战斗机导弹发射的作动筒的耐压性和密封性，但是试验证明对于其它普通器件检测也完全能达到要求，因此它也具有通用性。为了把压力元件测试过程及控制系统的流程更系统全面的展示给大家，特介绍如下。1.1压力容器测试系统的设计特点压力元件气密性测试是一个综合性的技术问题，它与测试系统的精密测试、人身安全、设备安全、仿真模拟、通用测试以及PLC与组态的综合利用等技术问题有密切的关系，也是人们利用力控软件为实际工程设计应用的一项重要应用技术，具有理论研究与实践经验密切结合的特点，因而是力控软件与PLC应用实现安全与经济运行的基本技术应用。压力容器测试工业监控也一直是电子工作者十分关注的课题之一，压力容器测试工业监控的设计必须与整个系统发展的现状和发展规划进行技术经济比较，必须全面考虑其技术和经济指标。随着PLC电子技术的迅速发展和工控质量要求的提高，选择一种有效的压力容器测试工业监控应经成为十分必要的。1.2课题设计背景简介本课题的提出是为了解决航天军工中对于多个压力容器在同一压力值下同时测试和对同一个容器进行不同压力值的测试。具体要求是同时可以进行5个以上的作动筒密封性检测；同时可以进行5个以上的产品密封性检测；试验进行过程具备可靠的安全保护功能；能够精确测试压力范围在0.135MPa的各种产品的密封性试验、耐压性试验。对于耐压性要求气路系统分别充压30Mpa，保压10min检测无明显泄漏。充压15Mpa0.2Mpa，保压24h检测压力泄漏不大于1Mpa。压力容器气密性测试及监控的确定是一个系统工程、不同地区、工业控制、不同发展阶段和不同测试对象，考虑的侧重点不同。是针对高标准的军用压力容器产品性能测试要求而设计的，它与一般的数据采集系统相比有几个特别之处。其一，高压气源从管道一端流进，大约8秒钟测试完毕一次，要求采集速率为5次秒以上；其二，由于压力容器产品众多，分门别类设计相应的测试平台不太现实，另行设计一个通用的测试平台；其三，测试介质压力极高给设备选型带来一定的困难，特别基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置2是适合高压的电控调节阀的选型非常困难，本项目设计实施过程中，把高压手动调节阀改成了电控调节阀。工作人员把需要测试的阀安装到测试平台上，调节各个开关设置。检查整个控制电路。检查PLC设置与力控软件。输入密码或者直接使用，可以根据用户要求选择。当我们确定无误后，可以执行以下操作：(1)打开开始按钮，进入运行程序。(2)若无报警，调节控制阀开度，可以直接由键盘输入。(3)按下显示曲线按钮，生成曲线。(4)观察曲线，判断测试阀是否合格。整个设计系统，我们把整个控制系统由S7-200PLC控制，电机的脉冲控制由按钮产生。电机所转的脉冲经过编码器采集，脉冲数在程序中有高速计数器计数。调节目标由键盘人为输入控制。组态系统由力控软件和自己购买的元器件打架结构实现。结合各个元器件的共同云霞下实现压力容器测试。本系统硬件部分由工控机（IPC）、PLCCPU-224及其他电气元件组成，全部装配到一个电气控制柜中。系统需要采集的信号包括8个模拟量和多个数字量，前后压力变送器及流量计信号全部接入EM231中，PLC完成调节阀开度的自调节，并且采集一路压力信号。整个系统操作灵活，方便。压力容器测试装置的实用性和方便性已经使广大的消费者既超越了现在所面临的经济和知识门槛，又享受到了全自动测试系统的方便和快捷。因此压力容器测试平台有着巨大的潜在市场，有待我们进一步开发和培育。因此基于压力容器测试工业监控系统是一个有效的，方便的，可实施的系统。下面将提供一个关于基于压力容器测试工业监控系统的可行的设计方案。1.3本课题完成的主要工作本课题主要完成的任务是：第一，依照课题的技术要求对系统整体方案进行论证，并初步形成一个总体的设计方案。第二，对方案中的硬件部分进行设计、并对主要设备选型，以求达到设计的要求。第三，对下位机系统的控制系统程序进行设计，编制。第四，对上位机系统监控组态软件进行再开发，设计满足系统整体要求的平台。第五，对已成型的系统进行硬件安装调试，上位机和下位机联机调试，以期达到事先希望得到的稳定的控制任务。基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置32系统方案论证及总体设计对于一个系统设计方案的确定是设计工作的开始也是整个系统最重要的一步，将方案建立之后，下一步就应该对系统总体流程，各部分之间的连接进行一个总的设计。为本课题树立一个主干。以后的各部分就可以顺其自然的一点一点的进行设计，进行完成系统要求的各项指标。