基于工控机的气密仪控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于工控机的气密仪控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

明零件一方有动静，有破坏等等。 所以检测的原理就相当于是利用一端有基准物作为参考物品，即标准件，另一端是工件，即被测物体。 然后向管内充入气体，达到一定的气压之后，停止充气，并维持一段时间的密封，在一定的时间内，即使有一点泄露，压力感测器都能测量出压差。 如果泄漏量超过了一定值，即压差超过了一定的数值，那么，可以判 断此被测物密封性方面的质量不达标，反之，气密性要求达标，工件的质量合格。 其中充气时间设置为 T1=20s，平衡时间 T2=10s，检测时间 T3=3s，排气时间 T4=10s，检测压差参考值 5kPa。 设最终检测判断时所需数据中，差压传感器读数为 P1，那么差压 P1=△ P；然后设定的最大允许值为 P2，那么就是判断△ P 与 P2 的关系，如果△ PP2，那么，工件质量合格，如果△ P≥ P2，则工件气密性不合格。 图 差压判定示意图 被测件不合格 被测件合格 差压传感器示数 P1 P1/△ PP3 是 否 重庆科技学院本科生毕业设计 方案设计 6 检测过程分析 检测过 程分为 4 个阶段：充气、平衡、检测、排气。 图 气密性检测系统结构图 1)充气 这个阶段就是对硬件系统进行升压的过程，对于系统中的三个电磁阀 SV SV2 及SV3 的状态 进行控制 ，其中进气阀 SV1 和平衡阀 SV2 为打开状态，放气阀 SV3 为关闭状态，首先我们让气体进入到腔内，让气流平稳顺利通过，然后不断的在其中进行积累，以提升系统的压强值，以此来完成对被测工件和参考器件的充气、加压工作。 2）平衡 为了保证测量结果的准确性，保证测量结果的可靠性，需要对标准工件与被测 工件内的气流进行稳定处理，确定没有很大的起伏之后，此时我们关闭电磁阀 SV1（进气阀）和 SV2（平衡阀），保持排气阀没有动作。 接下来我们还需对整个判定做气压的平衡工作，这里关闭进气阀、排气阀就是为了使气压进行维持原有的充气后的压强，关闭平衡阀就是为了隔断被测工件和参考工件之间的气路，以此保证出两端的气压没有受到相互的影响，同时为差压的产生创造条件。 平衡环节是 气密性 检测中的关键 环节 ， 它为 下一步的检测环节做准备，其平衡时间的大小是保证检测准确的重要因素，所以在设定平衡时间时得通过检测环境、工件要求重庆科技学院本科生毕业设计 方案设计 7 进行综 合的选取平衡时间。 3）检测 检测环节是整个气密性测试的核心环节 ，在这个步骤中实现差压式气密性检测，检测需要的时间也要通过细致、 详细 认真地计算来确定。 首先通过度过平衡时间之后，通过差压传感器和压力传感器检测出两端的气压值，然后将这样的物理信号通过传感器的内部装置转化为微弱的电信号，需要通过信号调理电路进行处理， 因为此 信号是不能直接交给中央处理器处理， 还需将此 电压信号经过放大 后 传递到 ARM 主控制器，即将它调理后放大了的信号传送给中央处理器进行运算判断，以此的处理方式进行差压值的计算判断， 然后 将 得到的压强差 值与参考值进行 比较 ， 判断 工件的气密 性是否合格。 图 数据采集传输示意图 4）排气 这是整个过程的最后阶段了，即检测完成后最后环节，我们在这个阶段的工作就是在充气阶段所充入标准工件以及被测工件， 将系统进行降压处理 ， 将电磁阀 SV SV3置于打开状态 ， 将 气体 排放 ，这样就完成整个检测过程。 差压传感器 信号 中央处理器运算 信号调理处理 重庆科技学院本科生毕业设计 方案设计 8 图 检测流程示意图 整个的判定过程就是围绕着这四个环节循环进行的。 不过在检测的过程之中，还需要对工件以及检测系统进行保护设计和操作，比如系统的自检工作，只是这样的操作不需要每次的循环检测都进行，只需要不定期的进行系统的自检，同时也可以通过一些传感参数实时的判断出系统中的一些故障是否存在着。 比如当我们发现在气压传感器中的读数有了变化，而在气压传感器端是标准件，所以这端的气压按照常理说是 不应有任何泄露的，所以可以初步判断可能是压力传感器出现了故障或者是标注件出现了泄露的问题，然后根据近一步的处理，将故障找到并解决问题，为检测做出可行的工作保障，提高检测结果的可靠性。 采用此方案的理由 选择差压式的检测手段，有许多的好处，无论是从检测结果的精度、检测方式的可靠性以及检测手段的先进性方面，都占据着优势。 目前比较流行的气密性检测方式就是利用气体物理特性进行检测，其中主要使用的就是直压式和差压式检测的手段，当然还有真空法、流量法。 其中直压式和差压 式的比较就在于直压式的检测方式就是利用对系统中进行气体充气环节 平衡环节 检测环节 排气环节 开始 结束 重庆科技学院本科生毕业设计 方案设计 9 充入，这与差压式一样的操作，然后使得系统中的气压达到一定的压力条件，并且使气压保持一定的时间后，切断被测工件和气源的联系，然后记录下此时的压力的数值，经过一定的时间之后（一般就是十秒左右），再一次的读取压力的数值，将它与前一次的记录的压力数值进行比较处理，如果被测件有泄漏的问题存在，那么两次的读数就会存在差值，这个差值就是用来反映被测物体的气密性是否良好的一个判断依据。 