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1、重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 基于工控机的气密仪控制系统设计 院 （系） 电气与信息工程学院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 年 月 日 学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其他教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月
2、 日重庆科技学院本科生毕业设计 摘要摘 要气密仪的出现和发展经历了一个比较漫长的阶段，从传统地气密性检测的手段，如浸水法和涂抹法到现发展到自动化、智能化、高精度的阶段，比如利用一些特殊的气体的物理特征或者它们的化学特征变化，以此来检测被测物体是否存在着泄露的问题。随着科技的进步，气密性检测方面有了重大的突破，在检测技术上和检测精度上一直有着很大的提升。在这些领域中，气密性检测仪发挥了至关重要的作用，检测产品的安全性，以确保使用的安全性，从而为工业生产和人民的生活带来了保障，所以气密性的设计和发展至关重要。 现如今，气密性检测对气密仪具有更高的可靠性、精度上的要求。利用传统的或者相对较为进步的气
3、密性检测方式根本无法满足生产的需要了，在追求效益和质量的促进下，所以气密性检测有着更多的发展。现在利用气压检测方式是目前比较常用的一种方式，首先将一些与检测有关的参数进行一系列的测量，比如压力、压差、流量等等，综合判断出被检测物的气密性是否良好，这种方法在检测方面具有高精度，较低的成本，很高的效率，方便控制等优点。 基于工控机的气密性检测系统设计重点在于设计一个以工控机控制的能够用于检测产品气密性的自动化系统，用以满足工业和生活发展中需要的气密性检测的需求。关键字：工控机 气密性测试 差压式 智能化 C+ builder 6.040重庆科技学院本科生毕业设计 abstractABSTRACTA
4、irtight device the emergence and development of experienced a relatively long stage, from traditional means of air tightness test, such as immersion method and apply method to now development to automation, intelligent, high precision phase, such as the special of the physical characteristics of the
5、 gas or change their chemical characteristics, in order to detect whether there is a leak problem object to be tested. With the progress of science and technology, has a major breakthrough, air tightness test and detection accuracy in detection technology has been greatly promoted. In these areas, a
6、ir tightness detector has played a vital role, security detection products, in order to ensure the safety of the use, to industrial production and peoples lives. Nowadays, air tightness detection has higher reliability and accuracy of airtight apparatus on request. The progress of using traditional
7、or relatively air tightness detection method cannot satisfy the needs of production, in the pursuit of efficiency and quality of promotion, so the air tightness test has more development. Now using the pressure detection way is more commonly used a way, first of all to some parameters related to the
