畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC的密閉設(shè)備氣密性檢測系統(tǒng)

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 基于PLC的密閉設(shè)備氣密性檢測系統(tǒng) 系 別 ： 專業(yè)（班級(jí)）： 作者（學(xué)號(hào)）： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 蚌埠學(xué)院教務(wù)處制 目 錄 摘 要 1 英文摘要 2 1 引 言 3 1.1 課題背景 3 1.2 作用和意義 3 1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢 4 2 檢測原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案介紹 5 2.1氣密性檢測的概念 5 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 5 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案簡述 6 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 7

2、 3.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu) 7 3.2 電源模塊設(shè)計(jì) 8 3.3 信號(hào)采集以及模塊設(shè)計(jì) 9 3.3.1信號(hào)拾取電路設(shè)計(jì) 9 3.3.2信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 10 3.4 PLC簡介 12 3.4.1 PLC的基本概念 12 3.4.2 PLC的硬件組成部分 12 3.4.3 PLC的主要特點(diǎn) 13 3.4.4 PLC的工作原理 13 3.4.5 PLC的種類和比較 14 3.4.6 PLC的選型 14 3.4.7 PLC電路接線圖 15 3.5 信號(hào)輸出設(shè)計(jì) 17 3.6 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì) 18 3.7 HMI選型 18 4 軟件設(shè)

3、計(jì) 20 4.1下位機(jī)程序 20 4.2主程序 20 4.3上位機(jī)程序 21 5 系統(tǒng)調(diào)試 24 個(gè)人總結(jié) 26 謝 辭 27 參考文獻(xiàn) 28 插 圖 清 單 圖2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)件圖 6 圖3-1 全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 8 圖3-2 全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)電源配置和動(dòng)力電氣原理圖 8 圖3-3 4~20mA電路圖 11 圖3-4 PLC接線圖 15 圖3-5 PLC的開關(guān)輸出和模擬量輸出電氣原理圖 16 圖3-6 PLC的開關(guān)量輸入和模擬量輸入電氣原理圖 17 圖3-7 PLC的AD拓展模塊 18 圖

4、4-1 主程序流程圖 20 圖4-2 HMI機(jī)狀態(tài)監(jiān)視界面圖 21 圖4-3 HMI機(jī)狀態(tài)監(jiān)視界面圖 22 圖4-4 HMI機(jī)參數(shù)設(shè)定界面圖 22 圖4-5 HMI機(jī)運(yùn)行模式界面圖 23 圖5-1 全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)密封腔體壓力變化（充壓過程）示意圖 25 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于PLC的密閉設(shè)備氣密性檢測系統(tǒng) 摘 要：密閉設(shè)備廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如人防設(shè)備密閉設(shè)備、水下密封艙、 要求密閉性能良好的發(fā)動(dòng)機(jī)等。各行業(yè)的密閉設(shè)備雖然存在著功能等方面的差異性，但是其最終都要求其氣密性能良好，同時(shí)由于各行業(yè)的開放程度不同，密閉設(shè)

5、備的氣密性檢測系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r也不盡相同，在某些行業(yè)如人防工程中的密閉設(shè)備氣密性檢測仍然采用純?nèi)斯せ蛘咦詣?dòng)化程度不高的半自動(dòng)氣密性檢測系統(tǒng)，造成檢測效率低下及檢測精度不高。全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)可以彌補(bǔ)人工方式的弊端，在提高檢測效率同時(shí)可以保證檢測精度。針對(duì)于密閉設(shè)備氣密性精度的進(jìn)一步提高，本文在充分理解和認(rèn)識(shí)氣密性原理本質(zhì)的基礎(chǔ)之上，對(duì)氣密性檢測儀進(jìn)行了詳細(xì)的論述，利用現(xiàn)如今普遍流行的PLC程序設(shè)計(jì)，選用HMI和PLC通信，在保證系統(tǒng)良好的人機(jī)交互基礎(chǔ)上，利用調(diào)壓閥控制氣壓和氣體流量，通過傳感器的檢測將氣體流量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)再通過信號(hào)調(diào)理電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為PLC可檢測的信號(hào)，通過PLC的分析處理

6、繼而在HIM界面上顯示出實(shí)驗(yàn)所得到的參數(shù)和數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞：氣密性，PLC，HMI,人機(jī)交互 The design?sealing equipment’s Airtight Detection System based on PLC Abstract:The sealed equipment is widely applied in various industries. Such as civil air defense facility, underwater sealed cabin and require the motor which have

7、 a good quality of sealing. The sealed equipment in various industries although exist differences in the terms of functions etc,it all require the good quality of the sealed. Simultaneously, due to the different degrees of openness in different industries, the development situation about the detecti

8、ng system of gas tightness also different, In some industries, such as the air-raid shelters still adopt purely human or low-level automation’s semi-automatic gas tightness system and air-raid shelters still adopt purely human or low-level automation’s semi-automatic gas tightness system and it caus

9、e low efficiency or low precision in inspection. Full-automatic gas tightness system can fix the detect of manual work and it can improve the efficiency and ensure the high precision. For the improvement precision of the sealed equipment, this article based on fully understand of the essence of the

10、air tightness principle and then illustrate details of the Air-leakage Detector. Use of the prevalent PLC program design, elect HMI and PLC communication technology. On the basis of ensure man-machine interaction on the gad system. use the pressure regulating value control air pressure and gas flow.

11、 To make the gas flow signals transformed into electrical signals by the sensors and then through the signal conditioning circuit transformed the electrical signal into PLC detectable signal. Through the PLC Analysis and treatment processing then show the parameters and data from the experiments on

12、the HMI interface. Keywords:Air tightness, PLC, HMI, human-computer interaction 1 引 言 1.1 課題背景 基于現(xiàn)代化工業(yè)中的生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的騰飛，產(chǎn)品的檢測技術(shù)要求人們?yōu)槠湓O(shè)置更高的要求。在那么多的檢測方法中，氣密性檢測法作為密閉容器是否存在泄漏的其中的一種方法，在廠品質(zhì)量的保護(hù)上面起到了不可替代的作用，在目前的許多行業(yè)中，比如說醫(yī)療衛(wèi)生、食品安全、等眾多領(lǐng)域，都離不開氣密性的檢測這一環(huán)節(jié)。對(duì)于一個(gè)具有密閉性質(zhì)的容器產(chǎn)品而言，如果說在使用過程中突然發(fā)生容器的泄漏而且泄漏量非

