江蘇科技大學lng氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　江蘇科技大學</b></p><p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）</p><p>　　學 院 機械工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 機械電子工程 </p><p>　　學生姓名 </

2、p><p>　　班級學號 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　二零一六年六月</b></p><p>　　江蘇科技大學本科畢業(yè)論文</p><p>　?。蹋危菤馄快o態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計</p>&

3、lt;p>　　Design of static evaporation rate measurement system for LNG gas cylinders </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：</p><p>　?。蹋危菤馄快o態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達到的指標和應(yīng)做的實

4、驗等）</p><p><b>　　1 提供條件：</b></p><p>　?。蹋危菤馄快o態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)功能要求；</p><p>　　2 設(shè)計內(nèi)容與要求:</p><p>　　(1) 調(diào)研收集分析有關(guān)資料，了解ＬＮＧ氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率的主要測試參數(shù)，總結(jié)測試系統(tǒng)的設(shè)計特點；</p><p>　　

5、(2) 了解ＬＮＧ氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率的測試方法，確定測試系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，利用三維制圖軟件完成系統(tǒng)臺架設(shè)計；</p><p>　　(3) 設(shè)計測試系統(tǒng)氣動回路，完成回路各部分元件的選型及相關(guān)計算分析，根據(jù)所選硬件繪制電氣回路圖；</p><p>　　(4) 開發(fā)用于ＬＮＧ氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率檢測的軟件。主要內(nèi)容包括：軟件流程圖、程序界面、控制代碼等。</p><p>　　二

6、、完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說明書、圖紙等）</p><p>　　1. 畢業(yè)設(shè)計論文一份（不少于1.5萬字）；</p><p>　　2. 外文譯文一篇（不少于5000英文單詞）；</p><p>　　3. 設(shè)計圖紙和軟件。</p><p><b>　　三、完成日期及進度</b></p><p>　

7、　2016年3月19日至2016年6月1日。</p><p><b>　　進度安排：</b></p><p>　　1. 3月19日——3月24日 完成參考文獻和資料的收集，完成文獻綜述與開題報告；完成開題報告審核；</p><p>　　2. 3月25日——4月20日 確定測試系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，完成系統(tǒng)臺架三維圖繪制；設(shè)計測試系統(tǒng)氣動

8、回路，完成回路各部分元件的選型及相關(guān)計算分析；</p><p>　　3. 4月21日——5月31日 完成電氣圖繪制，完成檢測控制軟件設(shè)計。主要內(nèi)容包括：軟件流程圖、程序界面、控制代碼等，撰寫并修改畢業(yè)論文；</p><p>　　6. 6月1日——6月5日 完成畢業(yè)設(shè)計論文答辯。</p><p>　　四、主要參考資料（包括書刊名稱、出版年月等）:</p

9、><p>　　[1] 氣動電子技術(shù). 機械工業(yè)出版社 . 2014年</p><p>　　[2] 徐炳輝. 氣動手冊[M]. 上?？茖W技術(shù)出版社，2005.</p><p>　　[3] GBT 18443.5-2010 真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法 第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測量.</p><p>　　[4] 現(xiàn)代實用氣動技術(shù)（第3版）. 機械工業(yè)出版

10、社 2008年</p><p>　　[5] Hao Liu et al., Research and Development of a Test System for the Dynamic Performance Testing of Pneumatic Solenoid Valves. Applied </p><p>　　Mechanics and Materials, 278-28

11、0, 897-902, 2013</p><p>　　[6] ISO6358：Pneumatic Fluid Power-Components Using Compressible Fluids-Determination of Flow-rate Characteristics, 1989.</p><p>　　[7] www.smc.com.cn, www.festo.com.cn&l

12、t;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　LNG (Liquefied Natural Gas的簡寫)就是將礦場生產(chǎn)的天然氣經(jīng)過凈化、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LNG儲存系統(tǒng)的核心設(shè)備，其良好的性能是保證整個系統(tǒng)安全運

13、行的關(guān)鍵。蒸發(fā)率作為氣瓶的主要性能指標，如何高效簡易地進行采集對實際生產(chǎn)有著重要的影響。為開展LNG氣瓶定期檢驗，實現(xiàn)氣瓶絕熱性能有效快速測試，必須實現(xiàn)該類氣瓶的在線不拆卸檢測。而為了實現(xiàn)該項絕熱性能測試，有必要開發(fā)適用于LNG氣瓶的蒸發(fā)率測試系統(tǒng)。本課題針對LNG氣瓶的以上特點，開發(fā)了利用壓力計、溫度計、流量計等采集數(shù)據(jù)，通過永宏P(guān)LC接收處理后，上傳至昆侖通泰觸摸屏進行人機交互的測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有便攜、體積小、操作簡易、響應(yīng)快、成

14、本低等優(yōu)點，適合小批量的氣瓶檢測，并在實際測試中取得較好的測試效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LNG氣瓶；蒸發(fā)率；PLC；觸摸屏</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　LNG (short of liquefied natural gas ) is liquefied natural gas ,which

15、 the natural gas from the field 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

16、is a kind of clean, efficient energy and high-quality industrial and civilian fuel.LNG cylinders as LNG storage system core equipment, its good performance is the key to ensure the safe operation of the system. </p>

17、;<p>　　Keyword：LNG cylinder；Evaporation rate；PLC；Touch screen</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計的背景1</p&g

18、t;<p>　　1.2 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計的目的和意義4</p><p>　　第二章 靜態(tài)蒸發(fā)率的測量方法5</p><p>　　2.1 GB/T 18443.5-2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法》介紹5</p><p>

19、　　2.1.1 適用范圍5</p><p>　　2.1.2 試驗原理與方法5</p><p>　　2.2 氣體質(zhì)量流量計法7</p><p>　　2.2.1 試驗裝置、設(shè)備和儀器7</p><p>　　2.2.2 試驗條件與試驗準備7</p><p>　　2.2.3 實驗步驟7</p><

20、;p>　　2.2.4 數(shù)據(jù)處理7</p><p>　　第三章 測試系統(tǒng)的總體設(shè)計方案8</p><p>　　3.1 低溫絕熱氣瓶的檢驗流程8</p><p>　　3.2 系統(tǒng)需求分析10</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)功能需求的分析10</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)性能需求的分析10&l

21、t;/p><p>　　3.3 系統(tǒng)設(shè)計方案11</p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計11</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)設(shè)計各部分的初步方案12</p><p>　　第四章 測試系統(tǒng)臺架的設(shè)計13</p><p>　　4.1 測試系統(tǒng)臺架設(shè)計方案13</p><p>　　