21系统方案论证设计方案结构完整、经济高效、性能稳定就会为设计的顺利完成打下了牢固的基础，相反如果选择了不够完善的设计方案，设计过程中会漏洞百出，甚至导致课题的玩法完成。2.1.1系统的设计要求测试设计要求同时可以进行5个作动筒密封性检测；同时可以进行5个产品密封性检测；试验进行过程具备可靠的安全保护功能；能够精确测试压力范围在0.135MPa的各种产品，进行产品的密封性试验、耐压性试验。系统产品测试出口有5个，可以同时使用，也可单独使用。对测试不同压力下气密性的场合，有具体的使用要求。耐压试验的要求为：气路系统分别充压30Mpa，保压10min检测无明显泄漏。正常气密性试验：充压15Mpa0.2Mpa，保压24h检测压力泄漏不大于1Mpa。图2-1气路系统原理图基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置4对于一个系统必须满足系统的设计目标。在本系统中要求如下：入口连接35MPa气源，在入口安装手动截止阀，控制整个气路系统的总气源，便于在断电、检修等情况下使用；在手动截止阀之后设置过滤器，以防止气源中多余物流入系统从而导致阀门及其它零、部件损坏的现象。该系统通过计算机设置充放气时间及保压时间，同时通过工业计算机还可以设置和检测试验时的充放气次数，该系统气路支路分四路：高压一路（最上侧一路）采用电动调节阀控制，由于该路出口压力为2735Pa，目前还没有出口压力高于27MPa的减压器，所以该支路压力由气源直接提供。当测试压力为1027MPa时则采用第四支路，即图2-1最下侧支路，该支路采用电磁减压器控制，可以很稳定的给被测试产品提供相应的压力。当测试压力为110MPa时则采用第三支路，该支路采用电磁减压器两级减压控制，可以很稳定的给被测试产品提供相应的压力。当测试压力为0.11MPa时则采用第二支路，该支路采用电磁减压器两级减压控制，可以很稳定的给被测试产品提供相应的压力。考虑到若停电无法操作的问题我们在系统出口均安装了手动截止阀（图2-1中K2K5），保证了即使在停电的情况下也可将被测试件泄压，既保证了设备和人身安全。各单向阀的使用则有效防止了高压气体的回流而导致的电动调节阀的损坏现象。2.1.2系统方案选择针对这些设计要求和当今比较通用的系统设计方案，我们无非有两种选择：一种是借助功能强大的NI公司推出的数据采集系统平台虚拟仪器LabVIEW，再者就是利用我们熟悉的PLC控制系统。虚拟仪器LabVIEW平台实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。基于图形化编程和数据流驱动是虚拟仪器LabVIEW高速数据采集软件这两个特点，LabVIEW编程语言学习起来相对容易些，可减少开发时间。但客观地讲，习惯了文本式编程语言的程序员使用图形表达程序，还需要一段思维转变和适应过程。Lab-VIEW软件平台尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。而且，对于那些数学和逻辑运算过程较复杂的程序，图形语言就不如文本语言更容易表达，此类情况，用户可以选择使用VC或者Matlab等开发工具将数学分析和处理过程编写为专用的动态链接库，基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置5LabVIEW提供了专门的接口函数可以调用之。这样，可以结合图形语言和文本语言各自的优点，更为灵活、高效、易用。缺点是虚拟仪器LabVIEW它是一个投入较为昂贵的平台。PLC控制系统是依托于PLC来实现对现场设备进行控制的要求。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。它具有丰富的输入输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器并不针对某一具体工业应用。在实际应用时，其硬件应根据具体需要进行选配，软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计。具有编程简单、使用方便、通用性强、可靠性高、体积小、易于维护等优点，在自动控制领域应用得十分广泛。目前已从小规模的单机顺序控制发展到过程控制、运动控制等诸多领域。而且它可靠性高，能够适应工业现场的恶劣环境。具有进行各种算术运算、PID调节、过程监视、网络通信、远程IO和高速数据处理能力，PLC除了具有CPU和存储器以外，还有丰富的IO接口模块。对于工业现场的不同信号，PLC都有相应的IO模块与工业现场的器件或设备直接连接。PLC系统与其他系统相比无论从软件方面还是从实际投入的硬件设备讲，投入都较少，质优价廉，性价比高。