13、常大，當(dāng)超過一個(gè)限制點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)品的性能將不符合制作標(biāo)準(zhǔn)，其有可能產(chǎn)生的后果也是非常嚴(yán)重的。因在密閉容器之內(nèi)的產(chǎn)品的氣密性檢測隨著汽車、摩托車、燃?xì)馄骶摺⑹称?、醫(yī)療等行業(yè)的迅速發(fā)展已經(jīng)變得越來越重要，為了保障產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，嚴(yán)格的氣密性為泄漏檢測，其主要是被應(yīng)用于密閉容器氣密性狀態(tài)的的檢測是該產(chǎn)品出廠之前必須要經(jīng)過的程序。密閉設(shè)備的氣密性檢測也可稱作測試。用于氣密性檢測系統(tǒng)的氣密檢測儀也已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療航空等多個(gè)領(lǐng)域。我國當(dāng)前對(duì)檢漏設(shè)備的需求量是非常大的，但是國內(nèi)開發(fā)的該類檢測設(shè)備卻較少，國外也只有少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家有這類檢漏設(shè)備，物以稀為貴，固其價(jià)格都很昂貴。 1.2 作用和意義 我國在

14、全世界正處在迅猛發(fā)展、日益騰飛的階段，其工業(yè)的發(fā)展是國家崛起的根基，燃料已成我我國乃至世界其余各國發(fā)展的重要，其地位也是明顯的重要。中國的燃?xì)庑袠I(yè)算來也發(fā)展了140多年了，我國城鎮(zhèn)化率截至目前已經(jīng)達(dá)到了43%，預(yù)計(jì)到2020年，全國人口城鎮(zhèn)化的水平將會(huì)達(dá)到65%。在這一階段，市政的基礎(chǔ)設(shè)施被城市可持續(xù)發(fā)展和人居環(huán)境的改善要求要保持較高的水平，這同時(shí)也給予了城市燃?xì)獍l(fā)展的機(jī)遇。燃?xì)廨斔偷南到y(tǒng)所用到閥是其系統(tǒng)的重要部件，如果燃?xì)庠谳斔瓦^程中因?yàn)檩斔驮O(shè)備中的閥出現(xiàn)問題而引起燃?xì)庑孤┦鹿?，其造成的結(jié)果是相當(dāng)危險(xiǎn)的。不僅僅是在經(jīng)濟(jì)上的損失，更甚者是對(duì)人生安全的一種傷害。鑒于以上表述，可以看得出密閉設(shè)備氣

15、密性檢測系統(tǒng)的重要性。 由于早期的氣密性檢測設(shè)備所用的機(jī)器都是用手動(dòng)控制的，隨著PLC技術(shù)的迅速發(fā)展，近年來，由PLC控制的密閉設(shè)備氣密性檢測系統(tǒng)因此受到了人們的極大關(guān)注，PLC因其操作的可靠性、易于擴(kuò)展、易于實(shí)現(xiàn)、便于編程的一系列優(yōu)點(diǎn)備受人們的青睞！ 1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢 在目前利用氣體流量公式進(jìn)行檢測是氣密性檢測方法中比較流行的。首先是要測量一些與泄漏量相關(guān)的參數(shù)，如壓力、壓差、彈性波等等，然后通過一定的關(guān)系式將相關(guān)量和泄漏量進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化[1]。這種檢測方法以其受主觀因素的影響小，檢測精度高，而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)使其檢測效率在某種程度上得到了極大的提高。依據(jù)不同的被測

16、量的參數(shù)和氣體流量的通用計(jì)算方式，PLC的氣密性檢測的方法又可分為直壓法、流量法、差壓法等等。其中對(duì)于被測參數(shù)的選取對(duì)于密閉設(shè)備氣密性精度的檢測有著重大的影響。這幾種方法中的直壓式的價(jià)格固然便宜但檢測的精度卻十分低，然而差壓式與流量式的檢測精度和價(jià)格都很高。因此應(yīng)該依據(jù)不同工件的特征合理的選取氣密性的檢測設(shè)備，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、選擇明確、精確有效的目的。 現(xiàn)如今密閉設(shè)備的氣密性檢測技術(shù)的研究上的工作基本都集中于泄漏的定量檢測上面，缺點(diǎn)是不能確定泄漏的具體位置。目前出現(xiàn)了一種新的發(fā)展趨勢即把水檢方法和氣密性檢測技術(shù)融合在一起，形成一整套的多功能檢測設(shè)備，隨著計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)的日新月異，密閉設(shè)備氣密

17、性檢測技術(shù)的發(fā)展將迎來新的發(fā)展前景。 國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)長期以來一直致力于尋找一種有效的干式泄漏定位和檢測的方法。其中，COSMOS公司和USON公司等在泄露定點(diǎn)檢測上做了大量的工作，產(chǎn)品主要集中在兩類：一類是用稀有氣體作為介質(zhì)用探頭對(duì)被測對(duì)象挨個(gè)點(diǎn)檢測，當(dāng)有泄露點(diǎn)和探頭達(dá)到足夠距離時(shí)，儀器自動(dòng)報(bào)警；另一類則是通過對(duì)被測對(duì)象充入適當(dāng)壓力的空氣，使對(duì)象形成漏孔，氣體繼而穿漏孔形成湍流，并產(chǎn)生一定頻率的連續(xù)帶寬超聲波，對(duì)此利用超聲波定向探頭掃描則可完成漏電定位[2]。 2 檢測原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案介紹 2.1氣密性檢測的概念 泄漏時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)中屬于常見現(xiàn)象，一般指的時(shí)候容器盛放的液體

18、或氣體由于容器本身質(zhì)量的缺陷導(dǎo)致產(chǎn)品的流出現(xiàn)象稱之為泄漏。社會(huì)上由于泄漏產(chǎn)生的影響和危害也是不容小覷的。小到自行車輪胎的泄漏造成人們旅途的不便；更甚者是煤氣石油管道的泄漏，往往會(huì)造成火災(zāi)釀成慘劇的發(fā)生。容器的泄漏不外乎兩個(gè)根本的原因，一個(gè)是由于外界環(huán)境、人為的原因使得產(chǎn)品質(zhì)量不如生產(chǎn)出來的那么有保障，第二個(gè)是工作介質(zhì)通過容器兩側(cè)的壓力具有差異這一漏洞會(huì)產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。 而密封是泄漏的一個(gè)相對(duì)的概念，因?yàn)槭澜缟喜粫?huì)存在一個(gè)絕對(duì)不泄露的容器，所謂的不泄露都是把微小的泄漏量忽略不計(jì)因此密閉設(shè)備氣密性的檢測旨在給容器產(chǎn)品的把關(guān)，保證容器產(chǎn)品的合格率，進(jìn)而避免由于泄漏可能會(huì)造成的不必要的危害和損失。，所

