江蘇科技大學(xué)LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、江蘇科技大學(xué)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 學(xué)生姓名 班級(jí)學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 二零一六年六月II江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of static evaporation rate measurement system for LNG gas cylinders II畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達(dá)到的指標(biāo)和應(yīng)做的實(shí)驗(yàn)等）1 提供條件： 氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)功能要求； 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求:(1) 調(diào)研收集分析有關(guān)資料，了解氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率的主要

2、測(cè)試參數(shù)，總結(jié)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)；(2) 了解氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)試方法，確定測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，利用三維制圖軟件完成系統(tǒng)臺(tái)架設(shè)計(jì)；(3) 設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)氣動(dòng)回路，完成回路各部分元件的選型及相關(guān)計(jì)算分析，根據(jù)所選硬件繪制電氣回路圖；(4) 開(kāi)發(fā)用于氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率檢測(cè)的軟件。主要內(nèi)容包括：軟件流程圖、程序界面、控制代碼等。二、完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說(shuō)明書(shū)、圖紙等）1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份（不少于1.5萬(wàn)字）；2. 外文譯文一篇（不少于5000英文單詞）；3. 設(shè)計(jì)圖紙和軟件。III三、完成日期及進(jìn)度2016年3月19日至2016年6月1日。進(jìn)度安排：1. 3月19日3月24日 完成參考文獻(xiàn)和資

3、料的收集，完成文獻(xiàn)綜述與開(kāi)題報(bào)告；完成開(kāi)題報(bào)告審核；2. 3月25日4月20日 確定測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，完成系統(tǒng)臺(tái)架三維圖繪制；設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)氣動(dòng)回路，完成回路各部分元件的選型及相關(guān)計(jì)算分析；3. 4月21日5月31日 完成電氣圖繪制，完成檢測(cè)控制軟件設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容包括：軟件流程圖、程序界面、控制代碼等，撰寫(xiě)并修改畢業(yè)論文；6. 6月1日6月5日 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文答辯。四、主要參考資料（包括書(shū)刊名稱、出版年月等）:1 氣動(dòng)電子技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社 . 2014年2 徐炳輝. 氣動(dòng)手冊(cè)M. 上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005.3 GBT 18443.5-2010 真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法 第5

4、部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量.4 現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)（第3版）. 機(jī)械工業(yè)出版社 2008年5 Hao Liu et al., Research and Development of a Test System for the Dynamic Performance Testing of Pneumatic Solenoid Valves. Applied IVMechanics and Materials, 278-280, 897-902, 20136 ISO6358：Pneumatic Fluid Power-Components Using Compressible Fluids-Determi

5、nation of Flow-rate Characteristics, 1989.7 , V江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要LNG (Liquefied Natural Gas的簡(jiǎn)寫(xiě))就是將礦場(chǎng)生產(chǎn)的天然氣經(jīng)過(guò)凈化、制冷、液化等措施后，在常壓、-160下成為液態(tài)的天然氣。天然氣在液化時(shí)除去了雜質(zhì)，故LNG是一種清潔、高效的能源，是優(yōu)質(zhì)的工業(yè)與民用燃料。LNG氣瓶作為L(zhǎng)NG儲(chǔ)存系統(tǒng)的核心設(shè)備，其良好的性能是保證整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。蒸發(fā)率作為氣瓶的主要性能指標(biāo)，如何高效簡(jiǎn)易地進(jìn)行采集對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有著重要的影響。為開(kāi)展LNG氣瓶定期檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)氣瓶絕熱性能有效快速測(cè)試，必須實(shí)現(xiàn)該類(lèi)氣瓶的在線

6、不拆卸檢測(cè)。而為了實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)絕熱性能測(cè)試，有必要開(kāi)發(fā)適用于LNG氣瓶的蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)。本課題針對(duì)LNG氣瓶的以上特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了利用壓力計(jì)、溫度計(jì)、流量計(jì)等采集數(shù)據(jù)，通過(guò)永宏P(guān)LC接收處理后，上傳至昆侖通泰觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有便攜、體積小、操作簡(jiǎn)易、響應(yīng)快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合小批量的氣瓶檢測(cè)，并在實(shí)際測(cè)試中取得較好的測(cè)試效果。關(guān)鍵詞：LNG氣瓶；蒸發(fā)率；PLC；觸摸屏VIAbstractLNG (short of liquefied natural gas ) is liquefied natural gas ,which the natural gas from the fie

7、ld after purification, refrigeration, liquefaction and other measures, at atmospheric pressure and -160 is turn into . Natural gas has been removed the impurities after liquefaction, so LNG is a kind of clean, efficient energy and high-quality industrial and civilian fuel.LNG cylinders as LNG storag

8、e system core equipment, its good performance is the key to ensure the safe operation of the system. The rate of evaporation as the main performance index of the cylinders, how to collect efficiently and simply has an important influence on the actual production. For development of LNG cylinder regu

9、lar inspection to achieve insulation cylinder performance of fast and effective testing, must realize the cylinders online without disassembling detection. In order to achieve the insulation test, necessary to develop suitable in LNG tank evaporation rate test system. This topic for the LNG cylinder

10、s of the above characteristic, developed by means of pressure gauge, thermometer and flow meter data acquisition, through permanent Hong PLC after receiving and processing, upload to the Kunlun Tongtai touch screen human-computer interaction systems were tested. The system has the advantages of port

11、ability, small size, simple operation, fast response, low cost, suitable for small quantities of gas cylinder testing, and achieved in the actual test better Test results.Keyword：LNG cylinder；Evaporation rate；PLC；Touch screenVII江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄第一章 緒論11.1 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景11.2 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)在國(guó)

12、內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義4第二章 靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量方法52.1 GB/T 18443.5-2010真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法介紹52.1.1 適用范圍52.1.2 試驗(yàn)原理與方法52.2 氣體質(zhì)量流量計(jì)法72.2.1 試驗(yàn)裝置、設(shè)備和儀器72.2.2 試驗(yàn)條件與試驗(yàn)準(zhǔn)備72.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟72.2.4 數(shù)據(jù)處理7第三章 測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案83.1 低溫絕熱氣瓶的檢驗(yàn)流程83.2 系統(tǒng)需求分析103.2.1 系統(tǒng)功能需求的分析103.2.2 系統(tǒng)性能需求的分析103.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案113.3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)各部分的

13、初步方案12第四章 測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架的設(shè)計(jì)134.1 測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架設(shè)計(jì)方案134.2 測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架及組件的示意圖13第五章 測(cè)試系統(tǒng)氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)185.1 測(cè)試系統(tǒng)氣動(dòng)回路方案185.2 壓力閥的設(shè)計(jì)195.2.1 壓力閥功能分析195.3 壓力閥部件選擇205.3.1 質(zhì)量流量計(jì)的選擇205.3.2 數(shù)字流量積算儀的選擇205.4 焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率檢測(cè)氣動(dòng)回路使用應(yīng)注意的問(wèn)題20第六章 測(cè)試系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)226.1 測(cè)試系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)方案226.2 PLC的控制部分設(shè)計(jì)226.2.1 PLC的選型與說(shuō)明22IX江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6.2.2 關(guān)于FBs-B2A1D的詳細(xì)介紹