因此，无论是老设备的技术改造还是新系统的开发，大多数设计人员都倾向于采用它来进行设计。运用两个方案均能实现我们的硬件要求和数据采集的需求，虽然虚拟仪器Lab-VIEW开发平台灵活，高效，且功能强大，但是PLC系统投入明显较少经济高效性价比较好，同时运用PLC系统对于开发和调试也较为方便。因此我选择了利用PLC控制系统开发本系统。系统选择好后，我们就要选择PLC的品牌，因为我的设计是基于航天和军工产品测试的，所以系统稳定性的要求异常的高。综合多方面因素考虑，这里我选用了价格不是很高但稳定性最好的西门子公司生产的PLC系列及扩展模块。为了对系统进行监控和组态，接下来便需要去进行组态软件的选择。选择一个功能强大、经济高效的组态软件平台可以给整个系统的稳定运行打上良好的基础。对本设计来说目前市场上常见的组态监控都能满足系统的要求，但是各有各的优缺点。目前的组态软件均是通用工业自动化组态软件，它的主要特点：(1)延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置6备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；(2)封装性（易学易用）。通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；(3)通用性。每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的IODriver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。三维力控方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、大大降低了组态开发的工作量；高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次秒；强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；力控软件内嵌分布式实时数据库，数据库具备良好的开放性和互连功能，可以与MES、SIS、PIMS等信息化系统进行基于XMLOPC、ODBC、OLEDB等接口方式进行互连，保证生产数据实时地传送到以上系统内。且它是国产软件中的佼佼者，在相同的系统水平上，它的性价笔比是很高的，因此它很受一些不是特别大的系统的青睐。西门子公司推出的WINCC组态软件它通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。特别是当它用于大型系统时，它的系统稳定性是出类拔萃的，但是WINCC监控软件还无法做到“贫民化”，价格较为昂贵。在小系统中人们一般会采用国内较好的软件，在大型系统中WINCC有较高的市场占有率。因此，经过对比我们不难发现本系统的需求来讲使用国产的力控作为上位机设计平台是较为经济高效的，也完全能满足系统的要求。基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置72.2系统总体设计气密性测试试验台控制系统由电源供给系统、现场IO系统、上位机监控系统、下位机控制系统4个子系统组成，四个系统各自实现各自的功能，且彼此之间相互协调，共同完成课题的各项指标。压力传感器电动减压阀其它设备西门子PLC控制系统三维力控电动阀电气控制系统图2-2系统原理示意图现场IO系统主要完成系统压力信号的采集及处理，各个阀体的控制动作；电源供给系统负责给系统中各仪表、传感器、开关电源（24VDC）、电磁阀供电、PLC控制器和工控机220VAC供电电源。上位机监控系统系统的信息监控主要完成压力容器性能测试的数据处理、信息查询、故障报警等功能；下位机控制系统PLC控制子系统可以根据实际现场产品性能测试需要，实现自动测控任务。其中上位机开发环境选用三维力控组态软件，根据系统要求，开发系统检测画面，确定检测的条件，完成权限登陆、参数设定、检测状态监控、参数实时显示、系统报警、数据记录、报表打印、数据查询及回放等功能。下位机控制系统PLC选用德国西门子公司的S7-200PLC，并配备相应扩展模块。利用SIEMENS的STEP7MicroWINSP6编译环境编写PLC应用程序，实现课题提出的自动测试任务。基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置83硬件系统设计一个系统顺利、稳定、高效的按照我们在软件中编制的方案完成既定的任务是我们每个设计人员最强烈的希望，但是，要达成这个希望首先便需要良好的硬件系统的支持，一个良好的硬件系统的选择给以后的调试工作会带来很多方便。