19、以密封的概念只是相對(duì)而言。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 本次密閉設(shè)備氣密性檢測，利用全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是基于精確度，自動(dòng)化程度和實(shí)用性三個(gè)設(shè)計(jì)原則展開的。 （1） 實(shí)用性 設(shè)計(jì)的過程中，盡可能的使用日常工業(yè)中常用的電氣設(shè)備，同時(shí)配有現(xiàn)場故障診斷系統(tǒng)，這樣可以在現(xiàn)場出故障時(shí)第一時(shí)間出來制止。 （2） 精確度 確保必要的精確度是系統(tǒng)設(shè)計(jì)前提，如果沒有達(dá)到一定的精確度，即使設(shè)計(jì)的過程再怎么完善都是不可行的，在設(shè)計(jì)中要選用具有高精確度的元器件以及測量儀器。 （3） 自動(dòng)化程度 在基于高效率，高性能低成本的條件下，本次設(shè)計(jì)使用自動(dòng)化程度較高的PLC作基本單元，人機(jī)交互單元?jiǎng)t使用HMI人

20、機(jī)交互。 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案簡述 圖2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)件圖 密閉設(shè)備氣密性的檢測是基于PLC實(shí)現(xiàn)的，PLC是在一個(gè)基本單元，通過與其他設(shè)備的連接控制來達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件包括輸入模塊，PLC系統(tǒng)，信號(hào)采集，人機(jī)交互模塊和電源模塊；輸入模塊包括壓力傳感器、信號(hào)采集、A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理；人機(jī)交互模塊指的是HMI人機(jī)交互界面。 該設(shè)計(jì)中的軟件系統(tǒng)分為上、下位機(jī)程序兩個(gè)部分。下位機(jī)程序可分為A/D轉(zhuǎn)換子程序、主程序等幾個(gè)模塊。上位機(jī)程序的主要作用就是連接PLC通信接口去控制控制儀，而且還能夠接受數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)屬于下位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的對(duì)話[3]。

21、 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件框圖如圖3-2所示。密閉設(shè)備的氣壓先是由壓力傳感器進(jìn)行信號(hào)采集；然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行高精度的采集與處理，這是由信號(hào)調(diào)理電路來實(shí)現(xiàn)的；這時(shí)的信號(hào)是模擬信號(hào)，需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；這樣PLC才能對(duì)其進(jìn)行分析、處理，這就需要A/D轉(zhuǎn)換電路了；這樣的數(shù)字信號(hào)被PLC分析、處理然后發(fā)出指令來對(duì)儀器進(jìn)行控制；觸摸屏是檢測人員與機(jī)器進(jìn)行相互交流的界面，檢測人員通過觸摸屏對(duì)檢測設(shè)備進(jìn)行操作，通過顯示屏顯示得到當(dāng)前氣壓值和設(shè)定氣壓值；整個(gè)過程都是通過以PLC為基礎(chǔ)單元的進(jìn)行的。同時(shí)也可以通過數(shù)據(jù)線將PLC的通信接口與上位機(jī)

22、通信接口進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)通訊[4]。從圖可知本系統(tǒng)所提供的密閉設(shè)備專用的全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)由5.7英寸HMI作為人機(jī)界面、高精度比例流量控制閥、高精度氣體流量變送器、高精度微壓變送器、手動(dòng)調(diào)壓器等部件構(gòu)成。PLC作為控制核心，內(nèi)置最大分辨率為12000的AD模塊和4-20mA輸出的DA模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量變送器和微壓變送器及比例流量控制閥的輸出電信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，同時(shí)給比例流量控制閥提供4-20mA的設(shè)定信號(hào)[5]。HMI實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，提供參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示等功能。當(dāng)氣源開始供氣后，系統(tǒng)通過微壓變送器和流量變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測密閉腔體內(nèi)的壓力及進(jìn)氣量，并據(jù)此適時(shí)控制流量比例閥的開度，使得防護(hù)設(shè)

23、備形成的超壓室檢測腔的壓力逐步進(jìn)入并穩(wěn)定保持在設(shè)定的區(qū)域（50Pa或100Pa），此時(shí)的流量變送器的輸出值即為在該檢測壓力下此超壓室的泄漏量，當(dāng)密閉腔體內(nèi)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓力狀態(tài)下的測得泄露流量值與合格品設(shè)置值比較，超過即為不合格品，并通過聲光報(bào)警提示[6]。 圖3-1 全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2 電源模塊設(shè)計(jì) 圖3-2是全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)電源配置和動(dòng)力電氣原理圖。系統(tǒng)的主工作電源為220VAC，HL0為電源工作指示燈，有電時(shí)HL0亮，Q1為自動(dòng)開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)電源過壓、欠壓及后續(xù)設(shè)備過載時(shí)Q1會(huì)斷開，合上Q1，后續(xù)電器有電，當(dāng)合上Q2自動(dòng)開關(guān)后，空壓機(jī)工作，空壓機(jī)內(nèi)部帶有壓力檢測元

24、件，可以自動(dòng)根據(jù)內(nèi)部壓力實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的起停。FU1-2為熔斷器，可以對(duì)開關(guān)電源TC1起過流及短路保護(hù)。F1為漏電保護(hù)器，可以防止操作人員在操作過程中的觸電發(fā)生,其中的LH1為交流互感器。 圖3-2 全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)電源配置和動(dòng)力電氣原理圖 電源電路包括第一自動(dòng)開關(guān)Q1，其兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別接220V市電的零線N1、火線L1，電源工作指示燈L1掛接在第一自動(dòng)開關(guān)Q1的靜觸點(diǎn)和220V市電之間，第一自動(dòng)開關(guān)Q1的兩個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)分別引出零線N2、火線L2，熔斷器FU1的一端掛接在火線L2上、熔斷器FU2的一端掛接在零線N2上，熔斷器FU1、FU2的另一端均與開關(guān)電源TC1的輸入端相連，開關(guān)電源T