22、4.2 測試系統(tǒng)臺架及組件的示意圖13</p><p>　　第五章 測試系統(tǒng)氣動回路的設(shè)計18</p><p>　　5.1 測試系統(tǒng)氣動回路方案18</p><p>　　5.2 壓力閥的設(shè)計19</p><p>　　5.2.1 壓力閥功能分析19</p><p>　　5.3 壓力閥部件選擇20</p&

23、gt;<p>　　5.3.1 質(zhì)量流量計的選擇20</p><p>　　5.3.2 數(shù)字流量積算儀的選擇20</p><p>　　5.4 焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率檢測氣動回路使用應(yīng)注意的問題20</p><p>　　第六章 測試系統(tǒng)控制部分的設(shè)計22</p><p>　　6.1 測試系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)方案22</p>

24、;<p>　　6.2 PLC的控制部分設(shè)計22</p><p>　　6.2.1 PLC的選型與說明22</p><p>　　6.2.2 關(guān)于FBs-B2A1D的詳細介紹23</p><p>　　6.2.3 WinProladder 的介紹與PLC的編程28</p><p>　　6.3 觸摸屏的控制部分設(shè)計30</

25、p><p>　　6.3.1 觸摸屏的選型與說明30</p><p>　　6.3.2 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的介紹30</p><p>　　6.3.3 觸摸屏組態(tài)軟件的開發(fā)34</p><p><b>　　結(jié) 論45</b></p><p><b>　　致 謝46</b>

26、</p><p>　　參 考 文 獻47</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計的背景</p><p>　　LNG即人們常說的液化天然氣。是將礦場生產(chǎn)的天然氣，通過凈化、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

27、是當今和未來的一種重要能源。根據(jù)國際能源機構(gòu)，“對天然氣的需求年增長率超過50%，是化石燃料中的最快速率，同時越來越靈活的全球液化天然氣（LNG）貿(mào)易也提供了一些保護措施以防供應(yīng)中斷的風險?！痹谶@種情況下，液化天然氣及其儲藏設(shè)備的相關(guān)參數(shù)的準確測定在儲藏轉(zhuǎn)移的過程中變得越來越重要。</p><p>　　天然氣的主要成分是甲烷，在常壓下沸點為-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，

28、是一種低溫、易燃、可壓縮的氣體。根據(jù)以上的物理特性，LNG儲罐通過降低溫度和增加壓力的方法將天然氣轉(zhuǎn)化為液體進行存儲，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、安裝操作簡單等多種優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　實際生產(chǎn)中，LNG是一種多組分的混合物，由不同分子結(jié)構(gòu)的碳氫化合物組成，其溫度和組分的變化會引起很多問題，比如儲罐中的LNG分層和翻滾問題、蒸發(fā)問題等等。為

29、了解決以上的一些問題，就有必要了解LNG分層和翻滾的變化規(guī)律，搞清楚LNG儲罐內(nèi)各溫度場分布、壓力及蒸發(fā)等發(fā)生的規(guī)律以及LNG儲罐的主要性能指標。因本文針對測試LNG氣瓶的靜態(tài)蒸發(fā)率進行開發(fā)，后文著重描述靜態(tài)蒸發(fā)率的詳情。</p><p>　　LNG儲罐的主要性能指標有靜態(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1／2低溫液體時，使其靜置達到熱平衡后，24h內(nèi)自

30、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)換算后即在標準環(huán)境(20℃，101325Pa)下的蒸發(fā)率值。儲罐的靜態(tài)蒸發(fā)率可以直觀地反映儲罐在使用中的保冷性能，因此在各種不同規(guī)格的LNG儲罐出廠前一定要先進行靜態(tài)蒸發(fā)率的測量試驗。當然在LNG儲罐后續(xù)的檢修過程中，其靜態(tài)蒸發(fā)率也是判定它是否符合使用標準的依據(jù)之一。</p><p>　　1.2 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀<

31、;/p><p>　　國內(nèi)對于LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試這方面的資料不可謂多，甚至在測試系統(tǒng)設(shè)計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、捉襟見肘。在石油開采放緩后，LNG作為一種新型的清潔、便攜、高效的化石燃料，在各行業(yè)尤其是運輸業(yè)中將會扮演起極其重要的角色。相信通過前人和后人的不懈努力，LNG的測試技術(shù)將會在不久的將來得到長足的發(fā)展。</p><p>　　河北某公司的朱春薇、金瑾

32、針對靜態(tài)蒸發(fā)率的測量撰寫了《簡析LNG儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率的測量》的論文。文章指出了靜態(tài)蒸發(fā)率較為完整的測量程序，總的如下：</p><p>　?、賻缀误w積的測定應(yīng)按GB／T 18443.1進行，有效體積可根據(jù)幾何體積計算；</p><p>　?、诘蜏匾后w填充量應(yīng)為50％以上，靜置時間不少于48h；</p><p>　?、鄞蜷_與流量計相連的氣體蒸發(fā)出口管道閥門，同時關(guān)閉各

33、氣、液管道上其它閥門，當內(nèi)容器表壓力為零時，連接流量計；</p><p>　?、苡^察蒸發(fā)氣體流量穩(wěn)定后，每隔一段時間記錄一次流量計讀數(shù)，按時記錄環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計入口溫度等；</p><p>　?、莘€(wěn)定后連續(xù)測量不少于24h；</p><p>　　⑥穩(wěn)定后進行流量的測量，并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄。</p><p>　　經(jīng)實例測量、數(shù)據(jù)處理

34、后，可說明產(chǎn)品的靜態(tài)蒸發(fā)率試驗合格。其文詳細介紹了低溫儲罐靜態(tài)蒸發(fā)率測量的試驗過程，對測量程序進行了系統(tǒng)的理論梳理。通過靜態(tài)蒸發(fā)率的測量，可對產(chǎn)品的保冷性能有充分的了解，盡量避免使用過程中由于日蒸發(fā)率過高而降低工作效率、浪費原料的情況，減少運營后可能因儲罐問題帶來的負面影響。</p><p>　　福建某研究所的江仰春針對車用焊接絕熱氣瓶的蒸發(fā)率測試撰寫了《車用焊接絕熱氣瓶蒸發(fā)率測試裝置的開發(fā)與實驗》一文。其文中指

35、出了蒸發(fā)率測試裝置的結(jié)構(gòu)方案，細述如下：</p><p>　　圖1.1 檢測裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　裝置初步方案結(jié)構(gòu)如圖1.1示，其組成包括：單向閥、電磁式或機械式壓力控制器、質(zhì)量流量計、數(shù)字流量積算儀、溫度計、壓力表、氣壓計及相關(guān)的管件接頭等。文章主要討論檢測壓力控制器、質(zhì)量流量計，數(shù)字流量積算儀及整體裝置的開發(fā)，溫度計、壓力計、氣壓計及相關(guān)的管件部份將作為整體裝置的一部分略過不

