实验论文气瓶气密试验控制系统设计

　　本篇实验论文设计了全自动气瓶气密试验装置控制系统，制作了一台电气控制柜。本设计采用了硬件双重互锁电路，有效地避免了误操作引起的主电路短路情况的发生。同时，本设计在软件上采用接通复位的方式，解决了电机正反转切换过程失效的问题。在软硬件设计的基础上，通过实验验证，系统可以实现升降机上升和下降、限位停止、运行指示灯功能。　《实验室科学》(双月刊)是由南开大学、中国高等教育学会主办的刊物。实验室科学杂志实验工程师评审条件《实验室科学》本刊高举邓小平理论伟大旗帜，以江泽民“三个代表”重要思想为指导，为“科教兴国”基本国策，为发展科学实验事业服务。努力提高实践室的科学水平，技术水平和管理水平服务，为科学实验工作者、教育工作者及管理工作者服务。

　　摘要：设计了全自动气瓶气密试验装置控制系统，采用了硬件双重互锁电路，有效地避免了误操作引起的主电路短路情况的发生。同时，在软件上采用接通复位的方式，解决了电机正反转切换过程失效的问题。实验证明，控制系统实现了气瓶气密试验的全自动化。

　　关键词：试验装置;控制系统;互锁电路

　　前言

　　气瓶是运载火箭增压输送系统的重要构件之一，其功能是储存高压气体，为推进剂贮箱增压。气瓶的气密性好坏直接关系到火箭的动力性能的质量。目前，大部分气瓶检测是通过手动方式实现的，操作员将气瓶装夹在工装中，靠人力把气瓶压入水下。这种方式耗费人力且效率低下。为了提高气瓶气密性检测的效率，本文设计了一套全自动气瓶气密试验装置，提出了一种全自动气瓶气密试验装置控制方案，采用PLC指令互锁技术保证气密性试验的可靠性，实验验证了控制系统的工程可行性。

　　1系统简介及原理

　　1.1系统简介系统由控制软件、主电路、PLC控制器、位置检测模块、显示灯构成。软件以欧姆龙CX-Program4.0软件为平台，运用梯形图语言编程。硬件系统选用欧姆龙CPM1A控制器、施耐德交流接触器、指示灯以及施耐德行程限位开关。具体硬件结构图如图1所示。1.2工作原理系统的输入动作为上电、停止、急停、升降机上升和下降信号、限位开关限位指令。输出指令为上电线圈上电指令、正转线圈上电指令、反转线圈上电指令。工作时，保持急停开关为常闭状态。首先按下上电按钮，主电路得电。按下下降按钮时，对应的升降机自动下降，将待检测的气瓶压入水中。一旦到达限位位置，限位开关向系统发出停止指令，升降机停止动作。气密性试验进行完毕，按下上升按钮，升降机自动提升。气瓶检测系统结构如图2所示。

　　2控制系统设计

　　本系统由硬件设计和软件设计构成。硬件主要包括硬件互锁控制电路和主电路。软件设计主要是控制系统的控制逻辑设计。下面分别对硬件设计和软件设计选择进行详细分析。

　　2.1硬件互锁电路设计为了避免电机在运行过程中出现正反转交流接触器线圈同时导通造成短路的情况发生[1]。本文从硬件上进行了双重互锁设计[2]。其原理图如图3所示。第一个互锁是正反转按钮互锁。正转按钮的常闭触点与反转按钮的常开触点串联，反转按钮的常闭触点与正转按钮的常开触点串联。当其中任意一个按钮按下时，另一个按钮所在的输入回路被断开。第二个互锁是输出线圈的触点互锁。即正转控制线圈KM2的常闭触点与反转线圈KM1串联，反转控制线圈KM1的常闭触点与正转线圈KM2串联。正转运行时，正转线圈KM2通电，KM2的常闭触点变为常开触点，反转线圈KM1所在的回路被断开。即使反转按钮按下，PLC反转输出点导通，反转线圈也不会通电。反转运行时原理同上。

　　2.2软件逻辑设计软件设计主要目的是实现升降机动作、行程限位，故障停止、状态指示等功能[3-5]。控制系统的梯形图如图4所示。在硬件电路中为了防止主电路短路，加入了双重硬件互锁。但是在电机正转、反转切换过程中，如果配合不当，会导致切换失败。如当电机由正转切换反转时。当前串联在反转回路中的常闭触点KM2断开。虽然此时按下反转按钮，但是由于正转线圈的常闭触点已经断开，反转线圈无法得电，最终导致切换失败。为此本设计利用梯形图的顺行执行的特点很好地解决了这个隐患。在图4中，程序加入了复位指令RSET。在切换时，复位指令首先被执行，将串联在输出回路中的常闭触点复位，然后才执行线圈上电程序。从逻辑上避免了切换过程中出现的失败现象。

　　2.3实验验证针对本系统的设计要求，作者对控制系统的功能进行了现场实验。实验内容包括上电运行、升降机上升、升降机下降、限位开关功能验证。试验过程中对应的程序运行情况如下所示。图5是按下上电按钮后线圈KM3的动作情况。电动按钮后，上电线圈保持自锁，主电路上电。图6是正转运行时线圈KM2动作情况。按下正转按钮后，程序复位反转线圈及其触点，正转线圈最终得电。图7是升降机到达限位位置时，开关的动作情况。从程序状态图可以看出，下行限位开关断开，反转线圈KM2失电。