根据差值的大小，断定出 =被测件的泄露严重情况，如果在一个允许的范围之内，就将这个被测工 件判定为合格的工件，反之不合格。 这个原理与差压式的比较，就可以看出差压式的优点所在，利用差压判断，在检测方面，差压式有使用参考物作为一个判断，通过比较被测物体与“参考物体”的差别来判断工件是否存在着泄露的问题。 而且在检测精度上，差压式更加的精确，结果也更加的可靠。 重庆科技学院本科生毕业设计 硬件 设计 10 3 硬件设计 硬件结构分析 本次课题中设计的差压型气密性检测系统的硬件包括以下几个部分：电磁阀控制模块、电源模块和人机交互模块 、 中央处理模块、数据采集模块、信号调理模块。 接下来详细介绍以下几个 模块的功能应用。 中央处理器模块 中央处理器模块即为（ CPU）核心部件，是一个超大规模的集成电路模块，是整个系统的核心，肩负着运算、控制的作用。 主要包括运算器及控制器这两个核心部分，此外还包括若干的寄存器和高速缓冲存储器，它们之间通过协调工作，完成数据的交换、存储处理，还包括了控制和状态总线。 在本次课题中，中央处理模块的主要功能：是通过主控器实现对其所控制的对象进行命令的发送和数据的收纳处理。 这里中央处理器实现对三个 电磁阀 进行开关 动作的 控制，将系统的各个阶段的气压信 号转变成为电压信号，再由主控器通过 A/D 接口完成对信息的采集， 交给处理器处理， 从而实现一次完整的差压式气密性检测工作流程。 数据采集模块 数据采集模块的主要工作采集 数据，对象是 各种环境变量，这里的工作就是对标准件和被测件之间的压强 差 数值进行采集。 数据采集模块现在的发展有基于远程的数据采集通信模块，将通信芯片、存储芯片集成在同一个电路板之上，使得这个采集模块具有采集、发送数据、接收数据的功能，这样的模块还可以与电脑、手机、单片机通过一些串口相连接，实现数据的采集传输工作。 这里的数据采集模块就是采集差压传感器的数值，通过两者对检测端和参考端的压力数值进行采集，然后将这种物理量通过内部电路转换成微弱的电信号，传送到信号调理电路中处理。 重庆科技学院本科生毕业设计 硬件 设计 11 图 数据采集模块实物图 信号调理模块 信号调理模块也叫做隔离变送器模块，顾名思义，它的工作就是将其它设备产生的177。 V、177。 mV、177。 mA 这种微弱的额电信号，经过它变送处理，生成用户所需要的各种信号，并且隔离传送处理到 PLC/DCS/PC/显示仪等等智能仪器上边去，有效地对采集到的微弱电信号进行处理，还能有效地 防御各设备之间的干扰信号，广泛的应用于化工、石油、制药、冶金、电力、公用事业等等自动化的领域中。 现在信号调理模块已经有了高度的发展，在精度、隔离处理、信号调理功能、可靠性方面都有着很大的进步，为信号的处理带来了很多的额优势，能为用户在信号的隔离、调理、变送方面提供良好的解决方案。 信号调理模块被广泛地应用到流量、压力、液位、温度等仪表的输出端口，完成信号的信号的远距离传送和隔离传输，有效地解决了现场的干扰，对仪表端口进行保护。 这里使用信号调理模块是因为检测到的器件件的压强数值经过处理后得到 的微弱的电信号不适合直接进行模数的转换处理工作，需要经过信号的调理电路对其进行放大，并把电信号放大后转换成电压信号，才能供中央处理器的模数转换电路作进一步的处理。 [15] 重庆科技学院本科生毕业设计 硬件 设计 12 图 信号调理模块实物图 图 信号调理电路图 重庆科技学院本科生毕业设计 硬件 设计 13 电源模块 这里的电源模块的作用是用于信号处理电路中和电磁阀的驱动电路中，为它们提供能量，保证工作的顺利进行。 同时这里电源模块还为差压传感器、绝压传感器提供能量， 如 为传感器提供 +12V的电压，在电磁阀的驱动电路中，提供 +24V 的电 压，为主控器提供 +5V 的 工作 电压，因此电源模块在此发挥着必要的作用。 电磁阀控制模块 电磁阀控制模块的工作就是完成对三个电磁阀的开启和关闭操作，为系统中气体的流通、气压的升降做工作，使用这个模块，实现控制过程的自动化，电磁阀控制模块是整个系统检测的重要组成部分。 同时电磁阀模块能够为整个系统的硬件安全提供保障，比如，当压力达到一定的数值上限，就会对气路或传感器造成伤害，通过中央处理器下达命令，控制电磁阀的开闭，保证系统的设备安全以及操作人员的安全，避免损失。 人机交互模块 这里的人机交互模块就是使用工控机上的 9 寸屏进行显示，通过编程实现操作界面清晰、易懂，全中文的软件界面，实时地对数据进行显示，同时通过界面上的功能按钮实现人为的操作控制，实现各个功能，比如对数据的查询，对系统的自检，手动控制检测流程的运行。 硬件选型 硬件的选型，是用以完成功能的实现不要的阶段，整个硬件系统就是这些模块组合，然后通过软件的协调控制，完成气密性检测的工作。 重庆科技学院本科生毕业设计 硬件 设计 14 差压传感器的选型 TCT3051DP 差压传感器采 用的是最新型设计，体积小、精度高、稳定性好，此种差压传感器的芯体是电容压力传感器，它与智能一体化集成芯片组合，智能电路 HART 总线输出并附带标准 420mA 电流信号 15VDC 电压信号输出，不会发生滞后、疲劳和蜕变现象，工作稳定性强，安全防护措施好。 此差压传感器的特点： 1） 压力测试范围广泛： ； 2） 温度测量范围： 65℃ +150℃； 3） 高精。