36、談。</p><p>　　經(jīng)過實際測試后得出結(jié)論，即本文開發(fā)的車用LNG絕熱氣瓶蒸發(fā)率測試裝置可以滿足在各種不同介質(zhì)、不同測試壓力下進行蒸發(fā)率測試的功能要求，測試結(jié)果的精度、準確性和可靠性均符合GB/T 18443.5－2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測試》的相關(guān)要求，并且兼具現(xiàn)場不拆卸、可移動檢測的便捷性等優(yōu)勢。開發(fā)達到預(yù)期目標。</p><p>　　由于收集資

37、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)，“實踐出真知”，國內(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，但筆者能力有限無法面面俱到，僅以此節(jié)為國內(nèi)研究現(xiàn)狀。</p><p>　　1.3 LNG氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)設(shè)計的目的和意義</p><p>　　評價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。在實際生產(chǎn)中，檢測氣瓶靜態(tài)蒸發(fā)率是一

38、個較為繁復(fù)、冗長的過程，可操作性差、對測試人員的技術(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)運而生。</p><p>　　根據(jù)GB/T 18443.5－2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測試》內(nèi)容，本文致力于開發(fā)具有在線不拆卸、移動檢測等功能的靜態(tài)蒸發(fā)率測試系統(tǒng)，滿足絕熱氣瓶不同測試壓力下、不同測試介質(zhì)的在線蒸發(fā)率測試等要求，同時解放了一部

39、分人力投入，為開展LNG絕熱氣瓶定期檢測打下基礎(chǔ)。</p><p>　　該系統(tǒng)應(yīng)該具有穩(wěn)定、準確、便捷、連接可靠等優(yōu)點，能夠在控制測試壓力條件下滿足測試的各項功能和精度要求，可在線不拆卸、移動監(jiān)測。根據(jù)這些原則，系統(tǒng)應(yīng)當包含單向控制、壓力控制、流量記錄，以及對氣壓、溫度、壓力等相關(guān)參數(shù)進行采集等功能。</p><p>　　第二章 靜態(tài)蒸發(fā)率的測量方法</p><p>

40、;　　2.1 GB/T 18443.5-2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法》介紹</p><p>　　GB/T 18443.5-2010即《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法 第5部分靜態(tài)蒸發(fā)率測量》，代替了原來的較低版本標準GB/T 18443.5-2001。最新標準是由全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會提出并歸總的。起草單位有，上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院、上海市氣體工業(yè)協(xié)會、上海交通大學等共計七家。起草人包

41、含，薛季愛、周偉民、汪榮順、唐家雄等共計十五人。</p><p>　　2.1.1 適用范圍</p><p>　　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)率測量的試驗原理與方法、試驗裝置、設(shè)備和儀器、實驗條件與試驗準備、試驗步驟、數(shù)據(jù)處理和試驗記錄與試驗報告等要求。</p><p>　　本部分適用于除儲運液氫介質(zhì)以外的真空絕熱深冷壓力容器、真空絕熱深

42、冷氣瓶等真空絕熱深冷設(shè)備靜態(tài)蒸發(fā)率的測量，其他可參照執(zhí)行。</p><p>　　2.1.2 試驗原理與方法</p><p><b>　　一、試驗原理</b></p><p>　　利用體積流量計或質(zhì)量流量計測量單位時間內(nèi)深冷液體的自然蒸發(fā)率，或利用稱重法測量單位時間內(nèi)的深冷液體的損失量。</p><p><b>

43、　　試驗方法</b></p><p>　　大體上可以分為以下三種：</p><p>　?、挪捎脻袷綒怏w流量計測量單位時間內(nèi)被檢件中液體蒸發(fā)后通過流量計的氣體流量，通過測出的氣體流量計算測試蒸發(fā)率和靜態(tài)蒸發(fā)率，試驗裝置原理圖見圖2.1。</p><p>　?、撇捎脷怏w質(zhì)量流量計測量計測量單位時間內(nèi)被檢件中液體蒸發(fā)后通過質(zhì)量流量計的氣體質(zhì)量流量，通過測出的氣

44、體質(zhì)量流量計算測試蒸發(fā)率和靜態(tài)蒸發(fā)率，試驗裝置原理圖見圖2.2。</p><p>　?、钱敱粰z件有效容積不大于5m3時，允許采用稱重法測量，采用稱重法測量時，被檢件充至額定的充裝量后，將被檢件置于衡器上，通過衡器測量真空絕熱深冷設(shè)備中深冷液體蒸發(fā)的質(zhì)量，利用稱重測量的蒸發(fā)量計算蒸發(fā)率和靜態(tài)蒸發(fā)率。</p><p>　　圖2.1 濕式氣體流量計試驗裝置原理圖</p><p

45、>　　圖2.2 氣體質(zhì)量流量計試驗裝置原理圖</p><p>　　由于篇幅限制和實際工作的要求，本章主要針對在后文中被采用的“氣體質(zhì)量流量計法”展開探討。</p><p>　　2.2 氣體質(zhì)量流量計法</p><p>　　2.2.1 試驗裝置、設(shè)備和儀器</p><p>　　試驗裝置、設(shè)備和儀器要求應(yīng)符合GB/T18443.1中4.2的

46、規(guī)定，且還應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　　當流量計的量程小于等于5L/min時，精度需達到0.5%；當量程大于5L/min時，精度需達到1.0%；</p><p>　　流量計的額定流量應(yīng)與被檢件蒸發(fā)的氣體流量相適應(yīng)；</p><p>　　應(yīng)有環(huán)境溫度、環(huán)境壓力及流量計進口溫度和壓力測量裝置；</p><p>　　2.2.2 試驗條件與試

47、驗準備</p><p>　　實驗條件與試驗準備應(yīng)符合GB/T 18443.1的規(guī)定。</p><p>　　2.2.3 實驗步驟</p><p>　　一般采用液氮作為試驗介質(zhì)。</p><p>　　測量時深冷液體充滿率應(yīng)為額定充滿率。</p><p>　　充液結(jié)束后應(yīng)至少靜置48h，靜置期間應(yīng)打開真空絕熱深冷設(shè)備的放空間

48、。</p><p>　　當內(nèi)膽表壓力接近為零時防空管路中接入流量計，流量計接入后除了放空間打開外，其他被檢件的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。</p><p>　　蒸發(fā)氣體的流量穩(wěn)定后，且應(yīng)不大于1h的時間間隔采集、記錄流量計示值、環(huán)境溫度、大氣壓力、流量計入口溫度和壓力，且記錄數(shù)據(jù)的時間應(yīng)為24h。</p><p>　　計算被檢件靜態(tài)蒸發(fā)率，并應(yīng)與此前24h的靜態(tài)蒸發(fā)率對比。當