8、 detection of a series of measurements, such as pressure, differential pressure, flow, etc., comprehensively judge the tested whether they are of good air tightness, this method has high precision in detection, low cost, high efficiency, the advantages of easy control and so on. Air tightness test s
9、ystem based on industrial PC design focus is to design a with industrial computer control can be used to test the product air-tightness of the automation system, to meet the needs of industrial and living in developing air tightness test requirements.Keywords: Industrial PC；Air tightness test；Differ
10、ential pressure type；Intelligent；C+ builder 6.0重庆科技学院本科生毕业设计 目录目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1 气密性控制系统发展11.2 本课题设计的目的及意义21.3 本课题设计的任务32 方案设计42.1 基于工控机的气密仪控制系统原理42.2 方案的确定52.2.1 采用方案内容52.2.2 检测过程分析62.2.3 采用此方案的理由83 硬件设计103.1 硬件结构分析103.1.1 中央处理器模块103.1.2 数据采集模块103.1.3 信号调理模块113.1.4 电源模块133.1.5 电磁阀控制模块
11、133.1.6 人机交互模块133.2 硬件选型133.2.1 差压传感器的选型143.2.2 信号调理电路选型154 软件设计174.1 软件功能设计174.2 软件界面设计184.2.1 参数设置模块184.2.2 传感器标定194.2.3 自动运行模块204.2.4 手动运行模块214.2.5 系统自检模块224.2.6 查询界面224.3 软件功能实现234.3.1 参数设置功能244.3.2 传感器标定功能264.3.3 自动运行功能284.3.4 手动运行功能294.3.5 系统自检功能304.3.6 数据查询功能305 调试325.1 硬件测试325.2软件调试325.2.1 参
12、数设置调试325.2.2 传感器标定调试335.2.3 自动运行调试345.2.4 手动运行测试345.2.5 系统自检模块测试355.2.6 查询模块调试366 结论37参考文献39致谢40附录1 气密性检测硬件系统结构图41重庆科技学院本科生毕业设计 绪论1 绪论1.1 气密性控制系统发展 气密仪是用于对工件进行气密性检测的工具，气密性控制系统的发展经过了一个漫长的历程，从传统的检测方式到现今的智能、高效、精确的检测方向发展。 传统的气密性检测方法使用涂抹法、气泡法。使用水浸法、肥皂水喷涂的方法等等，依据的是测试者通过眼睛直观的来判断工件是否存有泄露的问题，者受到人为因素的影响较大，因此在
13、精度上是不能够满足严格要求的。所谓的气泡法就是将工件侵入到水里面，充入并压缩空气，接下来，在一定的时间内对泄露的气体进行收集，然后测量出气体的泄露量，观察泄漏点的位置，通过这些参数来判断工件的泄露位置以及泄露情况。所谓的涂抹法就是涂抹肥皂水或易产生气泡的液体在充有一定气压的被测物体的表面，观察气泡产生的状况，以此测出泄漏量的大小以及故障点的较为准确的位置。虽然这样的操作简单，但是存在着不足，主要体现在检测速度慢、精度低、检测结果受检测人员的主观影响大，同时这样的方法给被测物可能带来损害，比如易生锈、腐蚀等等。3 正是因为这样的局限，并随着经济、科学技术、工业的发展，传统的浸水法、涂抹法逐渐地被
14、淘汰，随之发展而来的就是利用较为先进的系统和其他物质的物理特征或化学特征来判断，典型的例子有激光检测仪、超声波检测仪等等，虽然相对而言，检测精度有了很大的提升，但是这样的检测方式还是存在着很大的局限性，属于定性的检测,而且它的应用范围存在着较大的局限性，检测效率也不是很高。 随着科技的发展进步，目前，气密性检测系统已经发展成为自动化、智能化、高效率、高精度的检测系统。目前采用的先进的检测系统和更加有效的方法，保证了检测的精度和效率，比如直压式、差压式检测方式。气密性检测一般分为差压法、直压法、真空法、流量法。这些气密性检测方式，利用的是通过充入一定量的气体，达到一定的压强值，然后进行气压的平衡