14、236.2.3 WinProladder 的介紹與PLC的編程286.3 觸摸屏的控制部分設(shè)計(jì)306.3.1 觸摸屏的選型與說(shuō)明306.3.2 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的介紹306.3.3 觸摸屏組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)34結(jié) 論45致 謝46參 考 文 獻(xiàn)47IX江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論1.1 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景 LNG即人們常說(shuō)的液化天然氣。是將礦場(chǎng)生產(chǎn)的天然氣，通過(guò)凈化、制冷、液化等一系列步驟后，在常壓和-160的條件下轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的天然氣。天然氣是當(dāng)今和未來(lái)的一種重要能源。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)，“對(duì)天然氣的需求年增長(zhǎng)率超過(guò)50%，是化石燃料中的最快速率，同時(shí)越來(lái)越

15、靈活的全球液化天然氣（LNG）貿(mào)易也提供了一些保護(hù)措施以防供應(yīng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)?！痹谶@種情況下，液化天然氣及其儲(chǔ)藏設(shè)備的相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定在儲(chǔ)藏轉(zhuǎn)移的過(guò)程中變得越來(lái)越重要。天然氣的主要成分是甲烷，在常壓下沸點(diǎn)為-160，在空氣中可燃極限為5-15，氣態(tài)與液態(tài)體積比為600：1，是一種低溫、易燃、可壓縮的氣體。根據(jù)以上的物理特性，LNG儲(chǔ)罐通過(guò)降低溫度和增加壓力的方法將天然氣轉(zhuǎn)化為液體進(jìn)行存儲(chǔ)，因具有貯存壓力較低、安全可靠、產(chǎn)品純度高(不含水分及硫化物)、占地面積小、維修方便、安裝操作簡(jiǎn)單等多種優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。實(shí)際生產(chǎn)中，LNG是一種多組分的混合物，由不同分子結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔锝M成，其溫度和組分的變化

16、會(huì)引起很多問(wèn)題，比如儲(chǔ)罐中的LNG分層和翻滾問(wèn)題、蒸發(fā)問(wèn)題等等。為了解決以上的一些問(wèn)題，就有必要了解LNG分層和翻滾的變化規(guī)律，搞清楚LNG儲(chǔ)罐內(nèi)各溫度場(chǎng)分布、壓力及蒸發(fā)等發(fā)生的規(guī)律以及LNG儲(chǔ)罐的主要性能指標(biāo)。因本文針對(duì)測(cè)試LNG氣瓶的靜態(tài)蒸發(fā)率進(jìn)行開(kāi)發(fā)，后文著重描述靜態(tài)蒸發(fā)率的詳情。LNG儲(chǔ)罐的主要性能指標(biāo)有靜態(tài)蒸發(fā)率、真空度、漏率、漏放氣速率、漏放熱等。靜態(tài)蒸發(fā)率是指絕熱深冷壓力容器在裝有大于有效體積12低溫液體時(shí)，使其靜置達(dá)到熱平衡后，24h內(nèi)自然蒸發(fā)損失的低溫液體質(zhì)量與容器有效體積下低溫液體質(zhì)量的百分比，經(jīng)換算后即在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(20，101325Pa)下的蒸發(fā)率值。儲(chǔ)罐的靜態(tài)蒸發(fā)率可以

17、直觀地反映儲(chǔ)罐在使用中的保冷性能，因此在各種不同規(guī)格的LNG儲(chǔ)罐出廠前一定要先進(jìn)行靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量試驗(yàn)。當(dāng)然在LNG儲(chǔ)罐后續(xù)的檢修過(guò)程中，其靜態(tài)蒸發(fā)率也是判定它是否符合使用標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)之一。1.2 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)于LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試這方面的資料不可謂多，甚至在測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)上只有寥寥幾篇論文以供參考，同領(lǐng)域的參考資料也乏善可陳、捉襟見(jiàn)肘。在石油開(kāi)采放緩后，LNG作為一種新型的清潔、便攜、高效的化石燃料，在各行業(yè)尤其是運(yùn)輸業(yè)中將會(huì)扮演起極其重要的角色。相信通過(guò)前人和后人的不懈努力，LNG的測(cè)試技術(shù)將會(huì)在不久的將來(lái)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。河北某公司的朱春薇、金瑾針

18、對(duì)靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量撰寫(xiě)了簡(jiǎn)析LNG儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量的論文 朱春薇，金瑾.簡(jiǎn)析LNG儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量.106-108。文章指出了靜態(tài)蒸發(fā)率較為完整的測(cè)量程序，總的如下：幾何體積的測(cè)定應(yīng)按GBT 18443.1進(jìn)行，有效體積可根據(jù)幾何體積計(jì)算；低溫液體填充量應(yīng)為50以上，靜置時(shí)間不少于48h；打開(kāi)與流量計(jì)相連的氣體蒸發(fā)出口管道閥門(mén)，同時(shí)關(guān)閉各氣、液管道上其它閥門(mén)，當(dāng)內(nèi)容器表壓力為零時(shí)，連接流量計(jì)；觀察蒸發(fā)氣體流量穩(wěn)定后，每隔一段時(shí)間記錄一次流量計(jì)讀數(shù)，按時(shí)記錄環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計(jì)入口溫度等；穩(wěn)定后連續(xù)測(cè)量不少于24h；穩(wěn)定后進(jìn)行流量的測(cè)量，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄。經(jīng)實(shí)例測(cè)量、數(shù)據(jù)處理后

19、，可說(shuō)明產(chǎn)品的靜態(tài)蒸發(fā)率試驗(yàn)合格。其文詳細(xì)介紹了低溫儲(chǔ)罐靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量的試驗(yàn)過(guò)程，對(duì)測(cè)量程序進(jìn)行了系統(tǒng)的理論梳理。通過(guò)靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量，可對(duì)產(chǎn)品的保冷性能有充分的了解，盡量避免使用過(guò)程中由于日蒸發(fā)率過(guò)高而降低工作效率、浪費(fèi)原料的情況，減少運(yùn)營(yíng)后可能因儲(chǔ)罐問(wèn)題帶來(lái)的負(fù)面影響。福建某研究所的江仰春針對(duì)車(chē)用焊接絕熱氣瓶的蒸發(fā)率測(cè)試撰寫(xiě)了車(chē)用焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率測(cè)試裝置的開(kāi)發(fā)與實(shí)驗(yàn)一文 江仰春.車(chē)用焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率測(cè)試裝置的開(kāi)發(fā)與實(shí)驗(yàn).機(jī)電技術(shù).2015,1672-4801。其文中指出了蒸發(fā)率測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)方案，細(xì)述如下：圖1.1 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖裝置初步方案結(jié)構(gòu)如圖1.1示，其組成包括：?jiǎn)蜗蜷y、電磁式