49、靜態(tài)蒸發(fā)率的變化范圍小于5%時，則記錄的數(shù)據(jù)有效；當靜態(tài)蒸發(fā)率的變化范圍大于5%時，允許重新記錄數(shù)據(jù)一次，重新記錄時間應(yīng)不少于24h，且該數(shù)據(jù)為最終記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.2.4 數(shù)據(jù)處理</p><p>　　測試蒸發(fā)率α0按式（2-1）計算：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>

50、<b>　　式中：</b></p><p>　　α0 ___________測試蒸發(fā)率，單位為百分比每天（%/d）；</p><p>　　qm ___________蒸發(fā)氣體質(zhì)量流量日平均值，單位為千克每天（kg/d）；</p><p>　　Ψ ___________流量計的校正系數(shù)，標定時的給定值；</p><p>

51、　　ρ1 ___________標準大氣壓下飽和液體的密度，單位為千克每立方米（kg/m3）；</p><p>　　V ___________被檢件的有效容積，單位為立方米（m3）。</p><p>　　第三章 測試系統(tǒng)的總體設(shè)計方案</p><p>　　3.1 低溫絕熱氣瓶的檢驗流程</p><p>　　此檢驗流程適用在介質(zhì)為液氮、液氧、

52、二氧化碳、液化天然氣（LNG）等低溫液體，不低于-196℃的設(shè)計溫度，在正常的環(huán)境溫度（-40~60）℃下使用，公稱容積（10~450）L，公稱工作壓力范圍（0.2~3.5）MPa，可重復(fù)裝填的車用液化天然氣低溫氣瓶及焊接低溫氣瓶的定期檢測。如下圖3.1所示，完整的氣瓶檢測流程。</p><p>　　圖3.1氣瓶監(jiān)測站完整流程</p><p>　　上圖所示的是完整的低溫絕熱氣瓶的檢驗流程，

53、在對整個過程有個全面了解之后，有利于把握此次系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)需求，使之能夠真正滿足實際生產(chǎn)中的需要。</p><p>　　在本文中涉及到的是氣密性試驗即靜態(tài)蒸發(fā)率檢測，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。因此接下來將對本次檢驗系統(tǒng)的需求進行詳細分析，根據(jù)實際需要制定合理的設(shè)計方案。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)需求分析</p><p>　

54、　3.2.1 系統(tǒng)功能需求的分析</p><p>　　本次系統(tǒng)設(shè)計希望實現(xiàn)氣瓶數(shù)據(jù)庫的建成以及氣瓶的自動化檢驗，對氣瓶檢驗過程、信息收集、檢測設(shè)備等各環(huán)節(jié)進行智能化集成，一方面可以提升氣瓶的檢測效率和管理效率，降低勞動強度，同時建立中央數(shù)據(jù)庫，利用電子標識給每個氣瓶進行有效的歸檔，保證對氣瓶的各項基本信息有個良好的匯總；另一方面，提高自動化和智能化程度，減少和避開因人為因素和操作不當造成的氣瓶安全事故的產(chǎn)生，符合

55、產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的現(xiàn)代化要求。該監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)當具備以下這些功能：</p><p>　　氣瓶的自動化檢測：對低溫絕熱氣瓶的自動化檢測包含內(nèi)壁外觀檢查、氣密性檢測及靜態(tài)蒸發(fā)率檢驗等。為了使整個檢測過程處于一個相對安全的環(huán)境中開展，在氣瓶接受各種檢測之前必須將氣瓶的殘留氣體進行更換處理，把氣瓶里的有毒有害或易燃易爆氣體更換成對人體無害較為安全的液氮，更換中要同時關(guān)注公共區(qū)域工作周邊環(huán)境的氧氣濃度和更換排風處的殘氣濃度，以確保

56、相關(guān)人員的安全。</p><p>　　更換后要先檢測氣瓶的外觀和內(nèi)壁，對缺陷較重的、影響到正常使用的氣瓶予以報廢，對損失較小的并且能夠接著用的氣瓶開展夾層真空度檢測，判定氣瓶夾層真空度的合格度。</p><p>　　完成真空度檢測后，需要進行靜態(tài)蒸發(fā)率的檢測。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)自動記錄隨時間改變的大氣壓力、進出口溫度、流量計值等并按照相應(yīng)的公式計

57、算日蒸發(fā)率、時蒸發(fā)率等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保留在人機操作界面（觸摸屏）中，以方便操作人員的讀取和使用。</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)性能需求的分析</p><p>　?。?）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界面（觸摸屏）處觀察數(shù)據(jù)即可，不需要人為進行讀數(shù)和采集，節(jié)省大量人力同時使靜態(tài)蒸發(fā)率測試變得更加合理高效。</p>

58、<p>　?。?）人性化的設(shè)計：對于普通用戶來說，操作軟件、操作界面只需輕輕一點或者少量的鍵盤輸入，加上簡明的界面和清楚的菜單，只要讓用戶接受簡單的操作訓練和實際指導后，就可以較快地掌握這個檢測系統(tǒng)。</p><p>　?。?）查找信息的功能：該系統(tǒng)將兩組氣瓶的數(shù)據(jù)和信息儲存在人機界面中，操作人員可以隨時點開界面進行查詢，以方便對不同信息進行整理匯總。</p><p>　?。?）

59、軟件自動糾錯能力：當出現(xiàn)人為操作失誤或氣瓶出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)界面會彈出錯誤操作的提示框，提示操作人員正確的操作方法，避免進行一些誤操作影響系統(tǒng)運行和數(shù)據(jù)保存。</p><p>　　3.3 系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　本次系統(tǒng)設(shè)計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)計的基本原理示

60、意圖，通過該原理圖針對PLC部分和觸摸屏部分分別展開設(shè)計，最后將兩者結(jié)合，以構(gòu)成完整的系統(tǒng)設(shè)計方案。</p><p>　　圖3.2 系統(tǒng)基本原理流程圖</p><p>　　按照系統(tǒng)流程圖，可做出相應(yīng)的系統(tǒng)實物聯(lián)接圖。如圖3.3所示，與LNG氣瓶相連的，分別有三種傳感器，即溫度計、氣體質(zhì)量流量計、氣壓計，輸出的信號進行調(diào)理后，進入到PLC的模擬量輸入板塊，再由RS232串口將采集來的信號傳輸

61、至觸摸屏，最終實現(xiàn)人機交互。</p><p>　　圖3.3 系統(tǒng)聯(lián)接圖</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)設(shè)計各部分的初步方案</p><p>　?。?）測試系統(tǒng)臺架的設(shè)計</p><p>　　測試系統(tǒng)臺架是用來安裝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，又要兼具簡易便攜等特點，在開發(fā)時要注意PLC和觸摸屏的安裝要

