畢業(yè)設(shè)計煤氣閥氣密性自動檢測裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題 目 煤氣閥氣密性自動檢測裝置控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 姓 名 朱龍智 班 級 07機(jī)電1W 指導(dǎo)教師 _ 張鎖榮_ 設(shè)計地點(diǎn) 江蘇技術(shù)師范學(xué)院 起止日期 2010年11月18日2011年6月10日 2010年 12月 25日畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告一、課題的意義目的 近期國家陸續(xù)提出了裝備業(yè)振新規(guī)劃，隨著國家經(jīng)濟(jì)水平的提高，化工設(shè)計行業(yè)對閥門制造業(yè)的要求也越來越高，在如今城市天然氣使用越來越普及國家西氣東輸工程的逐漸深入的背景下，球閥的使用將有更廣闊的應(yīng)用前景。尤其是對閥門的性能的可靠性、耐用性等要求越來越高。閥門是控制配

2、管和設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)（液體、氣體、粉末）流動或停止、并能控制其流量的裝置。是石油、化工、電站、長輸管線、造船、核工業(yè)、各種低溫工程、宇航以及海洋采油等國民經(jīng)濟(jì)各部門不可缺少的流體控制設(shè)備。閥門作為一個流體輸送的組件，近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)增長閥門行業(yè)的發(fā)展非常迅速?！笆晃濉奔拔磥砣舾赡辏袊突?、天然氣、冶金行業(yè)，電力、城市建設(shè)等各行業(yè)對閥門有大量的需求。在“十一五”期間，中國對閥門的需求總量達(dá)到345億元，因此，閥門行業(yè)有著巨大的市場發(fā)展空間。而對于球閥質(zhì)量的保證主要有三個方面。一是閥體水壓性試驗；二是閥體氣壓性試驗；三是裝配時球體密閉性試驗。閥體的水壓性實(shí)驗是用來檢測閥體的強(qiáng)度。其檢測方法

3、是將閥門兩端法蘭封死，將閥門半開關(guān)，用水打壓至設(shè)計壓力的1.5倍。閥體的氣壓性試驗是檢測閥門的密封性。其檢測方法是將閥將閥門單側(cè)法蘭封死，將閥門全關(guān)，向封閉側(cè)通入壓縮空氣，檢測閥門密封的密封性。裝配時球體密閉性試驗是用來檢測整個閥裝配好時的密封性。檢測的是第二種閥的氣壓性實(shí)驗。對于第一和第三個實(shí)驗市場上都有許多相應(yīng)的自動化檢測裝置。而第二種實(shí)驗的自動化檢測裝置則幾乎沒有。第二個實(shí)驗主要是通過人工、機(jī)械進(jìn)行檢測。在檢測時首先是人工將閥門單側(cè)法蘭封死，然后再進(jìn)行裝夾，在這個過程中對于小的閥體可以通過人工的搬運(yùn)，但對于大的閥體則需通過機(jī)械來完成。在裝夾完之后則需利用機(jī)械將工件提起防置水槽中，再向水槽

4、中加水，通高壓氣體來檢測。發(fā)現(xiàn)閥體中有氣泡逸出，但是不能確定閥的氣密性不符合要求，很有可能是密封法蘭時沒有密封好，這樣就要先將閥中壓力和水槽中水泄掉，提出來進(jìn)行檢查是否是人為因素造成的。是則需重復(fù)檢測動作。在檢測完之后還要利用機(jī)械將閥從水槽提出來，人工卸下工件。這樣的檢測方法將耗費(fèi)大量的時間和勞動力，而且檢測的效果也不好，但是這個實(shí)驗又是必不可少的。在這樣的背景下，一個既能夠準(zhǔn)確的判斷出閥的氣密性是否符合要求又能夠快速的檢測的裝置就有著迫在眉睫的應(yīng)用需要。該課題就是從這個需要之中由來的。該裝置的主要要求就是能夠完成除了人工裝卸工件之外的所有動作。即能夠自動的提升工件，利用機(jī)械手完成工件的抓取。