20、或機(jī)械式壓力控制器、質(zhì)量流量計(jì)、數(shù)字流量積算儀、溫度計(jì)、壓力表、氣壓計(jì)及相關(guān)的管件接頭等。文章主要討論檢測(cè)壓力控制器、質(zhì)量流量計(jì)，數(shù)字流量積算儀及整體裝置的開(kāi)發(fā)，溫度計(jì)、壓力計(jì)、氣壓計(jì)及相關(guān)的管件部份將作為整體裝置的一部分略過(guò)不談。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試后得出結(jié)論，即本文開(kāi)發(fā)的車(chē)用LNG絕熱氣瓶蒸發(fā)率測(cè)試裝置可以滿足在各種不同介質(zhì)、不同測(cè)試壓力下進(jìn)行蒸發(fā)率測(cè)試的功能要求，測(cè)試結(jié)果的精度、準(zhǔn)確性和可靠性均符合GB/T 18443.52010真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試 GBT 18443.5-2010 真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法 第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量.的相關(guān)要求，并且兼具現(xiàn)場(chǎng)

21、不拆卸、可移動(dòng)檢測(cè)的便捷性等優(yōu)勢(shì)。開(kāi)發(fā)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。由于收集資料的途徑有限，筆者只列舉以上兩篇論文的已有成果作為本文的理論支撐和參考依據(jù)，“實(shí)踐出真知”，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)一線必然存在十分優(yōu)秀的案例可以作為本文的支撐，但筆者能力有限無(wú)法面面俱到，僅以此節(jié)為國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。1.3 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和意義評(píng)價(jià)LNG絕熱深冷氣瓶的絕熱性能，靜態(tài)蒸發(fā)率是最可靠的指標(biāo)。在實(shí)際生產(chǎn)中，檢測(cè)氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率是一個(gè)較為繁復(fù)、冗長(zhǎng)的過(guò)程，可操作性差、對(duì)測(cè)試人員的技術(shù)水平和耐心程度都有較高的要求。為改變這一現(xiàn)狀，以完整的系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)代替人工記錄數(shù)據(jù)的需求應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)GB/T 18443.52010真空

22、絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試內(nèi)容，本文致力于開(kāi)發(fā)具有在線不拆卸、移動(dòng)檢測(cè)等功能的靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試系統(tǒng)，滿足絕熱氣瓶不同測(cè)試壓力下、不同測(cè)試介質(zhì)的在線蒸發(fā)率測(cè)試等要求，同時(shí)解放了一部分人力投入，為開(kāi)展LNG絕熱氣瓶定期檢測(cè)打下基礎(chǔ)。該系統(tǒng)應(yīng)該具有穩(wěn)定、準(zhǔn)確、便捷、連接可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠在控制測(cè)試壓力條件下滿足測(cè)試的各項(xiàng)功能和精度要求，可在線不拆卸、移動(dòng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)這些原則，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含單向控制、壓力控制、流量記錄，以及對(duì)氣壓、溫度、壓力等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集等功能。第二章 靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量方法2.1 GB/T 18443.5-2010真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法介紹 GB/T 1844

23、3.5-2010即真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗(yàn)方法 第5部分靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量，代替了原來(lái)的較低版本標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18443.5-2001。最新標(biāo)準(zhǔn)是由全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸總的。起草單位有，上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院、上海市氣體工業(yè)協(xié)會(huì)、上海交通大學(xué)等共計(jì)七家。起草人包含，薛季愛(ài)、周偉民、汪榮順、唐家雄等共計(jì)十五人。2.1.1 適用范圍GB/T 18443的本部分規(guī)定了真空絕熱深冷設(shè)備靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)量的試驗(yàn)原理與方法、試驗(yàn)裝置、設(shè)備和儀器、實(shí)驗(yàn)條件與試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)記錄與試驗(yàn)報(bào)告等要求。本部分適用于除儲(chǔ)運(yùn)液氫介質(zhì)以外的真空絕熱深冷壓力容器、真空絕熱深冷氣瓶等真

24、空絕熱深冷設(shè)備靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)量，其他可參照?qǐng)?zhí)行。2.1.2 試驗(yàn)原理與方法一、試驗(yàn)原理利用體積流量計(jì)或質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)深冷液體的自然蒸發(fā)率，或利用稱重法測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的深冷液體的損失量。2、 試驗(yàn)方法大體上可以分為以下三種：采用濕式氣體流量計(jì)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)被檢件中液體蒸發(fā)后通過(guò)流量計(jì)的氣體流量，通過(guò)測(cè)出的氣體流量計(jì)算測(cè)試蒸發(fā)率和靜態(tài)蒸發(fā)率，試驗(yàn)裝置原理圖見(jiàn)圖2.1。采用氣體質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量計(jì)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)被檢件中液體蒸發(fā)后通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)的氣體質(zhì)量流量，通過(guò)測(cè)出的氣體質(zhì)量流量計(jì)算測(cè)試蒸發(fā)率和靜態(tài)蒸發(fā)率，試驗(yàn)裝置原理圖見(jiàn)圖2.2。當(dāng)被檢件有效容積不大于5m3時(shí)，允許采用稱重法測(cè)量，采用稱重法

25、測(cè)量時(shí)，被檢件充至額定的充裝量后，將被檢件置于衡器上，通過(guò)衡器測(cè)量真空絕熱深冷設(shè)備中深冷液體蒸發(fā)的質(zhì)量，利用稱重測(cè)量的蒸發(fā)量計(jì)算蒸發(fā)率和靜態(tài)蒸發(fā)率。圖2.1 濕式氣體流量計(jì)試驗(yàn)裝置原理圖圖2.2 氣體質(zhì)量流量計(jì)試驗(yàn)裝置原理圖由于篇幅限制和實(shí)際工作的要求，本章主要針對(duì)在后文中被采用的“氣體質(zhì)量流量計(jì)法”展開(kāi)探討。2.2 氣體質(zhì)量流量計(jì)法2.2.1 試驗(yàn)裝置、設(shè)備和儀器試驗(yàn)裝置、設(shè)備和儀器要求應(yīng)符合GB/T18443.1中4.2的規(guī)定，且還應(yīng)滿足以下要求：a） 當(dāng)流量計(jì)的量程小于等于5L/min時(shí)，精度需達(dá)到0.5%；當(dāng)量程大于5L/min時(shí)，精度需達(dá)到1.0%；b） 流量計(jì)的額定流量應(yīng)與被檢件蒸