25、C1的輸出端輸出+24V直流電至可編程控制器PLC，漏電保護(hù)器F1掛接在零線N2、火線L2上，空氣壓縮機(jī)通過第二自動(dòng)開關(guān)Q2掛接在零線N2、火線L2上。系統(tǒng)的主工作電源為220VAC，有電時(shí)，電源工作指示燈L1亮，當(dāng)系統(tǒng)電源過壓、欠壓及后續(xù)設(shè)備過載時(shí)第一自動(dòng)開關(guān)Q1會(huì)斷開，合上第一自動(dòng)開關(guān)Q1，后接設(shè)備有電，當(dāng)合上第二自動(dòng)開關(guān)Q2后，空氣壓縮機(jī)工作，空氣壓縮機(jī)內(nèi)部帶有壓力檢測元件，可以自動(dòng)根據(jù)內(nèi)部壓力實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的起停。熔斷器FU1、FU2可以對(duì)開關(guān)電源TC1起過流及短路保護(hù), 漏電保護(hù)器F1可以防止操作人員在操作過程中的觸電發(fā)生。 3.3 信號(hào)采集以及模塊設(shè)計(jì) PLC應(yīng)用系統(tǒng)中的信號(hào)輸

26、入、傳感和信號(hào)調(diào)理、交換的過程，是將密閉超壓腔內(nèi)氣壓導(dǎo)入檢測系統(tǒng)的通道[13]。不但是為了將超壓腔內(nèi)的實(shí)時(shí)、真實(shí)氣壓反映出來，可以分為實(shí)時(shí)性與測量精度，而且也是為了使被測量的氣壓信號(hào)能夠輸入PLC進(jìn)行分析處理。這一部分分為信號(hào)拾取、信號(hào)調(diào)理以及抗干擾問題幾個(gè)部分。 3.3.1信號(hào)拾取電路設(shè)計(jì) 本部分是將超壓室檢測腔中氣壓的變化量通過傳感器來測量，然后拾取到輸入單元輸入給PLC。 （1） 傳感器的作用 本系統(tǒng)是用PLC來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的，但是PLC對(duì)非電物理量無法處理，只能處理數(shù)字信號(hào)，而超壓室檢測腔中氣壓是非電物理量，所以要先將非電物理量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)[14]。 （2） 傳感器的定義

27、 首先在傳感器中需要有個(gè)部件，這個(gè)部件的作用就是直接感受被測量，我們稱這個(gè)部件為敏感元件。其次敏感元件將被測量直接感受出來后，需要將這感受出來的輸出量轉(zhuǎn)換成為能夠傳送、接收以及測量的電信號(hào)，這個(gè)元件我們稱為轉(zhuǎn)換元件。此外傳感器是一種能實(shí)現(xiàn)信息的顯示、傳輸、存儲(chǔ)、控制和記錄的檢測裝置，按照一定的規(guī)律將檢測到的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或者其他形式的輸出信號(hào)。 （3） 傳感器工作原理 傳感器是一種能夠?qū)ν饨绲男畔⒆龀龇磻?yīng)并且能夠按照一定的原理將所得到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的信號(hào)的裝置，簡單的說，傳感器的功能是將外部信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。本設(shè)計(jì)的傳感器的作用就是接受外界的輸入信號(hào)（密閉超壓腔中的氣壓信號(hào)）處理后傳

28、入PLC中。 (4) 傳感器的選型 本著安全可靠、穩(wěn)定的原則，本設(shè)計(jì)采用的壓力傳感器為德國HELM生產(chǎn)的HM23空壓機(jī)壓力傳感器，該傳感器具有內(nèi)置穩(wěn)壓器，可以使用在一定范圍內(nèi)的未經(jīng)調(diào)整的供電電源；因?yàn)閳?jiān)固的結(jié)構(gòu)和有效的防濕氣保護(hù)，所以可以在非常惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作;為了降低環(huán)境溫度和測量介質(zhì)溫度對(duì)傳感器的影響，因此配備了寬范圍的溫度補(bǔ)償。具體參數(shù)見下表3-1： 表3-1 傳感器參數(shù)表 型號(hào) HM23 測量范圍 0~100KP...60MPa 過載能力 2倍滿量程壓力 測量介質(zhì) 與316不銹鋼兼容的氣體或液體 綜合精度 典型：±0.25%FS 零點(diǎn)溫度漂移 典型：±

29、0.015%FS/℃ 靈敏度溫度漂移 典型：±0.015%FS/℃ 響應(yīng)時(shí)間 ≤3毫秒 3.3.2信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 在各種惡劣的環(huán)境影響下，傳感器的工作能力就會(huì)受到一定的影響，在接收信號(hào)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，信號(hào)量過小以及信號(hào)波動(dòng)等情況，因此需要對(duì)壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行高精度采集處理，從而得到與理想最接近的信號(hào)源，這就是信號(hào)調(diào)理的重要性。這部分的設(shè)計(jì)主要是前級(jí)處理電路，該電路由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成。輸入阻抗高、增益高是運(yùn)用差動(dòng)放大器的原因

30、，本設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器是用OP07構(gòu)成的。 本設(shè)計(jì)的的集成放大芯片選用OP07，OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。OP07的工作特性見表3-2： 表3-2 OP07工作特性表 型號(hào) OP07 失調(diào)電壓 ≤25μV 偏置電流 ±2nA 開環(huán)增益 300V/mV 偏移電壓 ≤150μV 電源電壓 ±3V~±22V 圖3-3 4~20mA電路圖 3.4 PLC簡介 3.4.1 PLC的基本概念 在工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的可編程控制器早期被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller

31、），簡稱PLC,原本是代替繼電器達(dá)到邏輯控制的目的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種控制器的功能不僅僅局限于邏輯控制這個(gè)領(lǐng)域范圍之類了，因此被改名為可編程控制器，簡稱PC，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)的PC區(qū)分開，又將可編程控制器簡稱為PLC[7]。 PLC是利用數(shù)字運(yùn)算的電子裝置，存儲(chǔ)指令使用可編程存儲(chǔ)器，控制工業(yè)生產(chǎn)中被操作的大型機(jī)械裝置，具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出控制能力，漸漸地在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域起到了不可取代的主導(dǎo)作用。 3.4.2 PLC的硬件組成部分 (1)CPU模塊 CPU在PLC的控制中是處在大腦的位置，起到核心領(lǐng)導(dǎo)的作用，中文名叫中央處理器，英文全稱為Central Proces