5、在密封不符合要求時，能夠快速的校正，再次密封。其動作的詳細(xì)過程是通過上料自動小車運(yùn)輸?shù)綑z測裝置中，經(jīng)機(jī)械手提起并放入到指定位置，然后通過法蘭盤和O型密封圈進(jìn)行左右、上下密封。自動添加水，供水把整個閥體浸入在水中，自動通氣的裝置向閥體通入高壓氣體，檢測閥體的氣密性。檢測完閥體以后由機(jī)械手把閥體提起至下料運(yùn)輸小車，由下降運(yùn)輸電機(jī)經(jīng)絲桿驅(qū)動下料車從下料側(cè)運(yùn)出，同時準(zhǔn)備下一個天然氣調(diào)節(jié)閥閥體的檢測。該課題將最終設(shè)計出相應(yīng)的裝置并要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動提升、傳動定位、機(jī)械手抓取、密封、供水、加壓、卸載等功能，同時這一系列動作將在一定自動化程度的基礎(chǔ)上完成，所以該設(shè)計必然包括一定量的控制點(diǎn)的設(shè)計。該裝置的成功

6、設(shè)計將對于整個閥門行業(yè)有著一定的影響。因為它改變了傳統(tǒng)球閥閥體試驗的單一性、低效率、低自動化程度的缺點(diǎn)。它最終將提供一個系列化、批量化試驗平臺。為企業(yè)的效益的提高有著重要的意義。同時該裝置的成功設(shè)計使得球閥在石油化工中的應(yīng)用中有更廣闊的應(yīng)用空間。由于該裝置自動化程度的提高，使得批量化，規(guī)?；囼灥靡詫?shí)現(xiàn)。這將大大提高工作的效率，為整套裝置的安全運(yùn)行提供更加有效地保證。二、主要設(shè)計（研究）內(nèi)容1裝置的基本原理 本次設(shè)計主要針對球閥閥體進(jìn)行氣壓試驗，所謂球閥閥體氣壓試驗是指對于球閥的閥體內(nèi)充氣加壓并將其全部侵入水下進(jìn)行觀察，檢查有無泄漏的過程。該閥有四個口，在檢測時要將四口都要密封。要對一個閥進(jìn)行

7、檢測，首先先要將閥裝在一個底座上，然后將閥提升至一定高度。將閥推到機(jī)械手的正下方，機(jī)械手向下抓起閥體提升至一定高度。使閥體與底座脫離，底座后退并下降。機(jī)械手將閥體送至檢測的水槽中、機(jī)械手松開、提升。先對閥的位置進(jìn)行校正，然后機(jī)械手向下對閥的上端進(jìn)行密封。通過法蘭盤和O型密封圈進(jìn)行左右密封，向水槽充水和充氣，當(dāng)水位和氣壓都到了要求時停止，并保壓。時間到泄水、泄壓同時另一邊的底座上升，水和氣泄到要求時，前后密封裝置退回，機(jī)械手夾緊閥體并提升。將底座推至機(jī)械手下方，機(jī)械手落下并松開，機(jī)械手提升至不干涉閥體，底座后退，然后落下，卸下閥。同時準(zhǔn)備下一個天然氣調(diào)節(jié)閥閥體的檢測。在這些動作中底座的上下是利用

8、絲杠和電動機(jī)傳動來實(shí)現(xiàn)，底座的水平移動和機(jī)械手的夾緊和移動是利用氣缸。氣缸的動作位置的確定有行程開關(guān)來確定。2.該裝置的電氣具體的動作要求 檢查小車是否在預(yù)定位置移上閥體右側(cè)電機(jī)得電（右側(cè)提升小車上升）右側(cè)提升小車壓右側(cè)上側(cè)限位開關(guān)（電機(jī)準(zhǔn)停，小車停止上升）右側(cè)提升小車氣缸電磁閥得電（推動小車向左平穩(wěn)行駛）右側(cè)提升小車壓限位開關(guān)后（小車停止)控制機(jī)械手氣缸電磁閥得電（機(jī)械手打開）立氣缸電磁閥得電（立氣缸下移）壓限位開關(guān)后（立氣缸停止動作)控制機(jī)械手氣缸電磁閥得電(機(jī)械手閉合)立氣缸電磁閥得電(立氣缸上移)壓限位開關(guān)后（立氣缸停止動作)右側(cè)小車氣缸電磁閥得電（推動小車向右平穩(wěn)行駛）小車壓右側(cè)上側(cè)