26、發(fā)的氣體流量相適應(yīng)；c） 應(yīng)有環(huán)境溫度、環(huán)境壓力及流量計(jì)進(jìn)口溫度和壓力測(cè)量裝置；2.2.2 試驗(yàn)條件與試驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)條件與試驗(yàn)準(zhǔn)備應(yīng)符合GB/T 18443.1的規(guī)定。2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟1. 一般采用液氮作為試驗(yàn)介質(zhì)。2. 測(cè)量時(shí)深冷液體充滿率應(yīng)為額定充滿率。3. 充液結(jié)束后應(yīng)至少靜置48h，靜置期間應(yīng)打開(kāi)真空絕熱深冷設(shè)備的放空間。4. 當(dāng)內(nèi)膽表壓力接近為零時(shí)防空管路中接入流量計(jì)，流量計(jì)接入后除了放空間打開(kāi)外，其他被檢件的閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。5. 蒸發(fā)氣體的流量穩(wěn)定后，且應(yīng)不大于1h的時(shí)間間隔采集、記錄流量計(jì)示值、環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計(jì)入口溫度和壓力，且記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間應(yīng)為24h。6. 計(jì)算被

27、檢件靜態(tài)蒸發(fā)率，并應(yīng)與此前24h的靜態(tài)蒸發(fā)率對(duì)比。當(dāng)靜態(tài)蒸發(fā)率的變化范圍小于5%時(shí)，則記錄的數(shù)據(jù)有效；當(dāng)靜態(tài)蒸發(fā)率的變化范圍大于5%時(shí)，允許重新記錄數(shù)據(jù)一次，重新記錄時(shí)間應(yīng)不少于24h，且該數(shù)據(jù)為最終記錄數(shù)據(jù)。2.2.4 數(shù)據(jù)處理測(cè)試蒸發(fā)率0按式（2-1）計(jì)算：（2-1）式中：0 _測(cè)試蒸發(fā)率，單位為百分比每天（%/d）；qm _蒸發(fā)氣體質(zhì)量流量日平均值，單位為千克每天（kg/d）； _流量計(jì)的校正系數(shù)，標(biāo)定時(shí)的給定值；1 _標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下飽和液體的密度，單位為千克每立方米（kg/m3）；V _被檢件的有效容積，單位為立方米（m3）。第三章 測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案3.1 低溫絕熱氣瓶的檢驗(yàn)流程此

28、檢驗(yàn)流程適用在介質(zhì)為液氮、液氧、二氧化碳、液化天然氣（LNG）等低溫液體，不低于-196的設(shè)計(jì)溫度，在正常的環(huán)境溫度（-4060）下使用，公稱容積（10450）L，公稱工作壓力范圍（0.23.5）MPa，可重復(fù)裝填的車(chē)用液化天然氣低溫氣瓶及焊接低溫氣瓶的定期檢測(cè)。如下圖3.1所示，完整的氣瓶檢測(cè)流程。圖3.1氣瓶監(jiān)測(cè)站完整流程上圖所示的是完整的低溫絕熱氣瓶的檢驗(yàn)流程，在對(duì)整個(gè)過(guò)程有個(gè)全面了解之后，有利于把握此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)需求，使之能夠真正滿足實(shí)際生產(chǎn)中的需要。在本文中涉及到的是氣密性試驗(yàn)即靜態(tài)蒸發(fā)率檢測(cè)，正是工藝流程中末端的重要環(huán)節(jié)，氣密性是影響氣瓶性能的關(guān)鍵因素。因此接下來(lái)將對(duì)本次檢驗(yàn)系

29、統(tǒng)的需求進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)實(shí)際需要制定合理的設(shè)計(jì)方案。3.2 系統(tǒng)需求分析3.2.1 系統(tǒng)功能需求的分析本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)希望實(shí)現(xiàn)氣瓶數(shù)據(jù)庫(kù)的建成以及氣瓶的自動(dòng)化檢驗(yàn)，對(duì)氣瓶檢驗(yàn)過(guò)程、信息收集、檢測(cè)設(shè)備等各環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化集成，一方面可以提升氣瓶的檢測(cè)效率和管理效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)建立中央數(shù)據(jù)庫(kù)，利用電子標(biāo)識(shí)給每個(gè)氣瓶進(jìn)行有效的歸檔，保證對(duì)氣瓶的各項(xiàng)基本信息有個(gè)良好的匯總；另一方面，提高自動(dòng)化和智能化程度，減少和避開(kāi)因人為因素和操作不當(dāng)造成的氣瓶安全事故的產(chǎn)生，符合產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的現(xiàn)代化要求。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下這些功能：（1） 氣瓶的自動(dòng)化檢測(cè)：對(duì)低溫絕熱氣瓶的自動(dòng)化檢測(cè)包含內(nèi)壁外觀檢查、氣密性

30、檢測(cè)及靜態(tài)蒸發(fā)率檢驗(yàn)等。為了使整個(gè)檢測(cè)過(guò)程處于一個(gè)相對(duì)安全的環(huán)境中開(kāi)展，在氣瓶接受各種檢測(cè)之前必須將氣瓶的殘留氣體進(jìn)行更換處理，把氣瓶里的有毒有害或易燃易爆氣體更換成對(duì)人體無(wú)害較為安全的液氮，更換中要同時(shí)關(guān)注公共區(qū)域工作周邊環(huán)境的氧氣濃度和更換排風(fēng)處的殘氣濃度，以確保相關(guān)人員的安全。更換后要先檢測(cè)氣瓶的外觀和內(nèi)壁，對(duì)缺陷較重的、影響到正常使用的氣瓶予以報(bào)廢，對(duì)損失較小的并且能夠接著用的氣瓶開(kāi)展夾層真空度檢測(cè)，判定氣瓶夾層真空度的合格度。完成真空度檢測(cè)后，需要進(jìn)行靜態(tài)蒸發(fā)率的檢測(cè)。向氣瓶中充液氮至一定的充填量為止，操作人員按下采集鍵后，由系統(tǒng)自動(dòng)記錄隨時(shí)間改變的大氣壓力、進(jìn)出口溫度、流量計(jì)值等并

31、按照相應(yīng)的公式計(jì)算日蒸發(fā)率、時(shí)蒸發(fā)率等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保留在人機(jī)操作界面（觸摸屏）中，以方便操作人員的讀取和使用。3.2.2 系統(tǒng)性能需求的分析（1）系統(tǒng)的高效率：由于采集數(shù)據(jù)有可編程控制器（PLC）內(nèi)置程序自行完成，操作人員只需在人機(jī)界面（觸摸屏）處觀察數(shù)據(jù)即可，不需要人為進(jìn)行讀數(shù)和采集，節(jié)省大量人力同時(shí)使靜態(tài)蒸發(fā)率測(cè)試變得更加合理高效。（2）人性化的設(shè)計(jì)：對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)，操作軟件、操作界面只需輕輕一點(diǎn)或者少量的鍵盤(pán)輸入，加上簡(jiǎn)明的界面和清楚的菜單，只要讓用戶接受簡(jiǎn)單的操作訓(xùn)練和實(shí)際指導(dǎo)后，就可以較快地掌握這個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)。（3）查找信息的功能：該系統(tǒng)將兩組氣瓶的數(shù)據(jù)和信息儲(chǔ)存在人機(jī)界面中，操作

