基于plc旁通阀的气密性检测装置控制技术学院大学论文.docx
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基于plc旁通阀的气密性检测装置控制技术学院大学论文
分类号：
无锡职业技术学院
毕业设计（论文）
题目一种基于PLC旁通阀的气密性检测装置
英文并列题Aby-passairtightnessdetectiondevicebasedonPLC
院系控制技术学院班级控制21332
学生姓名许颖芝学号2050133236
指导老师
（1）景鑫职称讲师
指导老师
（2）职称
答辩委员会主任主答辩人
二零一六年四月
毕业设计（论文）开题报告
学生姓名
许颖芝
学号
2050133236
班级
控制21332
所属院系专业
控制技术学院智能控制技术专业
指导教师
景鑫
职称
讲师
所在部门
控制学院
毕业设计（论文）题目
一种基于PLC的旁通阀气密性检测装置
题目类型
工程设计（项目）□
论文类☑
作品设计类□
其他□
一、选题简介、意义
旁通阀是废气涡轮增压器的关键部件，一般由旁通膜盒、联动杆、旁通阀阀门等组成。
在涡轮增压系统中，通常设置旁通阀来调节增压压力。
通常柴油机的增压采用废气涡轮增压，旁通阀作为气压感应动作原件，涡轮增压后,可以将过多的压力释放，保证涡轮增压器的安全。
因此一旦旁通阀的气密性产生问题，则易引起安全隐患。
为了保证旁通阀的生产质量，本文设计了一种基于PLC的旁通阀气密性检测装置来检测旁通阀的气密性。
通过该装置，可以检测旁通阀的气密性情况，进而保障其后续的使用安全。
二、课题综述（课题的主要研究内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤，工作方法及措施等）
一、主要研究内容
以PLC为控制核心，通过触摸屏进行检验过程显示。
利用压力传感器检测旁通阀内的压力信号，通过模拟量模块进行A/D转换，在触摸屏上显示实际旁通阀内压力值，此压力值并与设定的标准值进行比较，若与标准值不一致，则做出相应警告。
二、主要解决的问题
1）如何设计旁通阀气密性检测装置的总体设计；
2）如何测量旁通阀内的压力；
3）如何将旁通阀气密性检测的数值传送到触摸屏上；
4）如何将触摸屏里的实际值与标准值进行比较。
三、预期目标
根据项目需求，采用6个相同的压力传感器分别测量6个旁通阀内的压力，从而提高检测效率。
检测得到的实际压力值在触摸屏上显示，并设定一个标准值与实际测量值作比较。
当实际测量值与标准值相同时，绿色指示灯亮，此旁通阀的气密性合格；当实际测量值大于或小于标准值时，红色指示灯亮，此旁通阀的气密性未合格。
四、研究步骤
本课题的工作步骤分为四个阶段：
第一阶段：
查阅文献，市场调研、收集资料、确定课题方案，完成开题报告；
第二阶段：
完成系统构架，进行结构设计、软件设计；
第三阶段：
进行系统模拟及安装调试；
第四阶段：
整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩。
五、工作方法及措施：
工作方法：
本课题主要采用实验法。
措施：
查阅相关资料了解硬件设备的使用及注意事项，基于在实验室所获得的实践经验，在教师指导下，以PLC为基础，设计开发旁通阀气密性检测装置。
3、设计（论文）体系、结构（大纲）
第一章引言
1.1课题的背景
1.2课题研究的意义
第二章总体设计
2.1控制流程图
2.2机械部件结构和功能及示意图
2.3电气总体设计
2.4控制原理及控制系统组成
第三章硬件
3.1硬件设备的选型
3.1.1传感器选型
3.1.2PLC选型
3.1.3触摸屏选型
3.2气密性检测装置的电气原理图
3.3I/O口分配及硬件接线图
第四章软件
4.1PLC编程
4.2触摸屏程序设计
第五章系统调试
5.1硬件调试
5.2软件调试
5.3软硬件联合调试
第六章总结
参考文献
致谢
指导教师意见：
签字：
年月日
院（系）审批意见：
签章：
年月日
毕业设计（论文）任务书
年月日
毕业设计（论文）题目
一种基于PLC的旁通阀气密性检测装置
题目来源
校内
指导教师
景鑫
职称
讲师
所在部门
控制学院
学生姓名
许颖芝
学号
2050133236
班级
控制21332
所属院系专业
智能控制技术
外语翻译要求
3000英语单词的文章（专业相关）翻译成中文，中文语句通顺、合理。
课题需要完成的任务
1、查阅旁通阀气密性检测操作的相关文献、收集资料；