在本部分内容中主要介绍了我在系统设计中的过程。首先我对系统的IO点进行了分析和统计，然后针对这一统计数字对电动阀、PLC的CPU的型号、PLC的扩展模块的型号以及压力传感器型号进行了选择。对于其他诸如电源、导线、继电器、工控机等设备由于文章篇幅所致，没有一一进行说明。系统硬件构成框图如图3-1所示。图3-1系统硬件构成框图3.1系统IO分析在本课题硬件设计中我们首先要解决的问题就是，计算好整个系统中对各类IO点的需求。因为IO在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，IO地址分配以后才可以进行编程；对控制柜及PLC外围接线来说，只有IO地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，才可以根据线路图和安装图安装控制柜。再者只有明确了IO分配，才能把系统设计的高效，合理，性价比较高。因此对系统的IO分配分析见表3-2。表3-1系统的IO分配分析序号名称数量信号类型1电动阀DK1DK151515（2DI3DO）2压力传感器P1P818AI3电动减压器DJ1DJ313（2DI3DO）压力传感器8路AI55路DOPLC及扩展模块继电器工控机电动阀基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置94按钮11DI5蜂鸣器11DODI37DO55AI86IO点总计AO0从表格可以看出，每个电动阀和减压器都有上限和下限两个数字量输入，正转、反转、刹车三个数字量输出，每个传感器有一个模拟量输入。这样计算下来系统需要数字量输入37点，数字量输出55点，模拟量输入8点。因此我们需要选择合适的模块来包容这些输入输出点。因为我选用的是西门子的PLC系统，而且为了能达到在可靠够用的前提下尽量实现经济高效，我选用了EM223模块（32DI32DO）、EM222模块（8DO）、EM231模块（4AI）。S7-224CNACDCRLYEM2228继（2）EM2314AIEM2228继（4）EM22332DI32DO（3）EM2314AI图3-2模块排列图在这些模块最大使用程度下，所有IO点加起来为DI点46，DO点58，AI点8。因此完全可以满足系统需求的IO点数，略有一点冗余。3.2硬件系统主要设备及元器件选择硬件主要器件的选择是整个系统成功稳定运行的重要一步，这部分主要介绍了S7-200PLC中CPU和扩展模块的选择，电动阀的选择以及压力传感器的选择。对于其他部分的硬件选择，本文由于篇幅所限没有进行深入的研究。3.2.1S7-200PLCCPU及扩展模块的选用（1）CPU的选用S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性极丰富的指令集易于掌握便捷的操作丰富的内置集成功能实时特性强劲的通讯能力丰富的扩展模块。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。其中CPU基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置10224集成14输入10输出共24个数字量IO点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量IO点或35路模拟量IO点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。IO端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。（2）数字量和模拟量扩展模块的选用数字量输入需要37点，输出需要55点，而西门子200系列PLC最大的输入输出模块是EM223的32DI32DO。再加上CPU224自带的14DI10DO，所以还需要两个EM222模块，这样才能满足系统点数的需要。为了节约成本我们选用了EM222的继电器8点输出模块。模拟量输出模块EM231是24V4通道模拟量输入模块，其功耗为2W，消耗电流20mA，L+为60mA，线圈电压范围20.428.8V，LED灯指示差分输入。输入类型电源状态为亮表示电源正常为灭表示电源故障。电压输入(单极性)010V和05V，电流输入为020mA，数据字格式单极性全量程032000，双极性，全量程-3200032000，模数转换时间小于300s，模拟量输入响应时间1.5ms，共模抑制40dB，DCto60Hz，共模电压信号电压+共模电压(必须小于等于12V)，输入阻抗不小于10M，最大输入电压30V，AD转换器分辨率12位，最大输入电流30mA。