浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告
压缩气缸自动控制系统
陈佳孙
（10自动化1班B09330101）
1选题的背景和意义
现代工业中，气密性检测是一项重要的安全检测，直接决定了产品的合格率。

本文介绍一种采用PLC控制方式，利用水没式泄漏检测法，推导出等效泄漏的方法，设计开发了一种高效、便捷、自动化程度高的气密检测装置[1]。

PLC以其功能强、价格低、结构紧凑、应用方便等优点，得到了越来越广泛的应用。

尤其是在控制回路较少的机电一体化产品中，PLC的应用更显其优越性，使得设计更加简化，功能更强，性能更稳定，工作更可靠。

PLC控制步进电机、丝杠，使光度传感器在配光屏幕实现水平和垂直的二维运动，并通过高精度磁栅尺，精确测量光度传感器的位移量，进而实现精确定点检测光轴偏移、配光性能等指标[2]。

这样可以精确控制压缩气缸的位置从而做到定点压缩气缸气密性检测。

主要通过机械手来实现。

1.1国内外研究现状及发展趋势
目前比较流行的气密性检测方法是利用气体流量公式进行检测。

首先测量与泄漏量相关的一些参数,例如压力、压差、弹性波等, 然后将这些相关量通过一定关系式转化为相应的泄漏量。

这种检测方法受主观因素影响小, 检测精度高, 并且易于实现自动控制、自动报警, 大大提高了检测效率。

依据被测参数的不同, 依据气体流量公式进行气密性检测的方法又分差压法、直压法、真空法、流量法等。

其中被测参数的选取, 对气密性检测精度有直接影响。

直压式检测精度低, 价格便宜。

而差压式与流量式检测精度高, 价格相对也较高。

应该根据不同工件特征, 选取合理的气密性检测设备, 力求经济合理、精确有效。

基于上述基本原理, 国内外众多厂家都开发出了气密性检测仪, 比较著名的有法国ATEQ 公司、美国的USON公司、日本的COSMOS公司等。

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。

USON 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、泄漏量, 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。

上述气密性检测技术的研究工作基本都集中在泄漏的定量检测, 但不能确定泄漏的具体位置。

目前一种新的发展趋势是把气密性检测技术和水检方法结合在一起, 形成一套多功能的检测设备。

利用该设备首先对工件进行气密性检测, 如果工件合格, 则完成了检测, 将工件送出; 如果工件泄漏量超标, 则将工件及卡具等作为一个整体沉入一个水槽里, 观察具体的泄漏位置。

工业与科技的发展是气密性检测技术发展的动力, 计算机、电子、传感技术的飞速发展为气密性检测技术的发展提供了良好的契机。

未来的气密性检测技术必将向高精度、高效率、智能化的方向发展。

现代气密性检测设备的广泛应用也将为保证产品质量、保障生产安全、提高企业经济效益发挥越来越重要的作用。

2研究的基本内容及拟解决的主要问题、
2.1.研究的基本内容
1硬件部分设计
包括主电路和控制电路的设计。

主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机M2由接触器KM3和KM4分别控制其正传和反转。

机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。

根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。

故操作方式选择开关设置有五个档位。

手动工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。

各个动作进行的同时均设有动作指示灯。

另外设有启动停止按钮。

其操作面板如图3—2所示：
图2—1机械手操作面板示意图
2软件部分设计
按照机械手控制和工艺流程的要求，在选择“手动方式”时应执行手动程序；在选择“回原位”时应执行回原位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。

其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。

故梯形图的总体构成如图2—2所示。

图2—1搬运机械手PLC控制梯形图总体构成
2.2拟解决的主要问题
1.包括通用程序其中包括状态初始化、状态转化启动、状态转化禁止三个部分的程序编写。

2手动操作程序，手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。

3.自动控制程序包括下降，夹紧，上升，慢进，快进，慢进，延时，下降，延时，上升，返回原位这些步骤，可以通过顺序梯形图来完成。

3研究方案、可行性分析以及预期研究成果
3.1气密性检测方法
气密性检测可按测试手段分为两大类，一类为水没式泄漏检测法(又称湿式浸水法)，即在向工件腔内充入一定压力的气体时，将其浸人水中或涂肥皂泡，根据目测肥皂泡或水中的气泡来判断工件是否有漏及泄漏的程度。

目前，这种方法在冰箱、空调的密封管道以及箱体检漏时仍普遍采用。

另一类为干式泄漏检测法，即不再用浸水法，而是向工件腔内充入一定压力的气体，通过压力传感器的
信号输出来判断工件是否有泄漏，并可根据单位时间内压力传感器输出的变化值来计算出其泄漏率。

干式检测法有液压测量法、流量检漏法、压差检漏法、负压测量法、氦气检漏法等，其测试效率高，不受主观因素影响，而且测试后不需要对工件进行其他处理，克服了水没法的缺点。

同时，干式检测法可定量评测工件的泄漏状态，并可方便地纳人零件的自动化加工线或流水线使用，不足之处是在通常情况下无法确定发生泄漏的部位。

本课题选择第一种方法即水没式泄漏检测法。

3.2压缩气缸的定点控制
这里我们主要是通过机械手来实现压缩气缸的前进，后退，上升，下降这些位移操作。

械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图2—1所示：[3]
图2—1机械手的动作周期
机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、
慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

3.3可行性分析
压缩气缸的气密性检测自动控制可以通过PLC 编程来实现对压缩气缸前进，后退，升，下降的操作。

该设计可以有效的提高工业的生产效率，提高检测的精确度，可靠可行[8]。

本人已学习了这些相关课程，熟悉PLC命令语言，以及在本课题中用到的I/O转化模块，导师及其课题组在压缩气缸自动控制系统设计的相关研究方面具有很多成功的经验，本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果。

3.4预期研究成果
完成软硬件设计，提交图纸和相应程序。

４研究工作计划
参考文献
[1]刘春, 胡建平, 郭磊, 等. 基于PLC 控制的气密检测仪的设计原理[J][J]. 机械设计与制造,
2011, 6: 089.
[2] 武丽. PLC 在多点定位及往返系统中的控制研究[J]. 微计算机信息, 2008, 24(19): 52-53.
[3]秦如明. 搬运机械手PLC 控制系统设计[J]. 科技创新与应用, 2012, 22: 075.
[4] 杨奕. PLC 高速计数器在定位控制系统中的应用[J]. 电气自动化, 2007, 29(4): 21-22.
[5] 程步军, 林寥廓. PLC 在位移测量与控制中的应用[J]. 自动化与仪表, 2004, 19(1): 61-63.
[6] 黄伟玲. 基于PLC 的气动搬运机械手设计[J]. 煤矿机械, 2009, 1(30No): 10.
[7] 孙晓, 周浩. 基于PLC 的样品煤定量包装控制系统设计[J]. 包装工程, 2011, 32(21): 76-78.
[8]李胜多.基于PLC 和组态王的搬运机械手控制系统的设计[J].农机化研究，2010，11：11
[9]魏哲明, 陈洁. 西门子PLC 自动控制系统在唐钢方坯连铸机上的应用[J]. 数字技术与应用, 2013 (4): 38-38.。