32、人員可以隨時(shí)點(diǎn)開(kāi)界面進(jìn)行查詢，以方便對(duì)不同信息進(jìn)行整理匯總。（4）軟件自動(dòng)糾錯(cuò)能力：當(dāng)出現(xiàn)人為操作失誤或氣瓶出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)界面會(huì)彈出錯(cuò)誤操作的提示框，提示操作人員正確的操作方法，避免進(jìn)行一些誤操作影響系統(tǒng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)保存。3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制方法采用的是PLC與觸摸屏的聯(lián)合控制。下圖3.2展示的是本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理示意圖，通過(guò)該原理圖針對(duì)PLC部分和觸摸屏部分分別展開(kāi)設(shè)計(jì)，最后將兩者結(jié)合，以構(gòu)成完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 圖3.2 系統(tǒng)基本原理流程圖按照系統(tǒng)流程圖，可做出相應(yīng)的系統(tǒng)實(shí)物聯(lián)接圖。如圖3.3所示，與LNG氣瓶相連的，分別有三種傳感器，即溫

33、度計(jì)、氣體質(zhì)量流量計(jì)、氣壓計(jì)，輸出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后，進(jìn)入到PLC的模擬量輸入板塊，再由RS232串口將采集來(lái)的信號(hào)傳輸至觸摸屏，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 圖3.3 系統(tǒng)聯(lián)接圖3.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)各部分的初步方案（1）測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架的設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架是用來(lái)安裝PLC和觸摸屏的工具，既要滿足合理安裝、布置配線、便于通訊等要求，又要兼具簡(jiǎn)易便攜等特點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)時(shí)要注意PLC和觸摸屏的安裝要求，盡可能地利用最少的空間完成最大的功能實(shí)現(xiàn)。如圖3.1和3.2所示，PLC對(duì)于安裝有著一定的要求，設(shè)計(jì)臺(tái)架時(shí)應(yīng)予以充分考慮。圖3.1 PLC安裝方向圖3.2 PLC散熱間隙（2）測(cè)試系統(tǒng)氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路包含各類(lèi)閥件、

34、傳感器設(shè)備及管件接頭等。在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)先按照靜態(tài)蒸發(fā)率的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)繪制氣動(dòng)回路原理圖。接下來(lái)，針對(duì)原理圖中的各組成部分，需要對(duì)各元器件進(jìn)行選型，以簡(jiǎn)易便利、性價(jià)比優(yōu)先為原則，選取適當(dāng)?shù)脑骷?，并進(jìn)行調(diào)試。面對(duì)調(diào)試中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，需要對(duì)不合理的元件重新選型、對(duì)不合適的方案重新考慮進(jìn)行修正，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。（3）測(cè)試系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)控制部分簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即由PLC和觸摸屏兩部分組成。但是涉及到二者通訊、編程設(shè)計(jì)等問(wèn)題，需要對(duì)兩者的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行詳細(xì)地了解，在熟悉PLC和觸摸屏的性能和功能之后開(kāi)展后續(xù)的設(shè)計(jì)。由于本次設(shè)計(jì)要求不高，選取小型PLC即可完成要求，同理國(guó)產(chǎn)系列的觸摸屏也能適應(yīng)要求，但需要注

35、意的是，小眾的PLC和觸摸屏問(wèn)題可能較多、處理起來(lái)較為困難，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)多查閱手冊(cè)和說(shuō)明書(shū)。第四章 測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架的設(shè)計(jì)4.1 測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)的目的是為了實(shí)現(xiàn)PLC和觸摸屏聯(lián)合控制的測(cè)試系統(tǒng)，這就需要一個(gè)臺(tái)架將系統(tǒng)的各個(gè)部分安裝在其中，使系統(tǒng)可以作為一個(gè)整體被投入到實(shí)際運(yùn)行中。首先，可以采用類(lèi)似儀器箱的結(jié)構(gòu)將PLC容納其中，同時(shí)由于觸摸屏本身是嵌入式的，所以安裝時(shí)將其嵌入到箱體的蓋子中。箱體長(zhǎng)其次，為了滿足PLC的安裝需求，PLC與上方的觸摸屏、箱體底部及兩側(cè)均留有20mm的空隙。同時(shí)，容器內(nèi)底部留有高20mm的凸臺(tái)，及高90mm的靠板，供PLC安放和安裝。最后，在PLC的I/O端子一

36、側(cè)所對(duì)應(yīng)的容器壁上需開(kāi)兩個(gè)長(zhǎng)槽和一個(gè)圓孔供PLC接線用。右下角開(kāi)有供電端口，220VAC輸入。4.2 測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架及組件的示意圖如下圖4.1（a）、（b）所示，將PLC、觸摸屏、流量計(jì)、箱體等裝配之后，構(gòu)成了完整的系統(tǒng)箱體設(shè)計(jì)。圖4.1（a）裝配圖1圖4.1（b）裝配圖2圖4.2對(duì)應(yīng)的是箱體，圖4.3對(duì)應(yīng)的是PLC模型，圖4.4（a）、（b）對(duì)應(yīng)的是觸摸屏模型，通過(guò)拆解開(kāi)來(lái)逐個(gè)認(rèn)識(shí)各組件，可以便于之后對(duì)實(shí)物進(jìn)行裝配。圖4.2 箱體圖4.3 PLC模型圖4.4（a） 觸摸屏模型1圖4.4（b) 觸摸屏模型2第五章 測(cè)試系統(tǒng)氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)5.1 測(cè)試系統(tǒng)氣動(dòng)回路方案按照第二章所述的測(cè)試方法設(shè)計(jì)了本

37、次測(cè)試系統(tǒng)的氣動(dòng)回路初步方案，它的構(gòu)件有以下諸多元件：閥、壓力控制器、質(zhì)量流量計(jì)、數(shù)字流量積算儀、溫度計(jì)、壓力表、氣壓計(jì)及管件接頭等。整體設(shè)計(jì)圖如圖5.1所示。在實(shí)際調(diào)試中可以按圖中所示的方式聯(lián)接管路，管路可選擇通用高壓氣體管道，其余部件為設(shè)計(jì)內(nèi)容。本章節(jié)面向壓力控制器、質(zhì)量流量計(jì)和整體氣動(dòng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于系統(tǒng)中涉及到的溫度計(jì)、壓力計(jì)、氣壓計(jì)等部件作為整體氣動(dòng)回路的一部分在本文不做討論。圖5.1 檢測(cè)系統(tǒng)氣動(dòng)回路圖5.2 壓力閥的選擇5.2.1 壓力閥功能分析壓力閥應(yīng)能控制氣瓶?jī)?nèi)檢測(cè)所需要的恒定壓力，并且保持在檢測(cè)過(guò)程不隨意產(chǎn)生啟閉動(dòng)作。應(yīng)能伴隨氣瓶?jī)?nèi)介質(zhì)氣體量的變化而進(jìn)行快速有效調(diào)節(jié)，保持

