药筒几何误差自动检测装置控制系统设计
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几何误差自动检测装置控制系统设计
目 录
中文摘要 I
英文摘要 II
1 绪论 1
1.1测试系统的设计特点 1
1.2 课题设计背景简介 1
1.3 本课题完成的主要工作 2
2 系统方案论证及总体设计 3
2．1 系统方案论证 3
2.1.1 系统的设计要求 3
2.1.2 系统方案选择 4
2.2 系统总体设计 6
3 硬件系统设计 8
3.1 系统I/O分析 8
3.2 硬件系统主要设备及元器件选择 9
3.2.1 S7-200PLC CPU及扩展模块的选用 9
3.2.2 电动阀的选用 10
3.2.3 压力传感器的选用 11
3.3 硬件系统设计 12
4 系统程序设计 13
4.1 系统实现的功能 13
4.2 系统的框架和工作过程 13
4.3 PLC系统I/O地址分配 15
4.4 部分关键程序的设计 20
4.4.1 模拟量值和A/D转换值的转换 20
4.4.2 模拟量值处理程序 23
5 系统的设计 24
5.1 系统实现的的功能 24
5.2 系统的框架和工作过程 25
6 系统调试和结果分析 30
6.1 硬件调试及结果分析 30
6.2 联机调试及结果分析 32
7 结论 34
致谢 35
参考文献 36
摘 要
本课题主要完成的是药筒几何误差自动检测装置控制系统设计试装置的整体设计。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、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，能够完成对药筒几何误差气密性测试的任务。
关键词：电动阀；气密性；可编逻辑控制器；力控
ABSTRACT
The main issue is the complete PLC control system based on pressure vessels leak test device's overall design. This article first raised the subject and requirements of the profile, then its control program were demonstrated. Then from the hardware and on the lower computer system was introduced. In the control system hardware design, gives a detailed chart of the hardware systems and electrical schematics, and major equipment and components were selected; software design partial description of two parts, the next position control system design part of the program, to out a detailed software architecture, and typical programming session were discussed; in some PC programs on the configuration screen of the programming process to achieve the functionality of the full presentation.
In the system design is complete, its for a simple debugging, debugging of the test problems and results are discussed. The results show that the design of hardware and software system design is rational, the pressure to complete the task of testing airtight container
KEY WORDS：electric valve，programmable Logic Controller，Force control
1 绪论
本课题药筒几何误差自动检测装置控制系统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测试系统的设计特点
药筒几何误差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。
药筒几何误差工业监控也一直是电子工作者十分关注的课题之一，药筒几何误差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，选择一种有效的药筒几何误差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药筒几何误差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0.1～35MPa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15Mpa± 0.2Mpa，保压24h检测压力泄漏不大于1Mpa。
药筒几何误差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药筒几何误差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，由于药筒几何误差产品众多，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S7-200 PLC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药筒几何误差。本系统硬件部分由工控机（IPC）、PLC CPU-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。
药筒几何误差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。因此药筒几何误差平台有着巨大的潜在市场，有待我们进一步开发和培育。因此基于药筒几何误差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药筒几何误差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，对系统的控制系统程序进行设计，编制。第四，对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，和联机调试，以期达到事先希望得到的稳定的控制任务。
2 系统方案论证及总体设计
7 结论
本设计是在综合相关已有成果的基础上，针对药筒几何误差装置的设计问题进行的研究和开发。经过调试和改进之后，系统基本上实现了既定的功能，甚至在某些方面还预留了一些冗余，以备以后在开发使用。
本课题药筒几何误差自动检测装置控制系统设计试装置的设计，在功能上完全达到了预期的目标，在过程顺序控制中，完成了以下控制功能：
（1）实现了在四个不同压力范围下测试气密性的要求。
（2）完成了对5路药筒几何误差耐压性、密封性按照预设的测试。
根据工艺设定的目标参数，由程序自动完成试验过程中实时监控、调整的判断、完成需要的各种控制功能。自动控制气路中相应的电动阀的开闭，实现自动控制压力的效果，并可在上显示生产工艺的各种参数。
（3） 强大的人机界面交互功能
在设置人机交互画面，采用高级语言编写计算机程序界面，可以完成系统参数调整、生产过程控制、系统状态监视、生产数据采集等主要功能。数据的输入及数据的显示，观测方便，操作简便，界面布局合理、美观。
（4）具有一定的保护功能
实验开始的时候检测各种执行部件的工作状态，检测药筒几何误差的压力；在实验的过程中也严格的根据工艺的要求进行各项操作，一旦出现异常情况自动报警，设置紧急停止按钮，一旦出现异常情况，可以随时中止系统并退出试验。
系统虽然基本完成了既定的技术功能，但是，由于设计过程时间较短，以及本人的知识、技术水平较为浅薄，因此设备再某些方面还需进一步改进，譬如联机反映速度方面。
从设计的结果可以看出,对于一项工业控制系统，都包含了多方面的技术支持。而且对于任何一项系统只要我们肯努力去探讨都可以寻找到更加切实有效的行使方案，可以使整个系统的功能和应用再上了一个新台阶。所以这必将使工业控制系统在未来不远的时间内朝着更加完善、实用、全面、健康的方向持续的发展。
致 谢
经过半年多的查资料、整理材料、系统设计、写作论书，今天终于可以顺利的完成说明书最后的谢辞了，想了很久，要写下这一段谢词，自己想想求学期间的点点滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，四年的努力与付出，随着论文的完成，大学的学习生活，也宣告结束。
在毕业设计这段时间让我对基于PLC的药筒几何误差控制系统设计有了清晰的认识，同时让我对PLC在工业自动化控制领域的应用有了更深层次的了解。从一开始的课题分析，到元器件的选型和采购，再到硬件的设计和软件的调试。一路走来，我学到了很到课本上学不到的知识和提高了自己的动手实践能力。通过这次毕业设计，我不仅大大提高了模型规划、系统设计和软件编程的能力，自身的各方面的素质也得到了提高。同时也培养了我的团队协作精神。这次课程设计也提高自学的能力与软件应用能力，为今后的工作打下了坚实的基础。
这半年的时间，我学到了许多东西，不但有学习方面得，更学到了许多作人得道理，对我来讲受益非浅．作为一个即将踏入社会得年轻人来讲，什么都不懂，没有任何社会经验。这就要求要有一套学习知识的系统，遇到问题自己能通过相关途径自行解决能力。因为在工作中遇到问题各种各样，并不是每一种情况都能把握。在这个时候要想把工作做好一定要有良好的学习能力，通过不断的学习从而掌握相应技术，来解决工来中遇到的每一个问题。
在毕业设计期间，最需要感谢的是我的指导老师王永华教授，是他的耐心指引让我眼前一亮，引领我领略到知识的奇妙，开拓我的视野；是他的平易近人与亲切让我们更懂得如何团结互助；是他给了我们战胜编程开发过程中的种种困难的勇气，是他的谆谆教导带给我们积极探索的追求。
饮其流时思其源，成吾学时念吾师。在本科学业就将完成的时刻，我谨向我的指导老师王永华教授以及学院的老师们表示诚挚的谢意和崇高的敬意。大学之大，不在大楼，而在老师。老师们才高八斗，学富五车，授我以专业知识；老师们高屋建瓴，宁静致远，予我以严谨之逻辑；大师们博闻多识，学高身正，是我学习的楷模。我祝愿老师们工作顺利，再育桃李！在我的周围总有一群风华正茂的有志青年在帮助我，谢谢你们，我的同窗好友，祝愿你们万事顺意，宏图大展，前程似锦。
参考文献
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