62、求，盡可能地利用最少的空間完成最大的功能實現(xiàn)。如圖3.1和3.2所示，PLC對于安裝有著一定的要求，設(shè)計臺架時應(yīng)予以充分考慮。</p><p>　　圖3.1 PLC安裝方向</p><p>　　圖3.2 PLC散熱間隙</p><p>　　（2）測試系統(tǒng)氣動回路的設(shè)計</p><p>　　氣動回路包含各類閥件、傳感器設(shè)備及管件接頭等。在設(shè)計開

63、始時，應(yīng)先按照靜態(tài)蒸發(fā)率的測試標準繪制氣動回路原理圖。接下來，針對原理圖中的各組成部分，需要對各元器件進行選型，以簡易便利、性價比優(yōu)先為原則，選取適當?shù)脑骷⑦M行調(diào)試。面對調(diào)試中可能出現(xiàn)的問題，需要對不合理的元件重新選型、對不合適的方案重新考慮進行修正，以期達到設(shè)計的目的。</p><p>　　（3）測試系統(tǒng)控制部分的設(shè)計</p><p>　　控制部分簡單來說，即由PLC和觸摸屏兩部分

64、組成。但是涉及到二者通訊、編程設(shè)計等問題，需要對兩者的說明書進行詳細地了解，在熟悉PLC和觸摸屏的性能和功能之后開展后續(xù)的設(shè)計。由于本次設(shè)計要求不高，選取小型PLC即可完成要求，同理國產(chǎn)系列的觸摸屏也能適應(yīng)要求，但需要注意的是，小眾的PLC和觸摸屏問題可能較多、處理起來較為困難，設(shè)計時應(yīng)多查閱手冊和說明書。</p><p>　　第四章 測試系統(tǒng)臺架的設(shè)計</p><p>　　4.1 測試系

65、統(tǒng)臺架設(shè)計方案</p><p>　　本次設(shè)計的目的是為了實現(xiàn)PLC和觸摸屏聯(lián)合控制的測試系統(tǒng)，這就需要一個臺架將系統(tǒng)的各個部分安裝在其中，使系統(tǒng)可以作為一個整體被投入到實際運行中。</p><p>　　首先，可以采用類似儀器箱的結(jié)構(gòu)將PLC容納其中，同時由于觸摸屏本身是嵌入式的，所以安裝時將其嵌入到箱體的蓋子中。箱體長其次，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

66、有20mm的空隙。同時，容器內(nèi)底部留有高20mm的凸臺，及高90mm的靠板，供PLC安放和安裝。最后，在PLC的I/O端子一側(cè)所對應(yīng)的容器壁上需開兩個長槽和一個圓孔供PLC接線用。右下角開有供電端口，220VAC輸入。</p><p>　　4.2 測試系統(tǒng)臺架及組件的示意圖</p><p>　　如下圖4.1（a）、（b）所示，將PLC、觸摸屏、流量計、箱體等裝配之后，</p>

67、<p>　　構(gòu)成了完整的系統(tǒng)箱體設(shè)計。</p><p>　　圖4.1（a）裝配圖1</p><p>　　圖4.1（b）裝配圖2</p><p>　　圖4.2對應(yīng)的是箱體，圖4.3對應(yīng)的是PLC模型，圖4.4（a）、（b）對應(yīng)的是觸摸屏模型，通過拆解開來逐個認識各組件，可以便于之后對實物進行裝配。</p><p><b>

68、　　圖4.2 箱體</b></p><p>　　圖4.3 PLC模型</p><p>　　圖4.4（a） 觸摸屏模型1</p><p>　　圖4.4（b) 觸摸屏模型2</p><p>　　第五章 測試系統(tǒng)氣動回路的設(shè)計</p><p>　　5.1 測試系統(tǒng)氣動回路方案</p><p&g

69、t;　　按照第二章所述的測試方法設(shè)計了本次測試系統(tǒng)的氣動回路初步方案，它的構(gòu)件有以下諸多元件：閥、壓力控制器、質(zhì)量流量計、數(shù)字流量積算儀、溫度計、壓力表、氣壓計及管件接頭等。整體設(shè)計圖如圖5.1所示。在實際調(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)計內(nèi)容。本章節(jié)面向壓力控制器、質(zhì)量流量計和整體氣動回路進行設(shè)計，對于系統(tǒng)中涉及到的溫度計、壓力計、氣壓計等部件作為整體氣動回路的一部分在本文不做討論。<

70、/p><p>　　圖5.1 檢測系統(tǒng)氣動回路圖</p><p>　　5.2 壓力閥的選擇</p><p>　　5.2.1 壓力閥功能分析</p><p>　　壓力閥應(yīng)能控制氣瓶內(nèi)檢測所需要的恒定壓力，并且保持在檢測過程不隨意產(chǎn)生啟閉動作。應(yīng)能伴隨氣瓶內(nèi)介質(zhì)氣體量的變化而進行快速有效調(diào)節(jié)，保持瓶內(nèi)的檢測壓力相對穩(wěn)定不變：當外界環(huán)境的變化引起氣體量增

71、大，閥瓣的開啟度能隨之變大，出口氣流量變大；當外界環(huán)境的變化引起氣體量減小，閥瓣的開啟度隨之變小，出口氣流量變小。在這個過程中既不能出現(xiàn)因為動作延遲而導致流量瞬間變大，也不能因為氣體量突然減小而導致控制閥產(chǎn)生關(guān)閉操作。</p><p>　　5.2.2 壓力閥的選擇</p><p>　　按照上述功能要求，選取了某國產(chǎn)廠商型號500(505)/18D 的壓力控制器?？刂破鞑捎媚て絺鞲衅骱蜔o泄

72、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滑油、輕燃油等液體介質(zhì)?？刂破鞯脑O(shè)定值可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍－0.1～1.6MPa。</p><p>　　其主要技術(shù)性能包括以下方面：</p><p>　　工作粘度：<1×10-3m 2/s </p><p>　　開關(guān)元件：微動開關(guān) </p><p>

73、　　外殼防護等級：IP54 （符合 DIN40050，與 GB4208 中 IP54 相當） </p><p>　　安裝位置：壓力口垂直向下（允許傾斜 15°） </p><p>　　環(huán)境溫度：－25℃～55℃ </p><p>　　介質(zhì)溫度：－25℃～80℃ </p><p>　　抗振性能：Max 100m/s2</p>