因此，对于八个压力传感器的八个模拟量信号，采用两个EM231模拟量输入模块便可以完全满足。3.2.2电动阀的选用电动阀通常由电动执行机构和阀门连接起来，经过安装调试后成为电动阀。电动阀使用电能作为动力来接通电动执行机构驱动阀门，实现阀门的开关、调节动作。从而达到对管道介质的开关或是调节目的。电动阀用于气体和风系统管道介质流量的模拟量调节，是AI控制。在大型阀门和风系统的控制中也可以用电动阀做两位开关控制。电动阀的驱动一般是用电机，开或关动作完成需要一定的时间模拟量的，可以做调节。电动阀的驱动一般是用电机，比较耐电压冲击。电磁阀是快开和快关的，一般用在小流量和小压力，要求开关频率大的地方电动阀反之。电动阀阀的开度可以控制，状态有开、关、半开半关，可以控制管道中介质的流量而电磁阀达不到这个要求。基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置11电动减压阀是电动调节阀在压力控制领域的典型应用。电动减压阀通过调节一次侧流体的动压头，达到控制减压阀后压力的目的。本类阀门在管道中一般应当水平安装。电动减压阀是减压设备、压力调节设备的一种典型应用。电动减压阀广泛应用于换热站热源及生产工艺设备前蒸汽压力调节。暖通空调、给排水系统或设备水力压力调节。液位控制。电动减压阀特点是：电动无级调节，二次压力稳定，控制精度高。操作简便，只需通过控制器修改二次压力设定。运行平稳，使用寿命长。DJY系列电动式减压阀是电动调节阀在压力控制领域的典型应用。通过调节一次侧流体的动压头，达到控制减压阀后压力的目的。在本课题选择电动阀时，我为了满足军事工业的需要选择了军工产品3.2.3压力传感器的选用压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，如电阻应变片压力传感器现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。因为我们本系统是基于航天军工产品而设计的，所以对设备的精度，稳定要求较高。最终我们选用了军工产品701所生产的AK-2型应变式压力传感器。基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置123.3硬件系统设计底层硬件系统是由西门子的CPU224、EM222、EM223、EM231、继电器、电动阀等组成，系统硬件构成框图。图3-3系统硬件构成图在本系统中，我利用PLC电气控制作为整个系统的控制系统，通过对PLC的控制实现对压力传感器模拟信号的处理，通过PLC的动来控制继电器的输出，同时来控制电动阀、电动解压阀的正转、反转、停止。压力传感器电动减压阀CPU224电动阀电气控制系统现场IO系统EM223EM222EM231EM222EM231基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置134下位机系统程序设计下位机系统是实现系统既定控制任务的主要部分，设计一个完整，稳定的PLC控制系统需要将系统各方面要求综合考虑，对系统的技术和工艺要求一条一条的对应设计，最后进行整体考虑形成最终的系统总体初型。在这部分中我首先对系统各方面的要求进行了逐条审核，对它要求实现的功能进行了一一过滤，然后针对这些要求进行了逐个的程序编制，最后将所有得单独程序通篇考虑进行了编制融合，加入主程序中，最后形成了整体的控制程序。4.1下位机系统实现的功能控制程序需要实现的主要功能有：(1)同时可以进行5个产品的密封性，耐压性检测；(2)实现模拟量的显示；(3)实现压力传感器的断线检测；(4)实现模拟量的过大过小的处理(5)能够精确测试压力范围在0.135MPa的各种产品的密封性试验、耐压性试验。系统可以进行对5个以下产品的检测，但是必须是同一压力之下。在检测时需要将8个压力模拟量转化以后显示出来。同时系统还得实现对压力传感器是否断线进行检测。当模拟量过大或过小时，将其进行处理，超过20mA按20mA计算。4.2系统的框架和工作过程系统入口连接35MPa气源，在入口安装手动截止阀，控制整个气路系统的总气源，便于在断电、检修等情况下使用；在手动截止阀之后设置过滤器，以防止气源中多余物流入系统从而导致阀门及其它零、部件损坏的现象。整个气路系统由三大部分组成，第一部分是气源进气部分，用于为后续部分提供测试压力。第二部分是4路压力选择支路：当测试压力为1027MPa时采用DCJY35-27一级减压；当测试压力为110MPa、0.11MPa时则采用二级减压，通过DCJY35-27减压后再通过DCJY23-10、DCJY23-1电动减压器分别将压力调节到110MPa、0.11MPa。