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1、 2011 届毕业设计（论文）开题报告题 目 煤气阀气密性自动检测装置控制系统设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械电子工程 姓 名 朱龙智 班 级 07 机电 1W 指导教师 _ 张锁荣_ 设计地点 江苏技术师范学院 起止日期 2010 年 11 月 18 日2011 年 6 月 10 日 2010 年 12 月 25 日毕业设计（论文）开题报告一、课题的意义目的近期国家陆续提出了装备业振新规划，随着国家经济水平的提高，化工设计行业对阀门制造业的要求也越来越高，在如今城市天然气使用越来越普及国家西气东输工程的逐渐深入的背景下，球阀的使用将有更广阔的应用前景。尤其是对阀门的性能的可靠性、耐用
2、性等要求越来越高。阀门是控制配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止、并能控制其流量的装置。是石油、化工、电站、长输管线、造船、核工业、各种低温工程、宇航以及海洋采油等国民经济各部门不可缺少的流体控制设备。阀门作为一个流体输送的组件，近年来，随着国民经济增长阀门行业的发展非常迅速。“十一五”及未来若干年，中国石油化工、天然气、冶金行业，电力、城市建设等各行业对阀门有大量的需求。在“十一五”期间，中国对阀门的需求总量达到345 亿元，因此，阀门行业有着巨大的市场发展空间。而对于球阀质量的保证主要有三个方面。一是阀体水压性试验；二是阀体气压性试验；三是装配时球体密闭性试验。阀体的水压性实验
3、是用来检测阀体的强度。其检测方法是将阀门两端法兰封死，将阀门半开关，用水打压至设计压力的 1.5 倍。阀体的气压性试验是检测阀门的密封性。其检测方法是将阀将阀门单侧法兰封死，将阀门全关，向封闭侧通入压缩空气，检测阀门密封的密封性。装配时球体密闭性试验是用来检测整个阀装配好时的密封性。检测的是第二种阀的气压性实验。对于第一和第三个实验市场上都有许多相应的自动化检测装置。而第二种实验的自动化检测装置则几乎没有。第二个实验主要是通过人工、机械进行检测。在检测时首先是人工将阀门单侧法兰封死，然后再进行装夹，在这个过程中对于小的阀体可以通过人工的搬运，但对于大的阀体则需通过机械来完成。在装夹完之后则需利
4、用机械将工件提起防置水槽中，再向水槽中加水，通高压气体来检测。发现阀体中有气泡逸出，但是不能确定阀的气密性不符合要求，很有可能是密封法兰时没有密封好，这样就要先将阀中压力和水槽中水泄掉，提出来进行检查是否是人为因素造成的。是则需重复检测动作。在检测完之后还要利用机械将阀从水槽提出来，人工卸下工件。这样的检测方法将耗费大量的时间和劳动力，而且检测的效果也不好，但是这个实验又是必不可少的。在这样的背景下，一个既能够准确的判断出阀的气密性是否符合要求又能够快速的检测的装置就有着迫在眉睫的应用需要。该课题就是从这个需要之中由来的。该装置的主要要求就是能够完成除了人工装卸工件之外的所有动作。即能够自动的
5、提升工件，利用机械手完成工件的抓取。在密封不符合要求时，能够快速的校正，再次密封。其动作的详细过程是通过上料自动小车运输到检测装置中，经机械手提起并放入到指定位置，然后通过法兰盘和 O 型密封圈进行左右、上下密封。自动添加水，供水把整个阀体浸入在水中，自动通气的装置向阀体通入高压气体，检测阀体的气密性。检测完阀体以后由机械手把阀体提起至下料运输小车，由下降运输电机经丝杆驱动下料车从下料侧运出，同时准备下一个天然气调节阀阀体的检测。该课题将最终设计出相应的装置并要求实现产品的自动提升、传动定位、机械手抓取、密封、供水、加压、卸载等功能，同时这一系列动作将在一定自动化程度的基础上完成，所以该设计必