74、;<p>　　重復(fù)性誤差：≤2.5% </p><p>　　觸點容量：AC 220V 6A（阻性）</p><p>　　5.3 壓力閥部件選擇</p><p>　　5.3.1 質(zhì)量流量計的選擇</p><p>　　熱式氣體質(zhì)量流量計是氣體流量計中的新型儀表，它適用于鋼廠，電廠，核電站及各種管道氣體的流量測量。不需要進行壓力和溫度

75、修正，直接測量氣體的質(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)。移動的氣體分子撞擊熱電阻時吸收帶走熱量，流量越大，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)，熱學特性和流動特性有關(guān)。</p><p>　　依據(jù)采集的要求，選擇某品牌公司產(chǎn)品，型號DY-EP熱式氣體質(zhì)量流量計。其型號具有多種特點，適合負責各種復(fù)雜環(huán)境。如，不需要溫度、壓力補償；一個流量計能同時兼顧小流量和大流量測量，

76、特別適合大口徑測量等?？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)，只需要在管道上開一個Φ22-Φ25孔。帶球閥，校正維修方便。智能數(shù)顯流量積算儀配套。基地式儀表可以就地顯示和帶報警控制。以上這些優(yōu)點有利于實際測試，故選擇該型號質(zhì)量流量計。</p><p>　　其輸出為線性輸出。一體化結(jié)構(gòu)輸出的模擬信號是標準4-20mA線性信號，在分體式結(jié)構(gòu)中從變送器單元輸出的4-20mA信號，線

77、性較差，只有再從流量積算儀輸出的信號才是準線性4-20mA信號。從流量積算儀再輸出的4-20mA，可以人為設(shè)定整個流量范圍的一段。例如：某流量計量程為0-5000Nm3/h，輸出4-20mA線性信號，可以設(shè)定0-3000Nm3/h，100-1500Nm3/h，輸出4-20mA。</p><p>　　流量計可選量程分為2SLM、5SLM、和10SLM 3種，分別對應(yīng)的是2 L/min、5 L/min和10 L/mi

78、n。經(jīng)過計算后所需測試的流量范圍為：2.75~5.60L/min。當待測定的流量值在滿量程的1/3~2/3內(nèi)時，此時流量計的誤差最小。故選擇量程為10SLM的流量計可以滿足實際檢測誤差值小于1.5%、線性誤差小于1%的檢測需求。</p><p>　　5.3.2 數(shù)字流量積算儀的選擇</p><p>　　結(jié)構(gòu)類型分為一體化結(jié)構(gòu)、分體式結(jié)構(gòu)和高級鎧裝型。設(shè)計追求簡易，故選擇分體式結(jié)構(gòu)。其原理即

79、傳感器、變送器和顯示部分分離，顯示部分為一臺獨立的智能流量積算儀，顯示瞬時流量和累計流量，設(shè)置報警點和輸出4-20信號。兩部分通過三根線聯(lián)結(jié)，變送器為三線制。</p><p>　　數(shù)字流量積算儀是DY-EP型流量計自帶的，它可為氣體質(zhì)量流量計提供工作電源、操作控制、數(shù)字瞬時流量和累積流量的顯示，與DY-EP型質(zhì)量流量計配合使用。該積算儀帶有串行通訊口，可通過RS232 或RS485 接口與上位機通訊，實現(xiàn)實時流量

80、監(jiān)測和控制。</p><p>　　5.4 檢測氣動回路使用時應(yīng)注意的問題</p><p>　　1）當測試壓力在非開放式常壓狀態(tài)（承壓狀態(tài)）下，測試壓力應(yīng)控制在0.8 MPa以下，氣瓶內(nèi)的實際壓力最好控制在比壓力閥的開啟壓力高0.02~0.03 MPa，這樣可以快速建立起測試平衡壓力，提高檢驗效率。</p><p>　　2）當測試壓力在非開放式常壓狀態(tài)（承壓狀態(tài)）下，

81、還應(yīng)注意：①承壓檢測狀態(tài)時，所有待測瓶系統(tǒng)的管路、管路接管接頭及檢測系統(tǒng)的所有聯(lián)接頭氣密性必需符合要求，不得有任何泄漏；②氣瓶檢測時的充液量不能超過滿瓶的3/4液位，如果超充，從放空閥排出的低溫液體會使質(zhì)量流計受損；③承壓測試壓力控制在0.8 MPa以下時，壓力側(cè)接管使用專用夾子固定牢固以免松脫。</p><p>　　第六章 測試系統(tǒng)控制部分的設(shè)計</p><p>　　6.1 測試系統(tǒng)控制

82、部分結(jié)構(gòu)方案</p><p>　　本次測試系統(tǒng)設(shè)計控制部分由PLC和觸摸屏兩部分組成。針對本次系統(tǒng)設(shè)計的具體需求，PLC設(shè)計包含程序設(shè)計和與上位機通訊兩部分，而觸摸屏設(shè)計包含用戶界面設(shè)計、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兩者結(jié)合的系統(tǒng)實現(xiàn)上述的功能。</p><p>　　圖6.1 控制部分結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如上圖6.1所示，控制部分的

83、結(jié)構(gòu)示意圖。信號輸入包含壓力計、溫度計、流量計等數(shù)據(jù)采集裝置的模擬量輸入。由于模擬量無法直觀地被人認識，所以需要PLC和觸摸屏進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，已達到數(shù)據(jù)的可讀性，這在后續(xù)的設(shè)計中將作為極為重要的一點。</p><p>　　PLC必須帶有模擬量輸入板塊，缺少模擬量輸入板塊將無法接收模擬量信號，可通過模擬量拓展塊或自帶的模擬量板塊解決模擬信號輸入的問題。PLC與觸摸屏之間可以通過RS232串口進行通訊，選定合適的通訊協(xié)

84、議有助于實現(xiàn)二者之間順利地互通數(shù)據(jù)和有效地控制與被控制。</p><p>　　觸摸屏作為人機交互的界面，設(shè)計應(yīng)該簡潔明了、容易上手、方便操作，在版面設(shè)計中注重各功能的實現(xiàn)，拋棄不相關(guān)的裝飾和美化，讓操作人員一目了然，操作之時一步到位。觸摸屏作為數(shù)據(jù)的儲存設(shè)備，應(yīng)充分考慮利用其自帶的數(shù)據(jù)庫以保證斷電離線后，數(shù)據(jù)保留至數(shù)據(jù)庫，供操作人員的讀取和使用。</p><p>　　6.2 PLC的控制部

85、分設(shè)計</p><p>　　6.2.1 PLC的選型與說明</p><p>　　本次設(shè)計使用的是某廠商生產(chǎn)的小型PLC，型號為FBS-10MAT，具體包括: 6 點 24VDC 數(shù)字輸入(4 點總和可達 5KHz)，4 點 10KHz 晶體管輸出，一個 RS232 或 USB通訊端口(最大可擴充至 3 個)，I/O 不可擴充。實物圖如下圖6.2所示。</p><p&g