第三部分是5条测试支路，属于比较复杂的并发事件，也是整个系统的关键。系统要求五路功能相同，均用于测试被测件的气密性能。它们可以同时工作，也可以单独工作。5条测试支路压力的调节，是通过电动调节阀DK4DK9的打开和关闭以及限流孔板基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置14共同完成的。压力变送器P4P8实时监测各路压力的变化，完成稳压及保压的要求。电动调节阀DK9DK13在保压结束以及系统漏气情况下，进行放气。调节阀，回到初始状态。总开始打开DK1打开DK2第2路第3路第4路第1路4条选择支路第1路开始打开DK4，P4到设定值关闭DK4第1路稳压第1路保压打开DK9进行放气放气完毕，关闭DK9第一路结束吗？等待NY关闭DK1，进行排气，然后关闭其他电机总结束测试第2路测试第3路测试第4路测试第5路5条测试支路测试第1路图4-1程序流程图测试开始前，首先必须选择被测件的压力等级，即确定4路选择支路哪一路有效。这里假定选择的是2735MPa支路，即第1支路。按下总开始按钮，电动调节阀DK1打开，然后DK2打开。DK2打开后程序处于选择等待状态。当按下第一路开始按钮后，第一路气密性检测开始。打开DK4后，气体通过限流孔缓慢到达P4处，当达到第一路设定的压力值时，关闭DK4；DK4到达下限位，开始第一路稳压，稳压完毕自动开始保压，保压时间到，打开DK9进行放气；当P4的压力下降到关闭值（0.2MPa）时，关闭DK9。第一路一次气密性检测过程结束，重新设定参数后，可以开始第二次测试。点击第一路结束按钮，第一路在进行完这次试验后自动处于等基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置15待状态。其他几路工作过程同第一路，它们可以和第1路同时工作，互不影响。当五路都结束后，系统自动排气，排气完毕，关闭所有电动阀。程序梯形图见附录2.4.3PLC系统IO地址分配对PLC系统来说，要想让其依据我们设计的方式来处理现场信号，就必须合理安排PLC的IO地址，把其分配到PLC的端口，这样就确保了PLC的输入输出与我们想实现的内容相对应。表3-2数字量输入DI0PLC端口地址输入点含义1CPU224(1)14DIDC24V20.0I0.030.1I0.140.2I0.250.3I0.360.4I0.470.5I0.580.6I0.690.7I0.7急停按钮信号输入101M输入信号公共端（004）111.0I1.0DJ1下限（全关）121.1I1.1DJ1上限（全开）131.2I1.2DJ2下限（全关）141.3I1.3DJ2上限（全开）151.4I1.4DJ3下限（全关）161.5I1.5DJ3上限（全开）172M外部电源0V（008）18EM223(3)32DI190.0I2.0DK1下限（全关）200.1I2.1DK1上限（全开）210.2I2.2DK2下限（全关）基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置16220.3I2.3DK2上限（全开）230.4I2.4DK3下限（全关）240.5I2.5DK3上限（全开）250.6I2.6DK4下限（全关）260.7I2.7DK4上限（全开）271.0I3.0DK5下限（全关）281.1I3.1DK5上限（全开）291.2I3.2DK6下限（全关）301.3I3.3DK6上限（全开）311.4I3.4DK7下限（全关）321.5I3.5DK7上限（全开）331.6I3.6DK8下限（全关）341.7I3.7DK8上限（全开）352.0I4.0DK9下限（全关）362.1I4.1DK9上限（全开）372.2I4.2DK10下限（全关）382.3I4.3DK10上限（全开）392.4I4.4DK11下限（全关）402.5I4.5DK11上限（全开）412.6I4.6DK12下限（全关）422.7I4.7DK12上限（全开）433.0I5.0DK13下限（全关）443.1I5.1DK13上限（全开）453.2I5.2DK14下限（全关）463.3I5.3DK14上限（全开）473.4I5.4DK15下限（全关）483.5I5.5DK15上限（全开）493.63.7I5.6I5.7基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置17501M，2M外部电源0V（008）表3-3数字量输出DOPLC端口地址输出点1CPU224(1)10DO（Relay）21L4点输出端公共端30.0Q0.0DK1正转40.1Q0.1DK1反转50.2Q0.2DK1刹车60.3Q0.3DK2正转72L3输出端公共端80.4Q0.4DK2反转90.5Q0.5DK2刹车100.6Q0.6DK3正转113L3输出端公共端120.7Q0.7DK3反转131.0Q1.0DK3刹车141.1Q1.1DK4正转15EM222(3)8DO（Relay）161L4输出端公共端170Q6.0DK4反转181Q6.1DK4刹车192Q6.2DK5正转203Q6.3DK5反转212L4输出端公共端224Q6.4DK5刹车235Q6.5DK6正转246Q6.6DK6反转257Q6.7DK6刹车基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置1826EM223(2)32DI32DO（Relay）271L11输出端公共端280.0Q2.0DK7正转290.1Q2.1DK7反转310.2Q2.2DK7刹车320.3Q2.3DK8正转330.4Q2.4DK8反转340.5Q2.5DK8刹车350.6Q2.6DK9正转360.7Q2.7DK9反转371.Q3.0DK9刹车381.1Q3.1DK10正转391.2Q3.2DK10反转402L11输出端公共端411.3Q3.3DK10刹车421.4Q3.4DK11正转431.5Q3.5DK11反转441.6Q3.6DK11刹车451.7Q3.7DK12正转462.0Q4.0DK12反转472.1Q4.1DK12刹车482.2Q4.2DK13正转492.3Q4.3DK13反转502.4Q4.4DK13刹车512.5Q4.5DK14正转523L10输出端公共端532.6Q4.6DK14反转542.7Q4.7DK14刹车553.0Q5.0DK15正转基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置19563.1Q5.1DK15反转573.2Q5.2DK15刹车583.3Q5.3DK16DJ1正转593.4Q5.4DK16DJ1反转603.5Q5.5DK16DJ1刹车613.6Q5.6623.7Q5.715EM222(4)8DO（Relay）161L4输出端公共端170Q7.0DK17DJ2正转181Q7.1DK17DJ2反转192Q7.2DK17DJ2刹车203Q7.3DK18DJ3正转212L4输出端公共端224Q7.4DK18DJ3反转235Q7.5DK18DJ3刹车246Q7.6蜂鸣器257Q7.7表3-3模拟量输入AI序号模块端口地址备注EM231(5)11AIW0压力变送器122AIW2压力变送器233AIW4压力变送器344AIW6压力变送器4EM231(6)51AIW8压力变送器562AIW10压力变送器6基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置2073AIW12压力变送器784AIW14压力变送器84.4部分关键程序的设计本系统的程序是一个较为庞大的系统，某些程序段是本设计中特有的且某些程序段在本程序整体设计中占有很重要的地位，甚至起到至关重要的作用，通过把这些子程序有机的组还在一起从而形成了整个PLC系统的程序部分。4.4.1模拟量值和AD转换值的转换在本气密性台控制系统设计中，有对多个压力值的控制。这些压力值都是模拟量值，无法用控制数字量的方法来对它们进行控制。这就需要我们把模拟量转化为数字量，即用AD转换来解决这一问题。在这里假设模拟量的标准电信号是A0Am（如：420mA），AD转换后数值为D0Dm（如：640032000），设模拟量的标准电信号是A，AD转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）（AmA0）（DmD0）A0（4-1）根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）（DmD0）（AmA0）D0（4-2）在压力容器控制系统设计中，测试用的压力变送器，当压力达到满量程60MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW2的数值是32000。可见，每毫安对应的AD值为3200020，测得当压力为0MPa时，压力变送器的电流应为4mA，AD值为（3200020）46400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为KPa）的计算公式为：基于PLC控制系统的压力容器气密性测试装置21图4-2模拟量显示VW2的值(AIW2的值6400