38、瓶?jī)?nèi)的檢測(cè)壓力相對(duì)穩(wěn)定不變：當(dāng)外界環(huán)境的變化引起氣體量增大，閥瓣的開(kāi)啟度能隨之變大，出口氣流量變大；當(dāng)外界環(huán)境的變化引起氣體量減小，閥瓣的開(kāi)啟度隨之變小，出口氣流量變小。在這個(gè)過(guò)程中既不能出現(xiàn)因?yàn)閯?dòng)作延遲而導(dǎo)致流量瞬間變大，也不能因?yàn)闅怏w量突然減小而導(dǎo)致控制閥產(chǎn)生關(guān)閉操作。5.2.2 壓力閥的選擇按照上述功能要求，選取了某國(guó)產(chǎn)廠商型號(hào)500(505)/18D 的壓力控制器。控制器采用膜片式傳感器和無(wú)泄漏活塞式的傳感器兩種形式。500/18D 膜片式傳感器可用于空氣、氣體等中性氣體和潤(rùn)滑油、輕燃油等液體介質(zhì)。控制器的設(shè)定值可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍0.11.6MPa。其主要技術(shù)性能包括以下方面：工作粘度：1

39、10-3m 2/s 開(kāi)關(guān)元件：微動(dòng)開(kāi)關(guān) 外殼防護(hù)等級(jí)：IP54 （符合 DIN40050，與 GB4208 中 IP54 相當(dāng)） 安裝位置：壓力口垂直向下（允許傾斜 15） 環(huán)境溫度：2555 介質(zhì)溫度：2580 抗振性能：Max 100m/s2重復(fù)性誤差：2.5% 觸點(diǎn)容量：AC 220V 6A（阻性）5.3 壓力閥部件選擇5.3.1 質(zhì)量流量計(jì)的選擇熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是氣體流量計(jì)中的新型儀表，它適用于鋼廠，電廠，核電站及各種管道氣體的流量測(cè)量。不需要進(jìn)行壓力和溫度修正，直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量。依據(jù)的原理是流體吸收熱的速度直接與質(zhì)量流量相關(guān)。移動(dòng)的氣體分子撞擊熱電阻時(shí)吸收帶走熱量，流量越大，

40、接觸熱電阻的分子越多，吸收的熱量越多，熱吸收與某種氣體的分子數(shù)，熱學(xué)特性和流動(dòng)特性有關(guān)。依據(jù)采集的要求，選擇某品牌公司產(chǎn)品，型號(hào)DY-EP熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。其型號(hào)具有多種特點(diǎn)，適合負(fù)責(zé)各種復(fù)雜環(huán)境。如，不需要溫度、壓力補(bǔ)償；一個(gè)流量計(jì)能同時(shí)兼顧小流量和大流量測(cè)量，特別適合大口徑測(cè)量等?？梢猿錾耐瓿晒に嚬艿赖臋z漏及設(shè)備的檢漏工作。施工量極小，由于采用插入式結(jié)構(gòu)，只需要在管道上開(kāi)一個(gè)22-25孔。帶球閥，校正維修方便。智能數(shù)顯流量積算儀配套?；厥絻x表可以就地顯示和帶報(bào)警控制。以上這些優(yōu)點(diǎn)有利于實(shí)際測(cè)試，故選擇該型號(hào)質(zhì)量流量計(jì)。其輸出為線性輸出。一體化結(jié)構(gòu)輸出的模擬信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)4-20mA線性信

41、號(hào)，在分體式結(jié)構(gòu)中從變送器單元輸出的4-20mA信號(hào)，線性較差，只有再?gòu)牧髁糠e算儀輸出的信號(hào)才是準(zhǔn)線性4-20mA信號(hào)。從流量積算儀再輸出的4-20mA，可以人為設(shè)定整個(gè)流量范圍的一段。例如：某流量計(jì)量程為0-5000Nm3/h，輸出4-20mA線性信號(hào)，可以設(shè)定0-3000Nm3/h，100-1500Nm3/h，輸出4-20mA。流量計(jì)可選量程分為2SLM、5SLM、和10SLM 3種，分別對(duì)應(yīng)的是2 L/min、5 L/min和10 L/min。經(jīng)過(guò)計(jì)算后所需測(cè)試的流量范圍為：2.755.60L/min。當(dāng)待測(cè)定的流量值在滿量程的1/32/3內(nèi)時(shí)，此時(shí)流量計(jì)的誤差最小。故選擇量程為10SL

42、M的流量計(jì)可以滿足實(shí)際檢測(cè)誤差值小于1.5%、線性誤差小于1%的檢測(cè)需求。5.3.2 數(shù)字流量積算儀的選擇結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為一體化結(jié)構(gòu)、分體式結(jié)構(gòu)和高級(jí)鎧裝型。設(shè)計(jì)追求簡(jiǎn)易，故選擇分體式結(jié)構(gòu)。其原理即傳感器、變送器和顯示部分分離，顯示部分為一臺(tái)獨(dú)立的智能流量積算儀，顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，設(shè)置報(bào)警點(diǎn)和輸出4-20信號(hào)。兩部分通過(guò)三根線聯(lián)結(jié)，變送器為三線制。數(shù)字流量積算儀是DY-EP型流量計(jì)自帶的，它可為氣體質(zhì)量流量計(jì)提供工作電源、操作控制、數(shù)字瞬時(shí)流量和累積流量的顯示，與DY-EP型質(zhì)量流量計(jì)配合使用。該積算儀帶有串行通訊口，可通過(guò)RS232 或RS485 接口與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量監(jiān)測(cè)和控制。

43、5.4 檢測(cè)氣動(dòng)回路使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題1）當(dāng)測(cè)試壓力在非開(kāi)放式常壓狀態(tài)（承壓狀態(tài)）下，測(cè)試壓力應(yīng)控制在0.8 MPa以下，氣瓶?jī)?nèi)的實(shí)際壓力最好控制在比壓力閥的開(kāi)啟壓力高0.020.03 MPa，這樣可以快速建立起測(cè)試平衡壓力，提高檢驗(yàn)效率。2）當(dāng)測(cè)試壓力在非開(kāi)放式常壓狀態(tài)（承壓狀態(tài)）下，還應(yīng)注意：承壓檢測(cè)狀態(tài)時(shí)，所有待測(cè)瓶系統(tǒng)的管路、管路接管接頭及檢測(cè)系統(tǒng)的所有聯(lián)接頭氣密性必需符合要求，不得有任何泄漏；氣瓶檢測(cè)時(shí)的充液量不能超過(guò)滿瓶的3/4液位，如果超充，從放空閥排出的低溫液體會(huì)使質(zhì)量流計(jì)受損；承壓測(cè)試壓力控制在0.8 MPa以下時(shí)，壓力側(cè)接管使用專用夾子固定牢固以免松脫。第六章 測(cè)試系統(tǒng)控制