6、然包括一定量的控制点的设计。该装置的成功设计将对于整个阀门行业有着一定的影响。因为它改变了传统球阀阀体试验的单一性、低效率、低自动化程度的缺点。它最终将提供一个系列化、批量化试验平台。为企业的效益的提高有着重要的意义。同时该装置的成功设计使得球阀在石油化工中的应用中有更广阔的应用空间。由于该装置自动化程度的提高，使得批量化，规模化试验得以实现。这将大大提高工作的效率，为整套装置的安全运行提供更加有效地保证。二、主要设计（研究）内容1装置的基本原理本次设计主要针对球阀阀体进行气压试验，所谓球阀阀体气压试验是指对于球阀的阀体内充气加压并将其全部侵入水下进行观察，检查有无泄漏的过程。该阀有四个口，在
7、检测时要将四口都要密封。要对一个阀进行检测，首先先要将阀装在一个底座上，然后将阀提升至一定高度。将阀推到机械手的正下方，机械手向下抓起阀体提升至一定高度。使阀体与底座脱离，底座后退并下降。机械手将阀体送至检测的水槽中、机械手松开、提升。先对阀的位置进行校正，然后机械手向下对阀的上端进行密封。通过法兰盘和 O 型密封圈进行左右密封 ，向水槽充水和充气，当水位和气压都到了要求时停止，并保压。时间到泄水、泄压同时另一边的底座上升，水和气泄到要求时，前后密封装置退回，机械手夹紧阀体并提升。将底座推至机械手下方，机械手落下并松开，机械手提升至不干涉阀体，底座后退，然后落下，卸下阀。同时准备下一个天然气调
8、节阀阀体的检测。在这些动作中底座的上下是利用丝杠和电动机传动来实现，底座的水平移动和机械手的夹紧和移动是利用气缸。气缸的动作位置的确定有行程开关来确定。2.该装置的电气具体的动作要求检查小车是否在预定位置移上阀体右侧电机得电（右侧提升小车上升）右侧提升小车压右侧上侧限位开关（电机准停，小车停止上升）右侧提升小车气缸电磁阀得电（推动小车向左平稳行驶）右侧提升小车压限位开关后（小车停止)控制机械手气缸电磁阀得电（机械手打开）立气缸电磁阀得电（立气缸下移）压限位开关后（立气缸停止动作)控制机械手气缸电磁阀得电(机械手闭合)立气缸电磁阀得电(立气缸上移)压限位开关后（立气缸停止动作)右侧小车气缸电磁阀
9、得电（推动小车向右平稳行驶）小车压右侧上侧限位开关（气缸停止动作，小车下降）立气缸电磁阀得电（立气缸向下运动把阀体送到水箱底面）控制机械手气缸电磁阀得电（机械手打开）立气缸电磁阀得电（立气缸向上运动）压限位开关后（立气缸停止动作)控制前后气缸电磁阀得电（推动密封盘向阀体方向运动使阀体与前后密封盘第一次找正）控制前后气缸电磁阀得电(推动密封盘离开阀体）立气缸电磁阀得电（立气缸向下运动使上密封盘与阀体上端口实现密封并保压）控制前后气缸电磁阀得电（推动密封盘向阀体方向运动使阀体与前后密封盘密封并保压）水阀得电（进水）到达水位开关设定值（停止加水）电磁阀得电（充气)到达压力开关预定值（停止充气）电磁阀
10、失电（保压 10 分钟）电磁阀得电（泄载）到达压力开关预定值（停止泄载）水阀得电（排水）到达水位开关设定值（停止排水）左侧电机得电（左侧小车上升）控制机械手气缸电磁阀得电（机械手闭合）立气缸电磁阀得电（立气缸上移）压限位开关后（立气缸停止动作) 小车压左侧上侧限位开关（电机停止）左侧卸料小车气缸电磁阀得电（推动小车向右平稳行驶）左侧卸料小车压限位开关后（小车停止前进）立气缸电磁阀得电（立气缸下移）压限位开关后（立气缸停止动作)控制机械手气缸电磁阀得电（机械收打开）立气缸电磁阀得电（立气缸上移）压限位开关后（立气缸停止动作)左侧卸料小车小车气缸电磁阀得电（推动小车向左平稳行驶）左侧卸料小车压左侧