86、t;　　圖6.2 PLC實物圖</p><p>　　因為本次設(shè)計主要功能面向模擬量輸入，故對數(shù)字量輸入輸出不多做贅述，詳細介紹其自帶的模擬量擴充板。</p><p>　　6.2.2 關(guān)于FBs-B2A1D的詳細介紹</p><p>　　FBs-B2A1D是FBS-10MAT的自帶擴充板，兩個模擬量輸入一個模擬量輸出，能夠滿足本次系統(tǒng)的測試需求。下圖6.3所示，是F

87、Bs-B2A1D 的外觀正視圖，對各I/O接口的位置、功能進行了一定的展示。</p><p>　　圖6.3 FBs-B2A1D 之外觀正視圖</p><p>　　同時，下圖6.4給出了對各I/O用途的詳細說明，便于我們進一步了解和使用該擴充</p><p>　　圖6.4 FBs-B2A1D的各I/O說明圖</p><p>　　圖6.5，是對該

88、擴充板的詳細規(guī)格的整理。需要注意的是，模擬輸入的范圍不應(yīng)超過額定范圍，電流過大或者電壓過高都會對PLC造成不可逆的傷害，如擊穿電容或者燒壞線圈等，設(shè)計者和使用者應(yīng)予以重視。其中，還列舉了準確度，因為模擬量的采集不可避免的會受到外界環(huán)境的干擾，設(shè)備的抗干擾能力影響著信號采集的準確度，而信號的準確度對測試系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。該擴充板準確度的可達最大值之±1%以內(nèi)，性能較為良好，完全符合本次設(shè)計的需求，無需對信號進行過多的調(diào)整。&

89、lt;/p><p>　　圖6.5 FBs-B2A1D 之功能規(guī)格</p><p>　　對該模擬擴充板進行詳細了解后，順利地使用該板進行模擬量采集工作是下一步的重要步驟。為此，圖6.6對模擬擴充板的使用流程做了充分的說明，并對如何采集模擬量數(shù)值也有對應(yīng)說明。通過該圖表明，直接讀取對應(yīng)的緩存器數(shù)值即可解決模擬量采集問題，方法簡單、操作簡易，在程序設(shè)計時可省去大量數(shù)據(jù)讀取的步驟。</p>

90、<p>　　圖6.6 FBs 模擬擴充板之使用步驟</p><p>　　在開發(fā)PLC模擬量采集系統(tǒng)時，我們經(jīng)常會采用模擬擴充模塊，然而這次系統(tǒng)設(shè)計本著簡易、成本低的原則，所以對兩者的不同點有所了解便于我們開發(fā)本次系統(tǒng)。</p><p>　　模擬擴充板和以往的模擬擴充模塊不同之處，具體表現(xiàn)在FBs 模擬擴充板的I/O 尋址模式與FBs 系列模擬擴充模塊有著差異。模擬擴充板所占用

91、的系統(tǒng)資源，不再是數(shù)值輸入緩存器（ 簡稱IR 緩存器R3840～ R3903）或數(shù)值輸出緩存器（ 簡稱為OR 緩存器）R3904～R3967， 而是一般的數(shù)據(jù)緩存器D4072～D4075(模擬輸入擴充板)或D4076～D4077(模擬輸出擴充板)，模擬擴充板所占用的資源詳列于下圖6.7，使用者和設(shè)計者可以對照了解。</p><p>　　圖6.7 FBs-B2A1D 的I /O 配置</p><

92、p>　　同時WinProladder 在與PLC 聯(lián)機后亦會自動檢測并配置緩存器。使用者可參考WinProladder 所提供之I/O 模塊編號配置而知道該模塊之實際配置I/O 地址以方便撰寫應(yīng)用程序。</p><p>　　在對該模擬擴充板各項參數(shù)和情況有一定認識后，PLC要實現(xiàn)模擬量采集必須得和信號來源進行接線通訊。下圖6.8，將模擬量的輸出輸入接口電路通過實際接線的方式展現(xiàn)出來，較為直觀明顯。首先，選用

93、包覆式雙絞線作為信號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源一極相連，另一端則與擴充板的模擬量輸入端口相連。雙絞線的另一根與信號源另一極相連，其另一端與擴充板上的姐弟端口相連。這樣使得電壓或者電流信號，可以在兩者間構(gòu)成完整的回路，以達到讓信號傳輸?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0.1-0.47μF電容是用來濾除噪聲用的，電容可通交流阻直流，無關(guān)的交變信號

94、可被剔除。在實際操作中可以加裝，以減少來自噪聲的干擾、確保影響信號的準確度，但并不是必要元件，視情況而定。如要求不高的場合，可選用較大的電容或者不用。</p><p>　　圖6.8 FBs-B2A1D 之模擬輸入/輸出電路示意圖</p><p>　　6.2.3 WinProladder 的介紹與PLC的編程</p><p>　　如上節(jié)提到的，WinProladder

95、 V3.11是一款該型PLC專用的編程軟件，操作界面較為簡單，能夠通過梯形圖和語句來實現(xiàn)編程。如圖6.9所示。 </p><p>　　圖6.9 WinProladder初始化界面</p><p>　　針對兩通道采集模擬量的情況，這里設(shè)計了有分支選項的流程，使得PLC在接到不同指令時按照相應(yīng)的條件選擇分支進行下一步的執(zhí)行任務(wù)。正如下圖6.10所示。程序開始后執(zhí)行步驟s0，若M0繼電器導通則執(zhí)

96、行步驟s1，若M1繼電器導通則執(zhí)行步驟s2，這里即是分支選項，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都會回到步驟s0，進行下一輪的判斷和執(zhí)行。 </p><p>　　圖6.10 程序的流程示意圖</p><p>　　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行編譯，而最后兩條語

97、句的功能是，將兩模擬量通道對應(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，可以通過按下某鍵即執(zhí)行直接讀取D0、D1中的數(shù)據(jù)的腳本的方法，保證前后各數(shù)據(jù)讀寫位置的一致性，同時實現(xiàn)觸摸屏和PLC之間控制和通訊。</p><p><b>　　圖6.11 梯形圖</b></p>&l

98、t;p>　　6.3 觸摸屏的控制部分設(shè)計</p><p>　　6.3.1 觸摸屏的選型與說明</p><p>　　本次設(shè)計使用的是某國產(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。</p><p>　　圖6.12 TPC1561Hi 外觀圖</p><p>　　該型號的觸摸屏，具有超大容量、永久存儲、高效通