2、提出旁通阀气密性检测系统集成的整体设计方案并进行论证；
3、完成相关PLC变量定义；
4、完成相关PLC和触摸屏功能的设计与实现；
5、完成相关程序设计及调试；
6、完成论文一份，包括课题的任务、设计画面、程序等。
课题
计划安排
序号
内容
时间安排
1
查找相关资料，完成英译汉
3.21-4.1
2
进行系统方案的设计、论证
4.2-4.9
3
进行旁通阀气密性检测装置的设计
4.10-4.22
4
完成相关程序设计及调试
4.23-5.5
5
完善毕业论文
5.6-5.11
计划答辩
时间
5月14日
答辩提交资料
英译汉、论文
教研室主任审核意见
签名：
一种基于PLC的旁通阀气密性检测装置
摘要：
本文设计了一种基于PLC的旁通阀气密性检测装置来检测旁通阀的气密性，通过该装置，可以检测旁通阀的气密性情况且可对气密性检测过程数据进行采集。
此装置的控制系统通过与触摸屏的结合，可以将采集的数据实时在触摸屏上显示，且PLC对数据进行分析并做出相应的警告措施。
进行气密性检测可对旁通阀是否能够投入使用，提供了准确的数据指标。
减少甚至避免投入使用中事故的发生，达到安全使用的目的。
关键词：
气密性；PLC；A/D转换模块；压力传感器；触摸屏
Abstract
Abstract:
Inthispaper,wedesignaby-passairtightnessdetectiondevicebasedonprogrammablelogiccontroller（PLC）todetecttheby-passvalvetightness,throughthedevice,candetectgastightnessofbypassvalveandairtightnessdetectionprocessdataacquisition.Thisdeviceofcontrolsystemwiththecombinationoftouchscreen,acquisitionofdatacanbereal-timedisplayedonthetouchscreen,PLCandanalyzethedataandmakesthecorrespondingwarningmeasures.Airtightnesstestcanbypassvalvecanbeputintouse,providestheaccuratedata.Reduceorevenavoidputintouseintheaccident,achievethegoalofsafeuse.
Keywords:
Airtightness,PLC,A/Dconversionmodule,Pressuresensor,touchscreen
毕业设计说明书目录
一、引言
1.1课题的背景………………………………………………………………1
1.2课题研究的意义…………………………………………………………1
1.3本文的主要研究内容……………………………………………………2
二、总体设计
2.1气密性检测系统概述……………………………………………………3
2.2电气总体设计……………………………………………………………3
2.3控制原理及控制系统组成………………………………………………4
2.3.1控制原理…………………………………………………………4
2.3.2控制系统组成……………………………………………………5
三、硬件设计
3.1硬件设计方案……………………………………………………………6
3.2传感器选型………………………………………………………………6
3.3PLC选型…………………………………………………………………7
3.3.1PLC的I/O口分配………………………………………………9
3.3.2模拟量模块输入输出定义号分配………………………………9
3.3.3PLC的外部接线图………………………………………………10
3.3.4模拟量模块的外部接线图………………………………………10
3.4触摸屏选型………………………………………………………………11
四、软件设计
4.1软件设计方案……………………………………………………………13
4.2PLC程序设计……………………………………………………………13
4.2.1信捷PLC编辑工具软件的使用……………………………………13
4.2.2PLC编程……………………………………………………………15
4.3触摸屏画面设计…………………………………………………………18