44、部分的設(shè)計(jì)6.1 測(cè)試系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)方案本次測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制部分由PLC和觸摸屏兩部分組成。針對(duì)本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體需求，PLC設(shè)計(jì)包含程序設(shè)計(jì)和與上位機(jī)通訊兩部分，而觸摸屏設(shè)計(jì)包含用戶界面設(shè)計(jì)、與PLC通訊、數(shù)據(jù)采集記錄等功能。下文著重論述如何通過(guò)兩者結(jié)合的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述的功能。圖6.1 控制部分結(jié)構(gòu)圖如上圖6.1所示，控制部分的結(jié)構(gòu)示意圖。信號(hào)輸入包含壓力計(jì)、溫度計(jì)、流量計(jì)等數(shù)據(jù)采集裝置的模擬量輸入。由于模擬量無(wú)法直觀地被人認(rèn)識(shí)，所以需要PLC和觸摸屏進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，已達(dá)到數(shù)據(jù)的可讀性，這在后續(xù)的設(shè)計(jì)中將作為極為重要的一點(diǎn)。PLC必須帶有模擬量輸入板塊，缺少模擬量輸入板塊將無(wú)法接收模擬量信號(hào)，

45、可通過(guò)模擬量拓展塊或自帶的模擬量板塊解決模擬信號(hào)輸入的問(wèn)題。PLC與觸摸屏之間可以通過(guò)RS232串口進(jìn)行通訊，選定合適的通訊協(xié)議有助于實(shí)現(xiàn)二者之間順利地互通數(shù)據(jù)和有效地控制與被控制。觸摸屏作為人機(jī)交互的界面，設(shè)計(jì)應(yīng)該簡(jiǎn)潔明了、容易上手、方便操作，在版面設(shè)計(jì)中注重各功能的實(shí)現(xiàn)，拋棄不相關(guān)的裝飾和美化，讓操作人員一目了然，操作之時(shí)一步到位。觸摸屏作為數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存設(shè)備，應(yīng)充分考慮利用其自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)以保證斷電離線后，數(shù)據(jù)保留至數(shù)據(jù)庫(kù)，供操作人員的讀取和使用。6.2 PLC的控制部分設(shè)計(jì)6.2.1 PLC的選型與說(shuō)明本次設(shè)計(jì)使用的是某廠商生產(chǎn)的小型PLC，型號(hào)為FBS-10MAT，具體包括: 6 點(diǎn) 24

46、VDC 數(shù)字輸入(4 點(diǎn)總和可達(dá) 5KHz)，4 點(diǎn) 10KHz 晶體管輸出，一個(gè) RS232 或 USB通訊端口(最大可擴(kuò)充至 3 個(gè))，I/O 不可擴(kuò)充。實(shí)物圖如下圖6.2所示。圖6.2 PLC實(shí)物圖因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)主要功能面向模擬量輸入，故對(duì)數(shù)字量輸入輸出不多做贅述，詳細(xì)介紹其自帶的模擬量擴(kuò)充板。6.2.2 關(guān)于FBs-B2A1D的詳細(xì)介紹FBs-B2A1D是FBS-10MAT的自帶擴(kuò)充板，兩個(gè)模擬量輸入一個(gè)模擬量輸出，能夠滿足本次系統(tǒng)的測(cè)試需求。下圖6.3所示，是FBs-B2A1D 的外觀正視圖，對(duì)各I/O接口的位置、功能進(jìn)行了一定的展示。圖6.3 FBs-B2A1D 之外觀正視圖同時(shí)，下

47、圖6.4給出了對(duì)各I/O用途的詳細(xì)說(shuō)明，便于我們進(jìn)一步了解和使用該擴(kuò)充圖6.4 FBs-B2A1D的各I/O說(shuō)明圖圖6.5，是對(duì)該擴(kuò)充板的詳細(xì)規(guī)格的整理。需要注意的是，模擬輸入的范圍不應(yīng)超過(guò)額定范圍，電流過(guò)大或者電壓過(guò)高都會(huì)對(duì)PLC造成不可逆的傷害，如擊穿電容或者燒壞線圈等，設(shè)計(jì)者和使用者應(yīng)予以重視。其中，還列舉了準(zhǔn)確度，因?yàn)槟M量的采集不可避免的會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，設(shè)備的抗干擾能力影響著信號(hào)采集的準(zhǔn)確度，而信號(hào)的準(zhǔn)確度對(duì)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。該擴(kuò)充板準(zhǔn)確度的可達(dá)最大值之1%以內(nèi)，性能較為良好，完全符合本次設(shè)計(jì)的需求，無(wú)需對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)多的調(diào)整。圖6.5 FBs-B2A1D 之功能規(guī)格對(duì)該

48、模擬擴(kuò)充板進(jìn)行詳細(xì)了解后，順利地使用該板進(jìn)行模擬量采集工作是下一步的重要步驟。為此，圖6.6對(duì)模擬擴(kuò)充板的使用流程做了充分的說(shuō)明，并對(duì)如何采集模擬量數(shù)值也有對(duì)應(yīng)說(shuō)明。通過(guò)該圖表明，直接讀取對(duì)應(yīng)的緩存器數(shù)值即可解決模擬量采集問(wèn)題，方法簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)易，在程序設(shè)計(jì)時(shí)可省去大量數(shù)據(jù)讀取的步驟。圖6.6 FBs 模擬擴(kuò)充板之使用步驟在開(kāi)發(fā)PLC模擬量采集系統(tǒng)時(shí)，我們經(jīng)常會(huì)采用模擬擴(kuò)充模塊，然而這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)易、成本低的原則，所以對(duì)兩者的不同點(diǎn)有所了解便于我們開(kāi)發(fā)本次系統(tǒng)。模擬擴(kuò)充板和以往的模擬擴(kuò)充模塊不同之處，具體表現(xiàn)在FBs 模擬擴(kuò)充板的I/O 尋址模式與FBs 系列模擬擴(kuò)充模塊有著差異。模擬擴(kuò)充

49、板所占用的系統(tǒng)資源，不再是數(shù)值輸入緩存器（ 簡(jiǎn)稱IR 緩存器R3840 R3903）或數(shù)值輸出緩存器（ 簡(jiǎn)稱為OR 緩存器）R3904R3967， 而是一般的數(shù)據(jù)緩存器D4072D4075(模擬輸入擴(kuò)充板)或D4076D4077(模擬輸出擴(kuò)充板)，模擬擴(kuò)充板所占用的資源詳列于下圖6.7，使用者和設(shè)計(jì)者可以對(duì)照了解。圖6.7 FBs-B2A1D 的I /O 配置同時(shí)WinProladder 在與PLC 聯(lián)機(jī)后亦會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并配置緩存器。使用者可參考WinProladder 所提供之I/O 模塊編號(hào)配置而知道該模塊之實(shí)際配置I/O 地址以方便撰寫(xiě)應(yīng)用程序。在對(duì)該模擬擴(kuò)充板各項(xiàng)參數(shù)和情況有一定認(rèn)識(shí)后，