32、sing Unit,由微處理器和控制接口電路組成，控制著整個(gè)PLC系統(tǒng)中的程序執(zhí)行和輸入，現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)的接收和PLC之間的通信。CPU自身也擁有著自我診斷功能，當(dāng)在摸個(gè)環(huán)節(jié)上面出現(xiàn)故障時(shí)，CPU能夠自行的接收故障信息指示然后作出具有預(yù)警性質(zhì)的動(dòng)作[8]。 在PLC中，CPU完成的主要任務(wù)依次為在儲(chǔ)存器中讀取指令，執(zhí)行指令，預(yù)備取出下一條指令，處理中斷。 (2)電源 PLC電源模塊分兩種，一種獨(dú)立應(yīng)用操作，一種是與CPU集成之后接入電路中，主要的功能就是為PLC的系統(tǒng)運(yùn)行提供能量，電源以其輸入頻率的差異分為直流電源和交流電源兩類。 (3)存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器的主要功能是存儲(chǔ)

33、數(shù)據(jù)和各種程序，計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器高速自動(dòng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)的存取，具有記憶功能，相當(dāng)于人腦中的記憶模塊，在PLC中主要是應(yīng)用于數(shù)據(jù)和程序單元的存放。 用戶程序是應(yīng)用軟件的兩大類型之一， 在PLC中指的是使用者在根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場中的生產(chǎn)流程以及工藝的需求編寫的控制類的程序；系統(tǒng)程序則是指被完成PLC的各種類型的程序均是由制造商用特定的CPU指令編寫的并且被長時(shí)間存儲(chǔ)的指令和程序。ROM(只讀存取器)以及RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）是PLC的兩種不同類型的存儲(chǔ)器。 (4)輸入/輸出模塊 輸入輸出模塊是作為PLC的端口起著與外部環(huán)境相互連接的作用，PLC通過輸入模塊接收相關(guān)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過內(nèi)部CPU的處理之后再通過

34、輸出模塊將處理過的數(shù)據(jù)信息輸出到應(yīng)用設(shè)備上面。工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于I/O接口的要求也是挺高的，要求必須具有一定的適應(yīng)和抗干擾的能力，能夠很好地與各種類型的信號(hào)連接。 (5)其他接口電路 現(xiàn)在的PLC技術(shù)還配置了除I/O接口的之外的其他接口，主要的功能是可以讓PLC與多種特殊環(huán)境相互連接，主要有通信接口，I/O擴(kuò)展接口等等[9]。 3.4.3 PLC的主要特點(diǎn) 1、 使用很靈活，通用性能強(qiáng) 2、 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 3、 體積小，重量輕，性價(jià)比高 4、 編程語言容易掌握 5、 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)體一體化 6、 設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短 3.4.4 PLC的工作原理 當(dāng)PLC被投入運(yùn)行

35、時(shí)，它的工作過程即一個(gè)掃描周期被分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新三個(gè)階段，在PLC的運(yùn)行期間，CPU會(huì)以一定的掃描速度持續(xù)不斷的重復(fù)著一個(gè)掃描周期的三個(gè)階段。集中采樣，周期性循環(huán)掃描，集中輸出是PLC控制的三種工作方式。這些工作方式的突出優(yōu)點(diǎn)是有效的避免了繼電器的時(shí)序失配以及觸點(diǎn)競爭等問題的發(fā)生。 PLC的周期掃描機(jī)制較之以前工業(yè)傳統(tǒng)的控制方式，程序設(shè)計(jì)被大大簡化了，可靠性能被大大提高了。工作時(shí)，PLC會(huì)每個(gè)周期會(huì)定期執(zhí)行一次輸入輸出過程，而且每個(gè)周期僅僅執(zhí)行一次，在信號(hào)在被輸入的過程中，數(shù)字信號(hào)被啟動(dòng)并被輸入，經(jīng)過數(shù)字濾波的處理后的有效值寄存放入輸入信號(hào)的狀態(tài)器之中。數(shù)字信號(hào)在被輸出之時(shí)，

36、首要的是把存放在輸出信號(hào)的狀態(tài)寄存器之中的信息轉(zhuǎn)送入輸出單元，當(dāng)被檢查到傳送過程已經(jīng)圓滿完成時(shí)，做出最后的一步，即把數(shù)字信號(hào)痛過轉(zhuǎn)換器換為原先的模擬信號(hào)在去輸出[10]。但是局限的是，PLC的這種輸入輸出過程在現(xiàn)如今已漸漸的不能去滿足有些比較先進(jìn)的控制系統(tǒng)，現(xiàn)在好多工廠的控制系統(tǒng)都會(huì)采用輸出單元和智能輸入等方法去解決這種現(xiàn)存的問題。 3.4.5 PLC的種類和比較 國內(nèi)目前的市場上的PLC型號(hào)和種類越來越多了，最有典型代表性的的幾個(gè)品牌有，美國的AB，德國的西門子，法國的施耐德，日本的歐姆龍，富士，三菱等每個(gè)品牌的PLC在工業(yè)中所能夠適用的工作環(huán)境是各不相同的。比如西門子，AB施耐德比較適

37、用作為一些大型的器械的控制設(shè)備，而日本的三菱，歐姆龍相對(duì)而言運(yùn)用的就比較廣泛了。對(duì)于大型的PLC雖然在某種程度上實(shí)現(xiàn)的功能和擴(kuò)展會(huì)更多一些，但是在價(jià)格方面來講是比較昂貴的，中小型的PLC控制設(shè)備功能較齊全，性價(jià)比也挺高，價(jià)格相對(duì)而言也比較低廉。 3.4.6 PLC的選型 PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算 對(duì)照該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定所需輸入輸出設(shè)備，在進(jìn)行估算時(shí)，要全面綜合考慮輸入輸出個(gè)數(shù)、類型以及電流和電壓等級(jí)等等，但具體選型時(shí)不僅滿足客戶需求，還要有20%左右的備用量，有助于以后使用過程中的調(diào)整和擴(kuò)充功能。 內(nèi)存估算 （1） 內(nèi)存的利用率：通過編程器，用戶可以把按要求編寫的程序鍵入到主機(jī)

38、內(nèi)，然后將程序以機(jī)器語言的方式存于機(jī)器內(nèi)存中，對(duì)于同一個(gè)程序，不同的生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品中，在存放程序時(shí)所需要的內(nèi)存大小也是不同的，相比較而言，越高的使用率給客戶帶來種種好處，這樣不僅減少內(nèi)存大小，達(dá)到節(jié)約的目的，同時(shí)在工作時(shí)減少掃描周期，從而在使用過程中提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少響應(yīng)時(shí)間。 （2） 輸入輸出I/O點(diǎn)數(shù)：開關(guān)點(diǎn)I/O總點(diǎn)數(shù)是可編程控制器作為計(jì)算機(jī)所需內(nèi)存容量估算的一個(gè)非常重要的依據(jù)，在一些常見系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入與輸出的比為6:4，然后根據(jù)所有的點(diǎn)數(shù)對(duì)整個(gè)程序所需內(nèi)存量進(jìn)行估算，一般常用公式為內(nèi)存容量=輸入輸出開關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)×10[11] （3） 編寫程序質(zhì)量：對(duì)程序的長短和運(yùn)

