1、 2011屆畢業設計（論文）開題報告題 目 煤氣閥氣密性自動檢測裝置控制系統設計 學 院 機械工程學院 專 業 機械電子工程 姓 名 朱龍智 班 級 07機電1W 指導教師 _ 張鎖榮_ 設計地點 江蘇技術師范學院 起止日期 2010年11月18日2011年6月10日 2010年 12月 25日畢業設計（論文）開題報告一、課題的意義目的 近期國家陸續提出了裝備業振新規劃，隨著國家經濟水平的提高，化工設計行業對閥門制造業的要求也越來越高，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、管和設備內的介質（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、各種低溫工程、宇航以及海洋采油等國民經濟各部門不可缺少的流體控制設備。閥門作為一個流體輸送的組件，近年來，隨著國民經濟增長閥門行業的發展非常迅速。“十一五”及未來若干年，中國石油化工、天然氣、冶金行業，電力、城市建設等各行業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到345億元，因此，閥門行業有著巨大的市場發展空間。而對于球閥質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。閥體的水壓性實驗是用來檢測閥體的強度。其檢測方法

3、是將閥門兩端法蘭封死，將閥門半開關，用水打壓至設計壓力的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法蘭封死，將閥門全關，向封閉側通入壓縮空氣，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驗。對于第一和第三個實驗市場上都有許多相應的自動化檢測裝置。而第二種實驗的自動化檢測裝置則幾乎沒有。第二個實驗主要是通過人工、機械進行檢測。在檢測時首先是人工將閥門單側法蘭封死，然后再進行裝夾，在這個過程中對于小的閥體可以通過人工的搬運，但對于大的閥體則需通過機械來完成。在裝夾完之后則需利用機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。發現閥體中有氣泡逸出，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，提出來進行檢查是否是人為因素造成的。是則需重復檢測動作。在檢測完之后還要利用機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大量的時間和勞動力，而且檢測的效果也不好，但是這個實驗又是必不可少的。在這樣的背景下，一個既能夠準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。其動作的詳細過程是通過上料自動小車運輸到檢測裝置中，經機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械手把閥體提起至下料運輸小車，由下降運輸電機經絲桿驅動下料車從下料側運出，同時準備下一個天然氣調節閥閥體的檢測。該課題將最終設計出相應的裝置并要求實現產品的自動提升、傳動定位、機械手抓取、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上完成，所以該設計必然包括一定量的控制點的設計。該裝置的成功

6、設計將對于整個閥門行業有著一定的影響。因為它改變了傳統球閥閥體試驗的單一性、低效率、低自動化程度的缺點。它最終將提供一個系列化、批量化試驗平臺。為企業的效益的提高有著重要的意義。同時該裝置的成功設計使得球閥在石油化工中的應用中有更廣闊的應用空間。由于該裝置自動化程度的提高，使得批量化，規模化試驗得以實現。這將大大提高工作的效率，為整套裝置的安全運行提供更加有效地保證。二、主要設計（研究）內容1裝置的基本原理 本次設計主要針對球閥閥體進行氣壓試驗，所謂球閥閥體氣壓試驗是指對于球閥的閥體內充氣加壓并將其全部侵入水下進行觀察，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。將閥推到機械手的正下方，機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。機械手將閥體送至檢測的水槽中、機械手松開、提升。先對閥的位置進行校正，然后機械手向下對閥的上端進行密封。通過法蘭盤和O型密封圈進行左右密封，向水槽充水和充氣，當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，機械手夾緊閥體并提升。將底座推至機械手下方，機械手落下并松開，機械手提升至不干涉閥體，底座后退，然后落下，卸下閥。同時準備下一個天然氣調節閥閥體的檢測。在這些動作中底座的上下是利用

8、絲杠和電動機傳動來實現，底座的水平移動和機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 檢查小車是否在預定位置移上閥體右側電機得電（右側提升小車上升）右側提升小車壓右側上側限位開關（電機準停，小車停止上升）右側提升小車氣缸電磁閥得電（推動小車向左平穩行駛）右側提升小車壓限位開關后（小車停止)控制機械手氣缸電磁閥得電（機械手打開）立氣缸電磁閥得電（立氣缸下移）壓限位開關后（立氣缸停止動作)控制機械手氣缸電磁閥得電(機械手閉合)立氣缸電磁閥得電(立氣缸上移)壓限位開關后（立氣缸停止動作)右側小車氣缸電磁閥得電（推動小車向右平穩行駛）小車壓右側上側

9、限位開關（氣缸停止動作，小車下降）立氣缸電磁閥得電（立氣缸向下運動把閥體送到水箱底面）控制機械手氣缸電磁閥得電（機械手打開）立氣缸電磁閥得電（立氣缸向上運動）壓限位開關后（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（立氣缸向下運動使上密封盤與閥體上端口實現密封并保壓）控制前后氣缸電磁閥得電（推動密封盤向閥體方向運動使閥體與前后密封盤密封并保壓）水閥得電（進水）到達水位開關設定值（停止加水）電磁閥得電（充氣)到達壓力開關預定值（停止充氣）電磁閥失電（保壓10分鐘）電磁閥得電（泄載）到達