15、，等待一段时间观察变化进行判断。这种检测的方法受到主观因素影响很小，检测精度也很高，易于自动控制、自动报警，大大提高了检测的效率。 现在随着工艺的提升，对产品的气密性检测标准也有所提高，所以气密仪的结构等等方面有许多的变化。主要体现在其智能测试、高精度性能上。采用高精度的压力感测器，高性能的计算处理器，根据设定的参数及判断标准，自动的进行充气、平衡、检测、判断、排气、显示、报警、传送信息、数据处理等操任务，实现气密性测试的标准化、自动化、高效率化，消除人为因素的误差影响。 基于上述基本原理，国内外众多厂家都开发气密性检测仪，著名的有法国ATEQ公司、美国的USON公司、日本的COSMOS公司等
16、，ATEQ公司为世界制造气密性测试仪器的先驱，其产品应用涉及汽车、医药、家电、压铸、包装、阀门、煤气、电子、建筑、航空等领域，COSMOS公司也生产多种类型的测漏仪，它的4000系列提供了多种检测模式，同时考虑到了测漏性能、泄漏值，以及针对实际应用中不同被测物的容积及泄漏量大小提供了相应的产品，COSMOS公司主要生产对特殊化学气体的泄漏检测设备。21.2 本课题设计的目的及意义 本课题主要是针对基于工控机的气密仪控制系统的设计，用于检测工件的气密性，作为品质指标的认证。 气密性检测，顾名思义，就是通过充入特殊的气体在系统管内产生测试所需的标准的压强。随着现代化的发展，生产力的不断提高，对检测
17、手段的要求也随之增高，当然对于气密性的检测要求也不例外，它在保证产品质量等方面起着越来越重要的作用，因此，气密性检测是必须的。如果在使用某产品的过程中，发生泄漏且是严重的泄漏，当其超过了允许的范围，就会造成不可挽回的损失，对生产和经济的发展都不利，甚至造成人身的伤害，所以应该严格的要求产品的气密性，如此一来才能保障生产、生活的安全。 在以前，气密性测试一般采用的是气泡法、涂抹法、流量测试法，现如今，一般采用的是氦气法、差压测试法。本次课题将研究的是差压测试法，因为差压测试法的速度快、精度高，这正是满足现代工业发展需求的一个设计作业。而且快速地、高精度地检测泄漏量，一直是相关企业关注且急待解决的
18、问题，所以这里旨在设计一款轻巧可携带的、可靠性高的气密性检测仪。 本课题将设计出高精度的、高效率的、简便的气密性检测系统（包括软件、硬件系统），用于检测工件的密封性能，同时根据特定地执行程序，实现工件、气密仪的保护。通过此设计，可以为工业生产、家庭生活、社会服务中有关气密性的产品带来检测的保障，在社会生产、生活方面，主要表现在对加工企业、生产中的食品、制药行业以及乳制品的瓶子、包装、罐子等等有关于密封性的仪器、产品进行气密性的测试，以此延长产品的货架期，保证产品没有包装存在泄露方面的问题而影响生产、生活的质量，这样可以为生产带来更多的效益，这样一来，实现确保产品安全质量，使得在使用上能够具有安
19、全、可靠性，同时带来更好的收益，还可以对人身安全带来保障。在军事等应用方面，主要应用于飞机、汽车外壳、船舰和内部容器的完整性进行严密的评估，为军事部门、运输部门提供质量的保障，同时为基础工业提高飞行器、车辆、船舰等密封性开发出用于进行质量的控制方面发挥作用。 本次课题还旨在通过设计出智能的检测系统，用以减少对人力的投入，保证更好的检测精度，避免如同以往依靠目视法或其他的检测方法上的误差。检测之中，通过注入、并压缩空气，产生压力，来实现压强方面的要求，同时配置安全阀，提高检测的安全性。所以在整个设计的目的来看，针对被测工件和测试系统都是有一定要求的。1.3 本课题设计的任务 1检测方式：差压式；
20、 2显示方式：9寸屏显示，操作界面清晰、易懂，全中文界面； 3具有参数密码及密码管理功能（用户可修改密码）； 4组频道选择功能（可独立设定等效内容积）； 5差压，流量显示切换功能，测试结果可用； 6测试压力可用显示； 7检测压力曲线显示； 8具有手动测试模式与自动测试模式； 9可按日期、工件号查询测试结果； 10具有传感器标定界面； 11具有差压传感器保护功能。重庆科技学院本科生毕业设计 方案设计2 方案设计2.1 基于工控机的气密仪控制系统原理 工控机即为工业控制计算机，作为工业控制需求而设计的一类计算机，用于对工业的生产过程中的机械设备、生产流程、数据参数等等的监测和控制。工业控制计算机可
21、以用于恶劣环境的生产监控，但是其自身对数据的安全性要求较高的，所以工控机通常会被进行加固、防潮、防尘土、防辐射的特殊保护设计，以此来提高工业生产中的可靠性，而且工控机的拓展性能非常的高，但是一般是为完成某项工作而单独定制设计的。 本次课题中利用工控机作为上位机，对整个控制过程进行检测和控制，对数据进行综合的处理和命令的下达，整个系统中的主要硬件就是通过这样的方式进行协调工作的。整个的控制和工作流程就是围绕差压检测方式进行的，本密封测试仪连接到一个测试室，特别设计来容纳需要被检测的包装。首先这个气密仪控制系统中的气路就是用来通入气体的通路，然后通过不断地充气，使得腔内产生足够大的压强，通过压力传
22、感器检测出压力值，达到足够高的压强值。主要是通过标准件和被测件之间的判断，将两者气路隔断，各自保持气压，然后通过一段时间的平衡，查看被测端的气压变化，与参考端进行比较，测出此时两端的压强值，以此算出它们之间压强的差值，通过将差值的大小与参考值的大小比较，得出工件是否合格的结论。 本次课题中的系统使用差压压力传感器用来测试出压强差值，有三个电磁阀，用于气体气压的充气、平衡、排气使用。 在恒定温度下，一个被测工件或者物体，其腔内的体积是V，腔内的压力是P，经过几秒、几十秒的时间以后，如果两端的腔内的腔体体积没有变化，但是腔内的压力却下降了一个确定的值P，那么我们首先对这个P进行判定，看是否在允许的