39、行所需要的時(shí)間的很大影響因素就是程序編寫的質(zhì)量，對(duì)于進(jìn)行同一個(gè)系統(tǒng)的控制程序編寫，不同的用戶編寫出的程序會(huì)使整個(gè)控制程序的長度和整個(gè)執(zhí)行時(shí)間差別到很到的程度，一般情況下，要給新手多一些內(nèi)存剩余量，而對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的編寫者，可少留一些內(nèi)存剩余量。一般采用公式： 存儲(chǔ)器的總數(shù)=（開關(guān)量I/O的總點(diǎn)數(shù)×10+模擬量的點(diǎn)數(shù)×150）×125%[12] 響應(yīng)時(shí)間：由于可編程控制器進(jìn)行控制工作的形式是按照順序掃描，所以它不可以可靠穩(wěn)定地去收到一些維持時(shí)間比它正常工作時(shí)掃描周期小的輸入信號(hào)，因此必須要去認(rèn)真考慮所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的掃描周期和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。 機(jī)型的選擇:本設(shè)計(jì)所選用的PLC型號(hào)是三菱FX2N型。

40、 3.4.7 PLC電路接線圖 圖3-4 PLC接線圖 圖3-5是全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)PLC的開關(guān)量輸出和模擬量輸出電氣原理圖。所述FX2N的模擬量輸出端口與氣流比例調(diào)節(jié)閥的輸入端相連，F(xiàn)X2N內(nèi)設(shè)定氣流比例調(diào)節(jié)閥的設(shè)置值范圍為4～20mA， FX2N的開關(guān)量輸出端口分別與固態(tài)繼電器SSR1、SSR2、SSR3的一端相連，固態(tài)繼電器SSR1與控制閥EV1的開關(guān)串聯(lián)，固態(tài)繼電器SSR2與控制閥EV2的開關(guān)串聯(lián)，固態(tài)繼電器SSR3與控制閥EV3的開關(guān)串聯(lián)[16]；FX2N的開關(guān)量輸出端口與聲光報(bào)警器相連；FX2N的開關(guān)量輸出端口分別與小型繼電器K1、K2、K3的線圈相連；控制

41、閥EV1、EV2、EV3的開關(guān)、聲光報(bào)警器、小型繼電器K1、K2、K3的線圈均接+24V直流電，小型繼電器K1、K2、K3作為系統(tǒng)備用擴(kuò)展用。 圖3-5 PLC的開關(guān)量輸出和模擬量輸出電氣原理圖 3.5 信號(hào)輸出設(shè)計(jì) PLC結(jié)束運(yùn)算處理后，需要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)中這部分包括PLC的開關(guān)量輸入和模擬量輸入以及PLC的開關(guān)量輸出和模擬量輸出[15]。 圖3-6是全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)PLC的開關(guān)量輸入和模擬量輸入電氣原理圖?？删幊炭刂破鱌LC采用三菱的FX2N型，流量變送器、微壓變送器的輸出端接FX2N型PLC的模擬量輸入端口，F(xiàn)X2N的開關(guān)量輸入端口分別與手動(dòng)/自動(dòng)按鈕S

42、B1、急停按鈕S1的一端相連，手動(dòng)/自動(dòng)按鈕SB1、急停按鈕S1的另一端均接+24V直流電。FX2N型PLC內(nèi)置通道的AD模塊和DA模塊，將微壓變送器、流量變送器的輸出接到模擬量輸入端口，F(xiàn)X2N型PLC采用24VDC供電，手動(dòng)/自動(dòng)按鈕SB1可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)切換，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障需要緊急停機(jī)時(shí)按下急停按鈕S1。 圖3-6 PLC的開關(guān)輸入和模擬量輸入電氣原理圖 圖3-7是PLC的AD拓展模塊，型號(hào)是FX2N-4AD,它有四個(gè)輸入通道，輸入通道接收模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這稱為A/D轉(zhuǎn)換。FX2N-4AD最大分辨率是12位。基于電壓或電流的輸入/輸出的選擇通過用戶配線來完成，可

43、選用的模擬值范圍是-10V到10VDC（分辨率:5mV）,并且/或者4到20mA,-20到20mA(分辨率：20μA),FX2N-4AD和FX2N主單元之間通過緩沖存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)。FX2N-4AD共有32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器（每個(gè)16位）。FX2N-4AD占用FX2N擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)。這8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入或輸出。FX2N-4AD消耗FX2N主單元或有源拓展單元5V電源槽30mA的電流。FX2N—4AD是4通道輸入壓力傳感器模擬量輸入模塊。利用壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)接在FX2N—4AD的其中一個(gè)通道上（注意是電流還是電壓信號(hào)接法是不同的），然后通過編程將該信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字量送到PLC主機(jī)進(jìn)行計(jì)算去控制

44、負(fù)載。 圖3-7 PLC的AD拓展模塊 3.6 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì) 人機(jī)交互部分包括操作者對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)的干預(yù)與數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向操作者報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果。本設(shè)計(jì)的人機(jī)交互部分采用的就是HMI人機(jī)交互[17]。 3.7 HMI選型 本設(shè)計(jì)選用的HMI機(jī)型是由上海布科電氣有限公司生產(chǎn)研發(fā)的MT4400T型，該機(jī)型是布科公司MT4000系列產(chǎn)品。該HMI的界面包括檢測工位窗口、狀態(tài)監(jiān)視窗口、運(yùn)行控制窗口等，在狀態(tài)監(jiān)視窗口中，提供了壓力設(shè)定、壓力檢測、流量檢測、檢測結(jié)果等界面，顯示直觀明了。 具體參數(shù)見下表3-3： 表3-3 MT4000T型HMI機(jī)參數(shù) 型號(hào)