10、壓力開關預定值（停止泄載）水閥得電（排水）到達水位開關設定值（停止排水）左側電機得電（左側小車上升）控制機械手氣缸電磁閥得電（機械手閉合）立氣缸電磁閥得電（立氣缸上移）壓限位開關后（立氣缸停止動作) 小車壓左側上側限位開關（電機停止）左側卸料小車氣缸電磁閥得電（推動小車向右平穩行駛）左側卸料小車壓限位開關后（小車停止前進）立氣缸電磁閥得電（立氣缸下移）壓限位開關后（立氣缸停止動作)控制機械手氣缸電磁閥得電（機械收打開）立氣缸電磁閥得電（立氣缸上移）壓限位開關后（立氣缸停止動作)左側卸料小車小車氣缸電磁閥得電（推動小車向左平穩行駛）左側卸料小車壓左側上側限位開關（小車停止后退）左側電機得電（左側

11、卸料小車下降）壓限位開關（小車停止下降）。 3.做好本設計的前提工作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：使用機械-接觸器、繼電器小車的上下移動用電動機帶動兩根絲杠來實現，左右移動同樣可已通過在小車的底下裝一個電動機，通過齒輪傳動帶動絲杠來實現，但考慮到小車加上零件的重量，有可能使絲杠發生彎曲變形，會導致絲杠的失效；零件的提起，可以利用電磁的方法來實現，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；通過空氣壓縮機向閥體中充氣；可以利用一個三位中封式的閥來實現保壓。利用水泵來進行水的快速添加與抽

12、取。利用交流接觸器來控制電機的正反轉，實現小車的上下移動；上升到限位時，觸動行程開關，控制接觸器線圈的通電與失電，電機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現；利用斷電延時繼電器，實現保壓時間的要求。第二種方案：使用氣壓-接觸器、繼電器小車上下移動，通過電機帶動絲杠來實現。提升到限位時，觸動行程開關，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來實現。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。用PLC控制電機，由電機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。以上幾種不同的方案主要的區別在于是用PLC控制還是用常規的電器控制、及用

14、液壓系統還是用氣壓系統。三、設計方案本設計可供選擇的方案有：1.采用PLC-氣壓進行控制。PLC來控制控制電機的轉動，實現小車的上下位。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-繼電器和液壓進行控制。 方案確定：1.PLC是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復

15、雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調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應用于生產實踐。2.氣壓較與液壓的優點(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）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，都是說多少MP

16、a和多少公斤）高了，驅動力也就大了。(2)液壓的控制回路比氣動的復雜(3)氣動比液壓維修要方便些。(4)氣壓系統較于液壓系統簡單。(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現裝置的自動提升、傳動定位、機械手抓取、密封、供水、加壓、卸載要求，又能考慮到其經濟型、實用性。四、預期成果根據裝置的控制要求，選擇合適的控制方案，使得整個裝置能夠完成相應的動作，實現自動化檢測系統。五、進度安排及主要參考文獻10.11.1810.12.31 根據任務書，完成調

17、研和開題報告；11.3.211.3.31 細化工作任務，并完成相關軟件的學習與操作；11.4.111.5.31 完成設計內容；11.6.111.6.10 完成畢業論文的撰寫，準備答辯六參考文獻1 趙彤.氣動技術的發展及新領域的應用J. 液壓氣動與密封, 2004,(2):1-5 2 陳光華,趙金周. 淺談PLC控制系統的設計J. 職業, 2010,(21):20-22 .3 陳果. PLC控制步進電機分度的設計與實現J. 可編程控制器與工廠自動化, 2010,(03) :53-544 周璇,王志明. 氣動執行器位置伺服控制研究J. 現代機械, 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. 一種通用氣動機械手的控制設計J. 機床與液壓, 2006,(09):40-43.7 楊慧娟;潔凈壓縮空氣系統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：機械工業出版社，2007.9 陳立定電氣控制與可編程控制器 M廣州：華南理工大學出版社，2007.10 Henning Dierks. PLC-Automata: A New Class of Implementable Real-Time Automata.In ARTS'97, LNCS.

19、Springer Verlag, May 1997. 11 Josef Tapken. Interactive and Compilative Simulation of PLC-Automata. In W. Hahn and A. Lehmann, editors, Simulation in Industry, ESS'97, pages 552 - 556. SCS, 1997.12 廖常初.S7-300/400PLC應用技術M.北京：機械工業出版社 2005.13 王永華. 現代電器及可編程控制技術 M.北京：北京航天航空大學出版社，2002. 14 張萬忠. 可編程控制器應用技術 M. 北京：化學工業