9、限位開關(guān)（氣缸停止動作，小車下降）立氣缸電磁閥得電（立氣缸向下運(yùn)動把閥體送到水箱底面）控制機(jī)械手氣缸電磁閥得電（機(jī)械手打開）立氣缸電磁閥得電（立氣缸向上運(yùn)動）壓限位開關(guān)后（立氣缸停止動作)控制前后氣缸電磁閥得電（推動密封盤向閥體方向運(yùn)動使閥體與前后密封盤第一次找正）控制前后氣缸電磁閥得電(推動密封盤離開閥體）立氣缸電磁閥得電（立氣缸向下運(yùn)動使上密封盤與閥體上端口實(shí)現(xiàn)密封并保壓）控制前后氣缸電磁閥得電（推動密封盤向閥體方向運(yùn)動使閥體與前后密封盤密封并保壓）水閥得電（進(jìn)水）到達(dá)水位開關(guān)設(shè)定值（停止加水）電磁閥得電（充氣)到達(dá)壓力開關(guān)預(yù)定值（停止充氣）電磁閥失電（保壓10分鐘）電磁閥得電（泄載）到達(dá)

10、壓力開關(guān)預(yù)定值（停止泄載）水閥得電（排水）到達(dá)水位開關(guān)設(shè)定值（停止排水）左側(cè)電機(jī)得電（左側(cè)小車上升）控制機(jī)械手氣缸電磁閥得電（機(jī)械手閉合）立氣缸電磁閥得電（立氣缸上移）壓限位開關(guān)后（立氣缸停止動作) 小車壓左側(cè)上側(cè)限位開關(guān)（電機(jī)停止）左側(cè)卸料小車氣缸電磁閥得電（推動小車向右平穩(wěn)行駛）左側(cè)卸料小車壓限位開關(guān)后（小車停止前進(jìn)）立氣缸電磁閥得電（立氣缸下移）壓限位開關(guān)后（立氣缸停止動作)控制機(jī)械手氣缸電磁閥得電（機(jī)械收打開）立氣缸電磁閥得電（立氣缸上移）壓限位開關(guān)后（立氣缸停止動作)左側(cè)卸料小車小車氣缸電磁閥得電（推動小車向左平穩(wěn)行駛）左側(cè)卸料小車壓左側(cè)上側(cè)限位開關(guān)（小車停止后退）左側(cè)電機(jī)得電（左側(cè)

11、卸料小車下降）壓限位開關(guān)（小車停止下降）。 3.做好本設(shè)計的前提工作1. 熟練掌握氣壓傳動和電氣控制及PLC方面的知識。2. 對該裝置的動作過程有一定的了解。 4.方案論證： 第一種方案：使用機(jī)械-接觸器、繼電器小車的上下移動用電動機(jī)帶動兩根絲杠來實(shí)現(xiàn)，左右移動同樣可已通過在小車的底下裝一個電動機(jī)，通過齒輪傳動帶動絲杠來實(shí)現(xiàn)，但考慮到小車加上零件的重量，有可能使絲杠發(fā)生彎曲變形，會導(dǎo)致絲杠的失效；零件的提起，可以利用電磁的方法來實(shí)現(xiàn)，在提升裝置上裝一個大的電動吸盤，將線圈通電，就可以將零件吸住提起；通過空氣壓縮機(jī)向閥體中充氣；可以利用一個三位中封式的閥來實(shí)現(xiàn)保壓。利用水泵來進(jìn)行水的快速添加與抽

12、取。利用交流接觸器來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車的上下移動；上升到限位時，觸動行程開關(guān)，控制接觸器線圈的通電與失電，電機(jī)通過絲杠傳動推動小車完成左右移動；對于工件的提起與密封可通過同樣的控制來實(shí)現(xiàn)；利用斷電延時繼電器，實(shí)現(xiàn)保壓時間的要求。第二種方案：使用氣壓-接觸器、繼電器小車上下移動，通過電機(jī)帶動絲杠來實(shí)現(xiàn)。提升到限位時，觸動行程開關(guān)，繼電器得電，氣缸電磁換向閥打開，氣壓缸推動小車完成左右移動；利用一個簡易的由氣缸控制的機(jī)械手，完成工件的抓取。交流接觸器控制電磁換向閥的得電與失電，控制氣缸的伸縮完成對閥的密封。在這個過程中，對位置要求的都是通過行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。其他的動作要求與上方案一樣。 第三