45、 MT4400T 顯示尺寸 8″TFT 分辨率 640×480 顯示色彩 64K彩色 觸摸屏 4線精密電阻網(wǎng)絡(luò)（表面硬度4H） 液晶壽命 50000小時(shí) CPU 200MHZ RISC 存儲(chǔ)器 8M FLASH+16M SDRAM 通訊端口 2個(gè)RS232/485/422口，一個(gè)USB SLAVE口 配方存儲(chǔ)器&RTC 256KB+實(shí)時(shí)時(shí)鐘 供電電源 21~28VDC，工作電流MAX400mA@24V,啟動(dòng)電流MAX600mA@24V 耐壓測試 500V AC1分鐘 工作環(huán)境溫度 0~45℃ 工作環(huán)境濕度 10~90%RH（無冷凝） 外形尺

46、寸 235×172×53mm 安裝開孔尺寸 224×161mm 4 軟件設(shè)計(jì) 全自動(dòng)氣密檢測機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制儀設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)包括下位機(jī)程序和上位機(jī)程序兩部分。下位機(jī)程序主要有主程序、開關(guān)量輸出子程序等幾個(gè)模塊。上位機(jī)程序主要是通過串行接口實(shí)現(xiàn)對(duì)控制儀的控制，并且可以接收下位機(jī)的數(shù)據(jù)并顯示相關(guān)變化曲線。 4.1下位機(jī)程序 圖4-1所示的是系統(tǒng)總流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先系統(tǒng)初始化，然后讀取系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)入主程序后進(jìn)行觸摸屏顯示、閥門開度控制程序、模擬量比較計(jì)算程序、停機(jī)程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。 圖4-1 主程序流程圖 4.2主程序 PLC上電或復(fù)位時(shí)

47、，首先進(jìn)入主程序。主程序包括對(duì)系統(tǒng)的初始化，調(diào)用A/D子程序和判斷是否有異常報(bào)警等。初始化程序主要是對(duì)I/O口、定時(shí)器、串行口以及全局變量的初始化[18]。經(jīng)過初始化程序之后，系統(tǒng)的各個(gè)部分準(zhǔn)備就緒，可以進(jìn)入工作狀態(tài)。比例流量控制閥開度改變與否是根據(jù) 傳感器檢測出的氣壓值與設(shè)定值符合與否而設(shè)定的。 4.3上位機(jī)程序 本設(shè)計(jì)的上位機(jī)程序也就是HMI人機(jī)交互，采用的是上海布科電氣有限公司生產(chǎn)研發(fā)的MT4400T型，該HMI的界面包括檢測工位窗口、狀態(tài)監(jiān)視窗口、運(yùn)行控制窗口等，在狀態(tài)監(jiān)視窗口中，提供了壓力設(shè)定、壓力檢測、流量檢測、檢測結(jié)果等界面，顯示直觀明了。HMI界面見下圖： 圖4-2

48、HMI機(jī)狀態(tài)監(jiān)視界面圖 圖4-3 HMI機(jī)狀態(tài)監(jiān)視界面圖 圖4-4 HMI機(jī)參數(shù)設(shè)定界面圖 圖4-5 HMI機(jī)運(yùn)行模式界面圖 5 系統(tǒng)調(diào)試 在完成硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，以測試整個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)的性能并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使其可以進(jìn)行正?？煽康墓ぷ?。 圖5-1是全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)密封腔體壓力變化（充壓過程）示意圖。從圖5-1可知首先將檢漏機(jī)與被檢測設(shè)備氣路連接，檢查整個(gè)被測設(shè)備的密閉腔體符合RFJ-2002、RFJ04-2009的相關(guān)要求[19]。通電后開始設(shè)定各種狀態(tài)及參數(shù)（操作模式、充壓時(shí)間

49、、穩(wěn)壓時(shí)間、壓力參數(shù)、流量參數(shù)等），然后開機(jī)將有壓氣源（采用空氣壓縮機(jī)供氣）接入至檢漏機(jī)（預(yù)先通過進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)控制一次氣體壓力為0.4~0.6 M Pa），氣體經(jīng)氣路進(jìn)入手動(dòng)調(diào)壓器二次調(diào)壓（一般為0.15 M Pa~0.35 M Pa，預(yù)先調(diào)節(jié)，以保持比例流量控制閥正常工作為宜）后進(jìn)入比例流量控制閥，有控制地充入密閉腔體。腔體內(nèi)的壓力隨著氣體的增加由零不斷增高逐漸逼近目標(biāo)值（RFJ01-2002中規(guī)定防護(hù)門為100Pa，密閉門為50 Pa），腔體內(nèi)壓力變化曲線如圖5-1。壓力監(jiān)測是從密閉腔體取樣口引出氣體至壓力變送器，測出腔體內(nèi)的實(shí)時(shí)壓力值，反饋至可編程控制器并反映在監(jiān)控面板上，可編程控制

50、器按預(yù)先編制好的程序邏輯根據(jù)密閉腔體內(nèi)壓力實(shí)時(shí)變化值控制比例流量控制閥的開度不斷變化[20]，直至腔體內(nèi)的壓力達(dá)到并穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值。在此狀態(tài)下，密閉腔體泄露出的氣體數(shù)量與進(jìn)入腔體的氣體流量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)氣管路中測得的流量值就等同于該密閉腔體的漏氣量。流量監(jiān)測由安裝在進(jìn)氣管路上的氣體流量變送器實(shí)時(shí)測量出流量數(shù)值反饋至可編程控制器并反映在監(jiān)控面板上。圖5-1中垂直軸P為腔體內(nèi)壓力數(shù)值，水平軸T為與其相對(duì)應(yīng)的時(shí)間，t1、t2、t3、t4是由比例流量控制閥開度的運(yùn)動(dòng)速度K所決定，黑線為腔體內(nèi)壓力變化曲線（示意）。P0、P1、P2、P3、P4、 K1、K2、K3、K4、K5均在開機(jī)前設(shè)定輸入。

51、以某次測定產(chǎn)品GM1020為例，設(shè)定的P0為50、P1為30、P2為35、P3為40、P4為45，同時(shí)對(duì)應(yīng)的控制比例流量閥開度的電信號(hào)K1、K2、K3、K4分別設(shè)定為1/4、 1/10、 1/30 、1/60、1/90。以上過程可以作以下描述，開機(jī)初期，比例流量控制閥以每4秒鐘1個(gè)信號(hào)的速度快速打開，當(dāng)腔體內(nèi)迅速升至30Pa后改為10秒1個(gè)信號(hào)的較快速度開啟，腔體內(nèi)壓力達(dá)到35Pa后又改為30秒1個(gè)信號(hào)的較慢速開啟，當(dāng)壓力為40Pa時(shí)又再次改為每60秒1個(gè)電信號(hào)的慢速開啟，當(dāng)壓力為45Pa時(shí)最終以每90秒1個(gè)電信號(hào)的速度很緩慢地進(jìn)入P0區(qū)域，（RFJ04-2009中規(guī)定P0為50Pa，讀數(shù)有效