4.3.1TouchWin编辑工具的使用………………………………………18
4.3.2触摸屏画面编辑…………………………………………………19
五、系统联调
5.1硬件调试……………………………………………………………………21
5.2软件调试……………………………………………………………………21
5.3软硬件联合调试……………………………………………………………22
六、总结………………………………………………………………………………24
七、致谢………………………………………………………………………………25
八、参考文献…………………………………………………………………………26
九、附录………………………………………………………………………………27
第一章引言
1.1课题的背景
在现代工业生产中，产品的生产过程越来越复杂，产品的质量要求越来越高。
气密性是考核产品工艺的一个重要标准，通过气密性检测已经成为确保机械零部件产品质量的重要测试手段。
产品在使用过程中，如果发生了泄露问题，轻则产品的功能受到影响，重则引起重大事故，例如火灾、爆炸，带来不可挽回的损失。
为保证产品质量，保障生命安全，减少经济损失，密封产品都要进行气密性检测。
除此之外，人们对气密性检测的精度要求在提高。
传统气密性检测精度低，容易受人为因素干扰，产生错误判断，影响检测结果。
另外，传统检测局限于定性检测，采用传统检测方法，就必须根据产品的特性，选取相应的气密性检测设备，费时费力，检测效率比较低。
随之自动化水平提高，现在工业上常见的检测气密性方法有利用PLC控制检测，从而实现检测自动化，不仅提高了检测效率，而且检测的精密度得到进一步提升。
1.2课题研究的意义
旁通阀是废气涡轮增压的关键部件，而涡轮增压技术广泛运用于工业领域，尤其是汽车业。
在我国，工业化和城镇化加速发展，汽车需求量不断增加，汽车销售量每年都在快速增长，因此旁通阀的产品质量已在影响人们的日常生活安全，并且其影响在现代社会中日益增强。
旁通阀由旁通膜盒、联动杆、旁通阀阀门等机械部件组成。
在涡轮增压系统中，通常设置旁通阀来调节增压压力。
旁通阀是通过压气机压力来控制动作的，当涡轮增压器在增压时，若进气管内的增压压力达到最大极限压力，此时高压推动膜片让一些废气不经过涡轮机叶轮从旁路泄掉，从而进行减压，最终减到正常增压压力。
使用旁通阀目的是为了避免发动机在超负荷状态下工作，这样发动机的安全性能就可以的得到有效改善，机械效率得到提高，发动机的使用寿命增加。
涡轮增压后，旁通阀可释放过多压力，作为感应动作元件，在涡轮增压器中起到重要的作用。
旁通阀的密封性不够好，产生泄露，使得增压压力不足，涡轮增压器达不到预期作用；或者旁通阀上的放气膜片损坏，不能及时排气，增压压力过度，危险系数很高。
因此对旁通阀的气密性检测是十分有必要的。
为实现检测精确化，操作简易化，操作过程直观化，因此加入了可编程控制PLC。
PLC是一个具有高稳定性、高性能、易于控制的装置，在工业控制中，不仅需要利用PLC实现复杂的控制逻辑，而且PLC编程简单、易于使用。
使用自动控制系统能有效抬高安全出产，减少事故率，升高检测效率。
1.3主要研究内容
本设计是以压力检测标准为设计依据，以PLC和触摸屏相结合的控制及压力传感器感应压力为基础开发的气密性检测系统。
该系统分为三个阶段：
检测采集数据阶段，数据转换阶段和数据比较阶段，主要实现检测采集旁通阀内的压力并及时显示压力值，且与正常情况判断旁通阀是下的标准值比较，以此否符合工业生产的标准，是否能够投入使用。
基于这些要求，本课题需要完成的主要内容有：
1.气密性检测系统的总体结构设计；
2.气密性检测系统的硬件设计及电路设计；
3.气密性检测控制系统的软件设计；
4.气密性检测系统的调试。
第二章总体设计
2.1气密性检测系统概述
旁通阀气密性检测采用直压式检测法，系统以传感器直接来检测气密性。
现在，传感器的精度较高，这样弥补了传统检测方式的检测错误率高的缺陷。
在对检测数据采集过程中使用A/D转换模块，将采集的模拟量转成数字量，得到相关检测数据，在触摸屏上就可以显示旁通阀内的实时压力数值。
再利用所编的PLC程序进行数据的比较，形成对被测旁通阀的决策判定，为旁通阀的实际应用提供了有效保证。
2.2电气总体设计
本设计针对生产流水线上生产的未检验的旁通阀，进行产品批量合格检验，以此判定其是否合格、能否使用。
本设计采用6个压力传感器同时测量6个旁通阀内的压力，把压力传感器对应的气管接到旁通阀的排气口，作业人员按下启动按钮后，旁通阀静置1分钟,等待旁通阀内的压力相较稳定时检测。