99、訊、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在國產(chǎn)的產(chǎn)品中名列前茅，也符合此次設(shè)計從簡從易的硬性要求。</p><p>　　其詳細參數(shù)如下表6.1所示：</p><p>　　表6.1 TPC1561Hi的配置表</p><p>　　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，需要編寫較為復(fù)雜的通訊協(xié)議，導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

100、種類型PLC的設(shè)備驅(qū)動，其中包含通訊協(xié)議，所以實際通訊中無需自行編寫通訊協(xié)議，只需設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備即可。</p><p>　　6.3.2 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的介紹</p><p>　　MCGS嵌入版的主要功能，包括可視化、支持多種硬件、高處理性能、多媒體畫面、安全機制、網(wǎng)絡(luò)功能、報警功能等。</p><p>　　其初始化界面，如下圖6.13所示。使用者可以通過新建

101、工程來進行觸摸屏動態(tài)畫面的設(shè)計。</p><p>　　圖6.13 MCGS嵌入版的初始畫面</p><p>　　在這款組態(tài)軟件中，一個工程包含多個要素，即主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫、運行策略等。他們的關(guān)系圖如6.14所示。</p><p>　　圖6.14 組態(tài)軟件各要素的關(guān)系圖</p><p>　　各個要素都有其各自作用，詳細如

102、下：</p><p>　　1）主控窗口構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架</p><p>　　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</p><p>　　3）用戶窗口實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的“可視化”</p><p>　　4）實時數(shù)據(jù)庫是MCGS嵌入版系統(tǒng)的核心5）運行策略是對系統(tǒng)運行流程實現(xiàn)有效控制的手段</p><p&g

103、t;　　6.3.3　觸摸屏組態(tài)軟件的開發(fā)</p><p>　　要實現(xiàn)對本系統(tǒng)的控制和實時監(jiān)控，主要是對用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫、運行策略進行開發(fā)。</p><p>　　用戶窗口應(yīng)包含，主頁、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面、標定參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)表等。</p><p>　　首先，如圖6.15（a）、（b）、（c）、（d）所示，這些是設(shè)計后的用戶窗口，經(jīng)模擬和下載后都可以實現(xiàn)相應(yīng)的功能和作用

104、。</p><p>　　圖6.15（a）主頁</p><p>　　圖6.15 （b）監(jiān)控畫面</p><p>　　圖6.15 （c）標定參數(shù)頁面</p><p>　　圖6.15 （d） 靜態(tài)蒸發(fā)率檢測記錄表格</p><p>　　其次，在實時數(shù)據(jù)庫可以定義所需的變量值，如“ch1標定流量值”、“ch1流量模擬量值”、“

105、ch1實時流量”等，這些變量也可以在用戶窗口中定義。如“設(shè)備0_只寫M0000”、“設(shè)備0_只讀DDF00000”等，這類變量直接取與觸摸屏相連的PLC上對應(yīng)的通道值。如“設(shè)備0_只寫M0000”，變量類型為開關(guān)，當這一通道值變?yōu)?時，即M0繼電器閉合，從而起到控制的效果。而“設(shè)備0_只讀DDF00000”，則是通過觸摸屏直接讀取PLC寄存器D0的數(shù)據(jù)，起到采集數(shù)據(jù)的作用。</p><p>　　圖6.16　實時數(shù)

106、據(jù)庫的內(nèi)容</p><p>　　之后，要實現(xiàn)按一定周期對數(shù)據(jù)進行采集的功能，就需要用到策略組態(tài)。如圖6.17（a）所示，包括數(shù)據(jù)對象操作、腳本程序和數(shù)據(jù)對象操作，分別對應(yīng)了數(shù)據(jù)采集后的各個處理部分。</p><p>　　圖6.17（a）周期測量的策略組態(tài)</p><p>　　如圖6.17（b）所示，這里將“設(shè)備0_只讀DDF00000”賦值給了“ch1流量模擬量值”

107、，這樣“ch1流量模擬量值”中保存有實時的通道1的流量模擬量值。通過下一步的換算，可以得到實時的通道1的實際流量值。</p><p>　　圖6.17（b）數(shù)據(jù)對象操作1</p><p>　　如下圖6.17（c），圖中所列的就是將模擬量值轉(zhuǎn)換為實際值的公式語句。語句中所涉及到的4個標定值都是在實時數(shù)據(jù)庫中定義過的、由操作人員手動輸入到觸摸屏中的參數(shù)值，通過一定計算方法使得本沒有意義的模擬量變

108、成有實際意義的數(shù)據(jù)。并將最后的計算結(jié)果賦給“ch1實時流量”。</p><p>　　圖6.17（c）腳本程序</p><p>　　最后一條策略行，如圖6.17（d），通過數(shù)據(jù)對象操作中的擴充操作將“ch1實施流量”的當前值存入數(shù)據(jù)庫中，已備之后的列表和查詢。</p><p>　　圖6.17（d）數(shù)據(jù)對象操作2</p><p>　　除了周期測量

109、的策略組態(tài)之外，還有為之前所說的標定參數(shù)的保存專門設(shè)計的一些腳本程序。如圖6.18所示，在“保存1”按鈕的屬性設(shè)置里，找到“腳本程序”，在“按下腳本”中添加語句“!SaveSingleDataInit(ch1標定流量1)”等，使輸入到輸入框中的數(shù)值被保存為初始值。避免每次初始化都要重新輸入標定值的麻煩，有利于提高效率、減少失誤。</p><p>　　圖6.18 標準按鈕構(gòu)建屬性設(shè)置</p><

110、p>　　通過上文所說的設(shè)計方案，完成了初步的觸摸屏組態(tài)軟件設(shè)計。點擊菜單中的“文件”,找到“進入運行環(huán)境”的選項。進入到如下圖6.19所示的界面。實際運行時，可先進行“通訊測試”，以保證PLC和觸摸屏通過串口能夠有效地通訊。點擊“工程下載”，可以將編寫好的組態(tài)軟件寫入到相應(yīng)的觸摸屏中，前提是計算機與觸摸屏已通過USB建立了通訊。</p><p>　　圖6.19 下載配置界面</p><p

111、>　　由于組態(tài)軟件可直接進行模擬運行，故在點擊“工程下載”之后，出現(xiàn)以上畫面，說明軟件已下載成功，并且沒有組態(tài)錯誤，可以進行模擬運行。點擊“啟動運行”后，模擬窗口彈出，并且顯示如下圖6.20（a）。圖中顯示，設(shè)備““通用串口父設(shè)備0”【通用串口父設(shè)備】初始化失?。　?，此信息出現(xiàn)是因為未進行PLC和觸摸屏的通訊，這對后面的窗口模擬不會有影響，可點擊“確認”跳過。</p><p>　　圖6.20 （a）初始化窗