50、PLC要實(shí)現(xiàn)模擬量采集必須得和信號(hào)來(lái)源進(jìn)行接線通訊。下圖6.8，將模擬量的輸出輸入接口電路通過(guò)實(shí)際接線的方式展現(xiàn)出來(lái)，較為直觀明顯。首先，選用包覆式雙絞線作為信號(hào)源和模擬量端口的通信線。其次，以模擬量輸入為例，雙絞線其中一根的一端與信號(hào)源一極相連，另一端則與擴(kuò)充板的模擬量輸入端口相連。雙絞線的另一根與信號(hào)源另一極相連，其另一端與擴(kuò)充板上的姐弟端口相連。這樣使得電壓或者電流信號(hào)，可以在兩者間構(gòu)成完整的回路，以達(dá)到讓信號(hào)傳輸?shù)侥M量輸入端口的目的。模擬量輸出的接線同理，不做贅述。需要注意的是，圖中所示的0.1-0.47F電容是用來(lái)濾除噪聲用的，電容可通交流阻直流，無(wú)關(guān)的交變信號(hào)可被剔除。在實(shí)際操作

51、中可以加裝，以減少來(lái)自噪聲的干擾、確保影響信號(hào)的準(zhǔn)確度，但并不是必要元件，視情況而定。如要求不高的場(chǎng)合，可選用較大的電容或者不用。圖6.8 FBs-B2A1D 之模擬輸入/輸出電路示意圖6.2.3 WinProladder 的介紹與PLC的編程如上節(jié)提到的，WinProladder V3.11是一款該型PLC專用的編程軟件，操作界面較為簡(jiǎn)單，能夠通過(guò)梯形圖和語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)編程。如圖6.9所示。 圖6.9 WinProladder初始化界面針對(duì)兩通道采集模擬量的情況，這里設(shè)計(jì)了有分支選項(xiàng)的流程，使得PLC在接到不同指令時(shí)按照相應(yīng)的條件選擇分支進(jìn)行下一步的執(zhí)行任務(wù)。正如下圖6.10所示。程序開(kāi)始后執(zhí)行

52、步驟s0，若M0繼電器導(dǎo)通則執(zhí)行步驟s1，若M1繼電器導(dǎo)通則執(zhí)行步驟s2，這里即是分支選項(xiàng)，需要按照不同的條件執(zhí)行不同的指令。之后，不管是執(zhí)行步驟s1還是步驟s2都會(huì)回到步驟s0，進(jìn)行下一輪的判斷和執(zhí)行。 圖6.10 程序的流程示意圖按照上述的流程，以及之前所述的模擬量輸入端口分配的寄存器地址，可以繪制出如下的梯形圖6.11。梯形圖前面部分主要是按照流程進(jìn)行編譯，而最后兩條語(yǔ)句的功能是，將兩模擬量通道對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器D4072、D4073中的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)移至數(shù)據(jù)寄存器D0、D1中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和保存，防止數(shù)據(jù)的覆蓋和丟失。在之后的觸摸屏的程序編譯中，可以通過(guò)按下某鍵即執(zhí)行直接讀取D0、D1中的

53、數(shù)據(jù)的腳本的方法，保證前后各數(shù)據(jù)讀寫(xiě)位置的一致性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)觸摸屏和PLC之間控制和通訊。圖6.11 梯形圖6.3 觸摸屏的控制部分設(shè)計(jì)6.3.1 觸摸屏的選型與說(shuō)明本次設(shè)計(jì)使用的是某國(guó)產(chǎn)廠家生產(chǎn)的TPC1561Hi系列的觸摸屏產(chǎn)品。外觀詳情如下圖6.12所示。圖6.12 TPC1561Hi 外觀圖該型號(hào)的觸摸屏，具有超大容量、永久存儲(chǔ)、高效通訊、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品中名列前茅，也符合此次設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)從易的硬性要求。其詳細(xì)參數(shù)如下表6.1所示：類(lèi)別 項(xiàng)目 TPC1561Hi 顯示分 辨 率 1024*768 主板 CPU頻率 Cortex-A8，600MHz 內(nèi)存容量 256M DDR2 存

54、儲(chǔ) 磁盤(pán)容量 128M FLASH + 2G SD卡 鐵電存儲(chǔ) 8K 軟件 組態(tài)軟件 MCGS嵌入版7.6 接口 串口通訊 2RS232、1RS4851RS232/485 CAN通訊 可擴(kuò)展USB接口 USB 2.0 以太網(wǎng)口 10M/100M自適應(yīng) 表6.1 TPC1561Hi的配置表上表中，RS232是該型觸摸屏與PLC的串口通訊端子。由于串口通訊，需要編寫(xiě)較為復(fù)雜的通訊協(xié)議，導(dǎo)致很多不必要的麻煩和困難。而該型觸摸屏帶有現(xiàn)下較為通用普遍的各種類(lèi)型PLC的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，其中包含通訊協(xié)議，所以實(shí)際通訊中無(wú)需自行編寫(xiě)通訊協(xié)議，只需設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備即可。6.3.2 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的介紹MCGS嵌

55、入版的主要功能，包括可視化、支持多種硬件、高處理性能、多媒體畫(huà)面、安全機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)功能、報(bào)警功能等。其初始化界面，如下圖6.13所示。使用者可以通過(guò)新建工程來(lái)進(jìn)行觸摸屏動(dòng)態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì)。圖6.13 MCGS嵌入版的初始畫(huà)面在這款組態(tài)軟件中，一個(gè)工程包含多個(gè)要素，即主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行策略等。他們的關(guān)系圖如6.14所示。圖6.14 組態(tài)軟件各要素的關(guān)系圖各個(gè)要素都有其各自作用，詳細(xì)如下：1）主控窗口構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架2）設(shè)備窗口是MCGS嵌入版系統(tǒng)與外部設(shè)備聯(lián)系的媒介3）用戶窗口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的“可視化”4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS嵌入版系統(tǒng)的核心5）運(yùn)行策略是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段6.3.3觸摸屏組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)要實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)的控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，主要是對(duì)用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)行策略進(jìn)行開(kāi)發(fā)。用戶窗口應(yīng)包含，主頁(yè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫(huà)面、標(biāo)定參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)表等。首先，如圖6.15（a）、（b）、（c）、（d）所示，這些是設(shè)計(jì)后的用戶窗口，經(jīng)模擬和下載