之后每个传感器输出一个电信号到A/D转换模块，A/D转换模块将模拟量进行A/D转换，得到6个数字量传输到PLC中。
通过编程，将这些数字量再转化成实际测量值；PLC与触摸屏连接，便可在触摸屏上显示实际测量压力值。
在触摸屏上预设一个标准值，与实际测量值作比较。
要做到检测绝对没有误差，这是不现实的，考虑到实际测量仍有误差存在，在数据比较前设定最大允许误差。
当实际测量值在标准范围内，绿色指示灯亮，表示旁通阀气密性达到要求，可以投入使用；当实际测量值大于标准范围值，红色指示灯亮，表示旁通阀内压力过大，未能及时减压；当实际测量值小于标准范围值，黄色指示灯亮，表示旁通内压力不足，可能存在泄露。
其系统工作流程图如
图1。
图1：
系统工作流程图
2.3控制原理及控制系统组成
2.3.1控制原理
系统进入运行环境后，预设一个旁通阀压力的标准值，以此标准值与测量值比较，按下启动按钮X0后，线圈M0得电，系统进入检测并采集数据阶段。
传感器对旁通阀内压力的检测是整个系统最基本的部分。
传感器的动作受到PLC的控制，PLC根据设定的时间来控制传感器是否采集检测数据。
所以在检测并采集数据阶段中，系统延时1分钟，使得旁通阀内的压力相较稳定，这样检测的结果较符合实际情况。
定时1分钟后，6个压力传感器自动检测压力。
传感器输出的是一个电信号，加入A/D模块就能够将采集的电信号转化成数字信号，此时系统进入数据转换阶段。
A/D转换模块与PLC连接，再利用编程，可将数字信号传输到PLC中。
通过程序运算把数字量转化成实际数值。
触摸屏连接PLC，实际测量值就可在触摸屏上显示，系统进入比较阶段。
在数据比较阶段中，PLC的编程将实际数值与正常状态下的预设标准比较。
绿色指示灯亮，说明旁通阀气密性合格；红色指示灯亮，说明旁通阀内压力过大；黄色指示灯亮，说明旁通阀内压力不足，该旁通阀存在泄露。
按下停止按钮X1后，线圈M0失电，整个系统随时可以停止运行。
2.3.2控制系统组成
本设计的控制系统主要为检测过程数据的采集比较，该控制系统由PLC、A/D转换模块、压力传感器、触摸屏以及开关组成，如图2。
图2：
系统框架
第三章硬件设计
3.1硬件设计方案
此次设计涉及到的主要硬件设备有压力传感器、PLC、A/D转换模块和触摸屏，共同组成了气密性检测系统。
本设计对气密性检测的方法为直压式检测法，直压式是以压力传感器直接对待测旁通进行压力检测。
只要将压力传感器对应的气管接到旁通阀内，这样就可以进行检测其中的压力，以测量的压力作为依据，判断旁通阀的气密性。
此方法原理简单，操作直接方便。
传感器检测压力，最终输出的是一个标准电信号，而设计要求是将检测的压力值在触摸屏上显示，所以加入A/D转换模块是很有必要的。
在设计中以PLC为控制中心，触摸屏从中辅助，实现检测自动化。
触摸屏主要是起到显示作用，PLC对检测采集的数据加以运算分析，其检测结果在触摸屏上显示。
本文触摸屏还起到输入数据的作用，标准值和允许误差的设定，都是通过触摸屏设置的。
设置的这些数据，运用到PLC程序的运算，因此本设计中触摸屏与PLC之间联系十分紧密。
3.2传感器选型
传感器作为与旁通阀有直接联系的部件，其选型尤为重要。
传感器的精密性决定了检测结果的精密度，且旁通阀内的温度和压力都非常高，对传感器的性能，产品质量，使用年限都有很高的要求。
本设计的压力检测方法是直压检测法，需要传感器能够测量230KPa的压力，能够适应120℃左右的高温。
本文采用的是金湖金盛仪表有限公司生产的WL800小巧型压力传感器，如图3为压力传感器实物。
该传感器能将测压元件传感器感应到的气体、液体等压力参数转化成标准电信号，可以在本设计要求的恶劣高温高压环境下工作，精度高，稳定性好，广泛应用于石油、化工、电力等行业的压力测量和过程控制。
此传感器的主要技术指标如下：
量程范围在0～600KPa,输出信号：
4～20mA的直流电信号,供电电源：
24V直流电源,精度等级：
±0.5级FS，工作温度：
-40～130℃，过载压力：
±120%FS。
如图3是WL800压力传感器的实物。
图3：
WL800压力传感器实物图
3.3PLC选型
PLC是本设计的硬件核心所在，控制着整个系统的运行。
本设计选用了信捷XD系列可编程控制器。
XD系列PLC在温度、压力、流量、液位等过程系统中得到了广泛的应用。
XD系列具备充实的基本功能，可以更好的满足现场各种控制需求，其外形小巧，安装方便。