11、上侧限位开关（小车停止后退）左侧电机得电（左侧卸料小车下降）压限位开关（小车停止下降） 。3.做好本设计的前提工作1.熟练掌握气压传动和电气控制及 PLC 方面的知识。2.对该装置的动作过程有一定的了解。4.方案论证：第一种方案：使用机械-接触器、继电器小车的上下移动用电动机带动两根丝杠来实现，左右移动同样可已通过在小车的底下装一个电动机，通过齿轮传动带动丝杠来实现，但考虑到小车加上零件的重量，有可能使丝杠发生弯曲变形，会导致丝杠的失效；零件的提起，可以利用电磁的方法来实现，在提升装置上装一个大的电动吸盘，将线圈通电，就可以将零件吸住提起；通过空气压缩机向阀体中充气；可以利用一个三位中封式的阀
12、来实现保压。利用水泵来进行水的快速添加与抽取。利用交流接触器来控制电机的正反转，实现小车的上下移动；上升到限位时，触动行程开关，控制接触器线圈的通电与失电，电机通过丝杠传动推动小车完成左右移动；对于工件的提起与密封可通过同样的控制来实现；利用断电延时继电器，实现保压时间的要求。第二种方案：使用气压-接触器、继电器小车上下移动，通过电机带动丝杠来实现。提升到限位时，触动行程开关，继电器得电，气缸电磁换向阀打开，气压缸推动小车完成左右移动；利用一个简易的由气缸控制的机械手，完成工件的抓取。交流接触器控制电磁换向阀的得电与失电，控制气缸的伸缩完成对阀的密封。在这个过程中，对位置要求的都是通过行程开关
13、来实现。其他的动作要求与上方案一样。第三种方案:使用气压PLC此方案与第二种方案基本一致，主要区别在于此方案是用 PLC 程序来完成上方案中由电器组成的控制系统。用 PLC 控制电机，由电机带动丝杠带动小车上下移动。PLC 控制电磁换向阀的得电与失电，来控制气缸的伸出与缩回，完成小车的左右移动，机械手的抓取以及对工件的密封。第四种方案：使用液压-接触器、继电器 此方案与第三种方案基本相同，就是将其中的气压缸用液压缸来代替。整个控制原理与三方案相同。第五种方案：使用液压-PLC此方案与上一方案基本相同，主要区别在于此方案是用 PLC 程序来完成上方案中由电器组成的控制系统。以上几种不同的方案主要
14、的区别在于是用 PLC 控制还是用常规的电器控制、及用液压系统还是用气压系统。三、设计方案本设计可供选择的方案有：1.采用 PLC-气压进行控制。PLC 来控制控制电机的转动，实现小车的上下位。利用 PLC 控制电磁换向阀的电磁的得电与失电，使气压缸伸出、缩回。2.采用接触器-继电器和液压进行控制。 方案确定：1.PLC 是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触
15、控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。2.气压较与液压的优点(1)它们的承载能力不同，因气动的一般在 1MPa 以下，气压的一般在30MPa（国内）以下，高于这个值为超高压对元件和泵的要求过高。因为压力（我们通说的压力是指压强，都是说多少 MPa 和多少公斤）高了，驱动力也就大了。(2)液压的控制回路比气动的复杂(3)气动比液压维修要方便些。(4)气压系统较于液压系统简单。(5)气动元件个头比液压的小。(6)气动一般是集中供气，比液压容易管理。(7)液压控制要换液压油，气动不用，所以后期使用成本比气动的高。通过比上述几种方案，只有使用 PLC 及气压来控制才能既实现装置的自动提升、传动定位、机械手抓取、密封、供水、加压、卸载要求，又能考虑到其经济型、实用性。四、预期成果根据装置的控制要求，选择合适的控制方案，使得整个装置能够完成相应的动作，实现自动