52、區(qū)域?yàn)?0+2Pa），若P值超過52Pa后，比例流量控制閥就減小開度，使腔體內(nèi)的壓力繼續(xù)維持在有效區(qū)域內(nèi)[21]。 圖5-1 全自動(dòng)氣密檢測系統(tǒng)密封腔體壓力變化（充壓過程）示意圖 個(gè)人總結(jié) 本文研制的全自動(dòng)氣密檢測機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制儀是一種采用流量法來檢測氣體密閉性的儀器。 本文在對(duì)全自動(dòng)氣密檢測機(jī)工作原理研究的基礎(chǔ)上做了以下具體工作： (1) 在認(rèn)真對(duì)于課題任務(wù)設(shè)計(jì)書的分析和全自動(dòng)氣密檢測機(jī)工作原理的研究，制定了系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)方案。 (2) 本設(shè)計(jì)對(duì)全自動(dòng)氣密檢測機(jī)的信號(hào)采集、輸入模塊的信號(hào)調(diào)理電路的模擬電路的設(shè)計(jì)和

53、信號(hào)輸出模塊的兩路開關(guān)量輸出電路及變送信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)。 (3) 進(jìn)行了PLC的程序編寫，使用PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作運(yùn)行進(jìn)行控制。 (4) 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了串行通信，實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)與其他設(shè)備的連接互動(dòng)。 得到以下結(jié)論： 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生以及社會(huì)對(duì)于電子信息產(chǎn)業(yè)給人們帶來的便利，人們對(duì)于智能化的需求越來越高，微處理器的發(fā)展也隨著發(fā)生巨大的變化。而微處理器作為PLC的核心，因其簡單的結(jié)構(gòu)、方便的編程、很高的可靠性在工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。該設(shè)計(jì)中的全自動(dòng)氣密檢測機(jī)總體概括了PLC、傳感器以及微處理器的功能還有效的結(jié)合了智能控制與其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和輸送。 總體來說分為

54、兩點(diǎn)：一是對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)通過運(yùn)用傳感器來實(shí)現(xiàn)，然后經(jīng)放大調(diào)理后輸送給PLC進(jìn)行信號(hào)的處理分析，這時(shí)在選擇放大電路時(shí)需小心謹(jǐn)慎，要保證能安全穩(wěn)定的工作。二是精密度問題，它是傳感器的最為重要的性能指標(biāo)，所以精密度越高越好，因此在對(duì)傳感器進(jìn)行選型時(shí)本設(shè)計(jì)采用的是空壓機(jī)專用的傳感器[22]。 盡管本文設(shè)計(jì)基本滿足系統(tǒng)的要求，但還有許多需要改進(jìn)的地方，例如空壓機(jī)及密閉超壓檢測腔選用等。由于時(shí)間、費(fèi)用等原因沒有制作成樣機(jī)。 謝 辭 四年的大學(xué)生涯隨著畢業(yè)論文的結(jié)束即將進(jìn)入尾聲，在這四年的大學(xué)生活中，累過，笑過，苦惱過，迷茫過，任性過，反省過，尤其是在這一年深感前途的迷茫，一直

55、都在尋找著前進(jìn)的方向，在同學(xué)的幫助和老師耐心的教會(huì)之中，我漸漸的走出了盲區(qū)，找到了奮斗的目標(biāo)和動(dòng)力，在這四年的生活中，我也得到了鍛煉，在各種磨練之中得到了成長，在此，我想對(duì)在這四年大學(xué)里陪伴、幫助和指導(dǎo)過我的人說一聲發(fā)自內(nèi)心的感謝。 首先，我要感謝老師們對(duì)我的悉心指導(dǎo)和諄諄教誨，在這我尤其要感謝我的論文指導(dǎo)老師喬愛明老師，本課題是在喬愛明老師的耐心指導(dǎo)下順利完成的，從論文的選題，資料的查詢，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)到論文的最后完成，都是傾注了喬老師的精力和心血。他是個(gè)知識(shí)淵博，工作一絲不茍，品德高尚，是個(gè)很有責(zé)任心的老師，他的授課非常的生動(dòng)，在他的課上我都能聚精會(huì)神的聽講，他教會(huì)了我很多，讓我懂得了如何去

56、面對(duì)自己的不足，并且及時(shí)的去糾正，告訴我以后在人生的路上如何去面對(duì)生活的得與失，在這我要表示深深的感謝。 同時(shí)我還要感謝我的大學(xué)室友和同學(xué)以及在社團(tuán)認(rèn)識(shí)的朋友，是他們豐富了我的大學(xué)生活，讓我體會(huì)到了作為一個(gè)大學(xué)生該有的快樂和關(guān)懷，可能他們不是最帥最優(yōu)秀的，但是在我眼里他們是最可愛的，只要跟他們?cè)谝黄鹞視?huì)有家一般的感覺，寢室是我在外地城市上學(xué)感覺最溫暖的一個(gè)地方。感謝我的大學(xué)室友。他們教會(huì)了我包容和理解，因?yàn)橛心銈兾业拇髮W(xué)生活才不至于這么枯燥。 其次我還要感謝我的家人，感謝你們給了我這個(gè)求學(xué)的機(jī)會(huì)，感謝你們這二十多年來對(duì)我精神上的支持和鼓舞，我堅(jiān)信在你們不斷地鼓勵(lì)和關(guān)愛之中，在以后的生活中我

57、會(huì)克服重重困難，勇敢的迎接社會(huì)給與的種種挑戰(zhàn)，因?yàn)橛心銈兊膼郏业奈磥頃?huì)越來越美好。 最后，再次對(duì)所有關(guān)心和幫助過我的老師，同學(xué)，朋友，家人表是我最真摯的感謝! 參 考 文 獻(xiàn) [1] 梁景凱.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010(1):12-19 [2] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007(4):24-32 [3] 趙承利.Protel DXP電路設(shè)計(jì)[M].北京:中國鐵道出版社,2009(5):7-15 [4] [日]森榮二.LC濾波器設(shè)計(jì)與制作.[M].薛培鼎,譯.北京:科學(xué)出版社，2006(2)

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