XD系列PLC基本单元一般可支持10个不同种类、信号的扩展模块。
具备1～4个通讯口，支持RS232、RS485，可连接多种外部设备，如变频器，触摸屏等。
该系列扩展模块有输入输出扩展模块、模拟量扩展模块、温度扩展模块、混合扩展模块。
本设计选用的是其中的XD-E4AD型号的模拟量输入模块,其模拟量输入既可以都是输入电流值，也可以都是输入电压值。
电压输入范围有0～5V和0～10V两种，电流输入是0～20mA或4～20mA。
该模块将4通道模拟量输入值转化为数字值，再将所得到的数字值传输到PLC的寄存器中，且与PLC进行实时数据交互。
本设计要求要有6路模拟量输入，XD-E4AD模拟量输入模块是4通道输入输出，因此在设计中加入了2台此特殊功能扩展模块。
所选传感器的输出电信号电流为4～20mADC，该模拟量输入模块可以接收这个范围的电流。
图4为XD-E4AD模拟量输入模块输入模拟量与输出数字量之间的关系。
图4：
模拟量与输出数字量之间的关系
所选择PLC为信捷公司开发研制的XD3-48RT-E型,输出类型是晶体管继电器混合，输入类型为NPN型，电源类型为交流220V。
之所以选这款PLC的原因：
1.这个设计所需要，输入要8个点，输出点较多，要18个点。
而这款PLC可以满足I/O点数的需求，其I/O点数为48点，输入、输出点分别为28、20点；
2.运用这款PLC的扩展模块较为方便，该系列扩展模块里有模拟量处理模块，较适用于本设计过程控制系统；
3.本设计需要两个XD-E4AD型号的模拟量输入模块，此PLC最多可支持10个扩展模块的连接；
4.信捷公司开发生产的PLC经济实惠,性能优良。
图5为所选信捷PLC的基本单元和模拟量输入模块，并有其各部分的说明。
图5：
PLC的基本单元和模拟量扩展模块
基本单元各部分介绍:
其中①部分是输入和电源输入端子，接线后，实现信号的输入；⑥部分是输出和电源接入端子，接线后，实现信号的输出；②和⑤都是标签，以告知用户PLC的端子排列情况。
③和④为通讯口，用来与其他设备连接，进行通信；⑪、⑦和⑫分别为输入、输出动作指示灯和系统指示灯，PLC运行时，观察可检查其运行状况；⑧扩展模块接入口；⑨安装孔；⑩端子台安装/拆卸螺丝。
模拟量扩展模块各部分介绍：
⑬是扩展模块连接电缆，与PLC上的⑧相连，从而实现PLC的扩展功能；扩展模块再通过与⑯扩展模块接入口，可实现与更多模块连接。
⑰和⑭都是端子；⑮是扩展模块的系统指示灯。
3.3.1PLC的I/O口分配
本设计所需要的输入点有8个，输出点有18个点。
如表1。
表1I/0口分配
PLC的I/O地址
连接的外部设备
在控制系统的作用
X0
启动按钮
启动系统运行
X1
停止按钮
停止系统运行
X2、X3、X4、X5、X6、X7
停止按钮
分别停止待测旁通阀的气密性检验
Y0、Y1、Y2
A组的绿色、红色、黄色指示灯
说明A组旁通阀气密性是否符合标准
Y3、Y4、Y5
B组绿色、红色、黄色指示灯
说明B组旁通阀气密性是否符合标准
Y6、Y7、Y10
C组绿色、红色、黄色指示灯
说明C组旁通阀气密性是否符合标准
Y11、Y12、Y13
D组绿色、红色、黄色指示灯
说明D组旁通阀气密性是否符合标准
Y14、Y15、Y16
E组绿色、红色、黄色指示灯
说明E组旁通阀气密性是否符合标准
Y17、Y20、Y21
F组绿色、红色、黄色指示灯
说明F组旁通阀气密性是否符合标准
3.3.2模拟量模块输入输出定义号分配
XD系列模拟量模块不占用I/O单元，此模块将转换的数字量直接送入PLC的数据寄存器中。
本设计需要6路模拟量输入，XD-E4AD模拟量输入模块是4通道输入输出，所以第2台扩展模块只要用到两个通道。
通道对应的数据寄存器定义号如表2。
表2第一、第二模拟量输入模块寄存器定义号
模块
通道
AD信号
模块一
0CH
ID10000
1CH
ID10001
2CH
ID10002
3CH
ID10003
模块二
0CH
ID10100
1CH
ID10101
3.3.3PLC的外部连接图
PLC与模拟量模块相连接,同时还与触摸屏相连,如图6。
图6：
PLC与其他硬件设备的连接图
图7：
PLC的外部连接图
3.3.4模拟量模块的外部连接图
其中一个模拟量模块与传感器的外部接线，如图8。
另一模块按照同样的方法接线，但该模块只使用2个通道。
图8：
模拟量模块外部接线图
表3模拟量模块端子的解释说明
通道
端子名
信号名
CH0
AI0
电流
升级会员 