23、范围之内，如果超过了标准质量的范围，那么我们就判定这个工件气体密封性能不好，即判定为有泄漏、质量出问题的工件。反之，如果这个P值小于参考值，就认为这个被测试的工件气体密封性能良好。 但是在实际的工业生产过程中，无任何泄露的工件是不可能的。在检测的时候是通过一个泄漏值的判定范围进行取舍的，根据该工件的具体应用环境以及它的应用环境状态来给出一个允许的判定泄漏允许值，当泄漏值小于了一个判定值，则认为这个工件是“无泄漏”的气密性合格的产品，反之，当被测件的泄漏量大于了这个判定值，此工件存在严重的泄露问题，判定为不合格工件。2.2 方案的确定 2.2.1 采用方案内容 根据本次课题的要求，采用的方案是差
24、压式判定，所谓的差压断定方式，就相当于杠杆天平称量原理。如同天平的一端放有基准砝码作为参考物，不断地增添或减少零件以使得天平达到平衡，如果达到平衡后在一定的时间内有异常，则表明零件一方有动静，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
25、=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PP2，则工件气密性不合格。 被测件不合格 被测件合格 差压传感器示数P1 P1/P10*106次方14）防护等级：IP65；15）引线方式：接线端子；16）外壳材质：精铸铝合金；17）接液材质：17-4PH或客户指定；18）连接方式：M20*1.5；1/4NPT。图3.4 差压传感器实物图图3.5 绝压传感器电路图 3.2.2 信号调理电路选型 采用Anal
26、og Microelectronics GmbH (AMG)公司提供的电压转换集成电路AM401来实现信号的处理。图3.6 信号调理电路原理图重庆科技学院本科生毕业设计 软件设计4 软件设计软件的设计主要是为了满足控制功能需求和人机交互的实现。这里的软件设计包括了很多的模块，以及模块之间相互联系工作的处理工作。使得能够满足气密性检测控制的需求。4.1 软件功能设计 根据本次课题设计的要求，软件的功能可以设计为如下的一些功能模块。 1)传感器标定模块 传感器标定模块是用于对传感器的各项性能参数进行检验，传感器的标定是利用精度更高一级的标准器，对传感器进行性能测定，以此确立传感器输出量与输入量之间
27、的各种对应的关系。 2）参数设置模块 参数设置模块的主要功能就是对检测过程中所需的一些定性的参数进行设置，然后进行确定，以满足检测所需。 比如参数设置模块中，可以对检测中的平衡时间、压力上限及压力下限值设置，然后在检测的过程中，就根据这些设定的值进行处理，作为运行的定量，满足运行所需。 3)自动运行模块 自动运行模块包括的按钮不多，主要功能就是进行自动的检测工作 ，可以无需人为干预，就能自动的完成检测流程。 其中就是按照本次课题设计的气密性检测流程自动的进行的。 4）手动运行模块 手动运行模块所包括的按钮操作项比较多，本模块是用于人为操作使用的，在检测的过程中，主要就是靠工作人员的手动发送命令
28、处理各个流程的工作。 5）系统自检模块 系统自检模块的功能是对硬件系统的运行状态和硬件的质量进行监测，及时的发现系统中存在的问题，为气密性的检测工作带来保障，保证监测的顺利进行。 6）查询模块 查询模块就是用于对检测过程中生成的工件质量记录进行查询，方面了解历史检测情况。 7）退出模块 退出模块就是用于气密性检测系统软件退出。4.2 软件界面设计 完成每项工作，需要对程序的界面进行设计，以满足操作界面简单、方便、全中文的设计要求，旨在设计出操作界面清晰、容易懂的中文的界面。 4.2.1 参数设置模块 界面如图所示：图4.1 参数设置模块界面图 参数设置界面中包含了对压力上限和压力下限的设置，这
29、个参数就是用于设置运行的过程中的充气、放气环节所需的。 其中的差压判定值就是作为判定被测工件气密性质量的一个重要参考参数。 平衡时间就是充气达到检测时所需的标准高压之后的平衡时间，是检测的关键参数。 检测时间是用于对检测所需的时间做一个设定。 充气放气时间就是对大致的充气放气流程做一个预设。 其中还包括了用户管理功能和密码管理功能这两个部分。 4.2.2 传感器标定传感器标定界面设计如图：图4.2 传感器标定模块界面图 传感器标定界面中设定了有关差压传感器的所有参数的设置，旨在设定出传感器的性能参数。这里的传感器标定含义就是用以说明传感器的性能参数。 4.2.3 自动运行模块 自动运行模块界面如图：图4.3 自动运行模块界面图自动运行模块中主要就是关于实时的压力显示，检测用时以及检测结果的显示功能。其中界面中包括了检测中的工件号的显示；包括了检测中的相关信息参数的显示，如被测端的压力示数，参考端压力示数，差压显示；同时还设计显示检测结果的综合信息，如检测总数、合格率等等；同时可以对频道进行选择处理，每个频道的设置参数的信息在下方对应显示出来。 4.2.4 手动运行模块 手动运行模块用于人工操作而设计，其界面如图所示：