氣瓶氣密試驗控制系統(tǒng)設計

　　這篇控制系統(tǒng)論文發(fā)表了對氣瓶氣密試驗控制系統(tǒng)的設計，為了提高氣瓶氣密性檢測的效率，論文設計了一套全自動氣瓶氣密試驗裝置，提出了一種全自動氣瓶氣密試驗裝置控制方案，采用PLC指令互鎖技術(shù)保證氣密性試驗的可靠性，實驗驗證了控制系統(tǒng)的工程可行性。

　　關鍵詞：控制系統(tǒng)論文,試驗裝置,控制系統(tǒng),互鎖電路

　　前言

　　氣瓶是運載火箭增壓輸送系統(tǒng)的重要構(gòu)件之一，其功能是儲存高壓氣體，為推進劑貯箱增壓。氣瓶的氣密性好壞直接關系到火箭的動力性能的質(zhì)量。目前，大部分氣瓶檢測是通過手動方式實現(xiàn)的，操作員將氣瓶裝夾在工裝中，靠人力把氣瓶壓入水下。這種方式耗費人力且效率低下。

　　1系統(tǒng)簡介及原理

　　1.1系統(tǒng)簡介系統(tǒng)由控制軟件、主電路、PLC控制器、位置檢測模塊、顯示燈構(gòu)成。軟件以歐姆龍CX-Program4.0軟件為平臺，運用梯形圖語言編程。硬件系統(tǒng)選用歐姆龍CPM1A控制器、施耐德交流接觸器、指示燈以及施耐德行程限位開關。具體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。1.2工作原理系統(tǒng)的輸入動作為上電、停止、急停、升降機上升和下降信號、限位開關限位指令。輸出指令為上電線圈上電指令、正轉(zhuǎn)線圈上電指令、反轉(zhuǎn)線圈上電指令。工作時，保持急停開關為常閉狀態(tài)。首先按下上電按鈕，主電路得電。按下下降按鈕時，對應的升降機自動下降，將待檢測的氣瓶壓入水中。一旦到達限位位置，限位開關向系統(tǒng)發(fā)出停止指令，升降機停止動作。氣密性試驗進行完畢，按下上升按鈕，升降機自動提升。氣瓶檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2控制系統(tǒng)設計

　　本系統(tǒng)由硬件設計和軟件設計構(gòu)成。硬件主要包括硬件互鎖控制電路和主電路。軟件設計主要是控制系統(tǒng)的控制邏輯設計。下面分別對硬件設計和軟件設計選擇進行詳細分析。2.1硬件互鎖電路設計為了避免電機在運行過程中出現(xiàn)正反轉(zhuǎn)交流接觸器線圈同時導通造成短路的情況發(fā)生[1]。本文從硬件上進行了雙重互鎖設計[2]。其原理圖如圖3所示。第一個互鎖是正反轉(zhuǎn)按鈕互鎖。正轉(zhuǎn)按鈕的常閉觸點與反轉(zhuǎn)按鈕的常開觸點串聯(lián)，反轉(zhuǎn)按鈕的常閉觸點與正轉(zhuǎn)按鈕的常開觸點串聯(lián)。當其中任意一個按鈕按下時，另一個按鈕所在的輸入回路被斷開。第二個互鎖是輸出線圈的觸點互鎖。即正轉(zhuǎn)控制線圈KM2的常閉觸點與反轉(zhuǎn)線圈KM1串聯(lián)，反轉(zhuǎn)控制線圈KM1的常閉觸點與正轉(zhuǎn)線圈KM2串聯(lián)。正轉(zhuǎn)運行時，正轉(zhuǎn)線圈KM2通電，KM2的常閉觸點變?yōu)槌ｉ_觸點，反轉(zhuǎn)線圈KM1所在的回路被斷開。即使反轉(zhuǎn)按鈕按下，PLC反轉(zhuǎn)輸出點導通，反轉(zhuǎn)線圈也不會通電。反轉(zhuǎn)運行時原理同上。2.2軟件邏輯設計軟件設計主要目的是實現(xiàn)升降機動作、行程限位，故障停止、狀態(tài)指示等功能[3-5]?？刂葡到y(tǒng)的梯形圖如圖4所示。在硬件電路中為了防止主電路短路，加入了雙重硬件互鎖。但是在電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)切換過程中，如果配合不當，會導致切換失敗。如當電機由正轉(zhuǎn)切換反轉(zhuǎn)時。當前串聯(lián)在反轉(zhuǎn)回路中的常閉觸點KM2斷開。雖然此時按下反轉(zhuǎn)按鈕，但是由于正轉(zhuǎn)線圈的常閉觸點已經(jīng)斷開，反轉(zhuǎn)線圈無法得電，最終導致切換失敗。為此本設計利用梯形圖的順行執(zhí)行的特點很好地解決了這個隱患。在圖4中，程序加入了復位指令RSET。在切換時，復位指令首先被執(zhí)行，將串聯(lián)在輸出回路中的常閉觸點復位，然后才執(zhí)行線圈上電程序。從邏輯上避免了切換過程中出現(xiàn)的失敗現(xiàn)象。2.3實驗驗證針對本系統(tǒng)的設計要求，作者對控制系統(tǒng)的功能進行了現(xiàn)場實驗。實驗內(nèi)容包括上電運行、升降機上升、升降機下降、限位開關功能驗證。試驗過程中對應的程序運行情況如下所示。圖5是按下上電按鈕后線圈KM3的動作情況。電動按鈕后，上電線圈保持自鎖，主電路上電。圖6是正轉(zhuǎn)運行時線圈KM2動作情況。按下正轉(zhuǎn)按鈕后，程序復位反轉(zhuǎn)線圈及其觸點，正轉(zhuǎn)線圈最終得電。圖7是升降機到達限位位置時，開關的動作情況。從程序狀態(tài)圖可以看出，下行限位開關斷開，反轉(zhuǎn)線圈KM2失電。

　　3小結(jié)

　　本文設計了全自動氣瓶氣密試驗裝置控制系統(tǒng)，制作了一臺電氣控制柜。本設計采用了硬件雙重互鎖電路，有效地避免了誤操作引起的主電路短路情況的發(fā)生。同時，本設計在軟件上采用接通復位的方式，解決了電機正反轉(zhuǎn)切換過程失效的問題。在軟硬件設計的基礎上，通過實驗驗證，系統(tǒng)可以實現(xiàn)升降機上升和下降、限位停止、運行指示燈功能。

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　　作者：楊波 何瑩瑩 李曉慶 單位：上海航天精密機械研究所

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