13、種方案:使用氣壓PLC 此方案與第二種方案基本一致，主要區(qū)別在于此方案是用PLC程序來完成上方案中由電器組成的控制系統(tǒng)。用PLC控制電機(jī)，由電機(jī)帶動絲杠帶動小車上下移動。PLC控制電磁換向閥的得電與失電，來控制氣缸的伸出與縮回，完成小車的左右移動，機(jī)械手的抓取以及對工件的密封。 第四種方案：使用液壓-接觸器、繼電器 此方案與第三種方案基本相同，就是將其中的氣壓缸用液壓缸來代替。整個控制原理與三方案相同。第五種方案：使用液壓-PLC此方案與上一方案基本相同，主要區(qū)別在于此方案是用PLC程序來完成上方案中由電器組成的控制系統(tǒng)。以上幾種不同的方案主要的區(qū)別在于是用PLC控制還是用常規(guī)的電器控制、及用

14、液壓系統(tǒng)還是用氣壓系統(tǒng)。三、設(shè)計方案本設(shè)計可供選擇的方案有：1.采用PLC-氣壓進(jìn)行控制。PLC來控制控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)小車的上下位。利用PLC控制電磁換向閥的電磁的得電與失電，使氣壓缸伸出、縮回。2.采用接觸器-繼電器和液壓進(jìn)行控制。 方案確定：1.PLC是一個以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)

15、雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。2.氣壓較與液壓的優(yōu)點(diǎn)(1)它們的承載能力不同，因氣動的一般在1MPa以下，氣壓的一般在30MPa（國內(nèi)）以下，高于這個值為超高壓對元件和泵的要求過高。因為壓力（我們通說的壓力是指壓強(qiáng)，都是說多少M(fèi)P

16、a和多少公斤）高了，驅(qū)動力也就大了。(2)液壓的控制回路比氣動的復(fù)雜(3)氣動比液壓維修要方便些。(4)氣壓系統(tǒng)較于液壓系統(tǒng)簡單。(5)氣動元件個頭比液壓的小。(6)氣動一般是集中供氣，比液壓容易管理。(7)液壓控制要換液壓油，氣動不用，所以后期使用成本比氣動的高。 通過比上述幾種方案，只有使用PLC及氣壓來控制才能既實(shí)現(xiàn)裝置的自動提升、傳動定位、機(jī)械手抓取、密封、供水、加壓、卸載要求，又能考慮到其經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性。四、預(yù)期成果根據(jù)裝置的控制要求，選擇合適的控制方案，使得整個裝置能夠完成相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)自動化檢測系統(tǒng)。五、進(jìn)度安排及主要參考文獻(xiàn)10.11.1810.12.31 根據(jù)任務(wù)書，完成調(diào)

17、研和開題報告；11.3.211.3.31 細(xì)化工作任務(wù)，并完成相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)與操作；11.4.111.5.31 完成設(shè)計內(nèi)容；11.6.111.6.10 完成畢業(yè)論文的撰寫，準(zhǔn)備答辯六參考文獻(xiàn)1 趙彤.氣動技術(shù)的發(fā)展及新領(lǐng)域的應(yīng)用J. 液壓氣動與密封, 2004,(2):1-5 2 陳光華,趙金周. 淺談PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計J. 職業(yè), 2010,(21):20-22 .3 陳果. PLC控制步進(jìn)電機(jī)分度的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)J. 可編程控制器與工廠自動化, 2010,(03) :53-544 周璇,王志明. 氣動執(zhí)行器位置伺服控制研究J. 現(xiàn)代機(jī)械, 2009,(02)：23-24 .5 徐文燦. 氣

18、動增壓閥的選型方法J. 液壓氣動與密封, 2004,(06): 4-5.6 鮑燕偉, 吳玉蘭. 一種通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計J. 機(jī)床與液壓, 2006,(09):40-43.7 楊慧娟;潔凈壓縮空氣系統(tǒng)J.液壓氣動與密封.2004，（02）：24-30.8 徐福玲，陳堯明液壓與氣壓傳動M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.9 陳立定電氣控制與可編程控制器 M廣州：華南理工大學(xué)出版社，2007.10 Henning Dierks. PLC-Automata: A New Class of Implementable Real-Time Automata.In ARTS97, LNCS. Sprin

19、ger Verlag, May 1997. 11 Josef Tapken. Interactive and Compilative Simulation of PLC-Automata. In W. Hahn and A. Lehmann, editors, Simulation in Industry, ESS97, pages 552 - 556. SCS, 1997.12 廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2005.13 王永華. 現(xiàn)代電器及可編程控制技術(shù) M.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2002. 14 張萬忠. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.15 張