所属技术领域
本发明涉及一种基于plc的高压焊接试验舱液气压控制系统，适用于机械领域。
背景技术：
随着国家海洋石油勘探开发向深海进军，对深水(水下1500m)环境中石油管线维护的需求越来越迫切，干式焊接具有焊接质量高、接头性能好等优点，但深水环境下干式焊接需要在高压环境下完成，这就需要研制能够模拟深水环境的高压焊接试验舱来进行干式高压焊接工艺的研究。为了保证试验过程中高压焊接试验舱可靠地开启和关闭，需要采用自动控制系统，基于plc控制技术设计的高压焊接试验舱液气压控制系统，能够较好地满足焊接试验舱的操舱控制和舱内气体压力的控制要求，对高压焊接试验舱的开发和运行都有重要意义。
试验舱为能够承受15mpa压力的高压容器，采用快开结构，舱门端盖固定，筒体置于输送小车上，可沿轨道直线往复运动，端盖采用剖分环快开装置。试验过程主要包括关舱、抽真空、充气到所需压力、调节试验舱内的压力、排气、开舱等环节.由于试验舱为高压设备，因此测控系统应能在较远距离可靠地完成对试验舱的操舱控制和试验过程参数的监控。测控系统采用上下位机结构设计，上位机的监控系统采用mcgs组态软件设计，完成对试验参数的显示、记录和处理；下位机采用plc，以plc为核心的控制系统能完成对试验舱的操舱控制、气体压力控制和试验数据的采集。操舱控制过程要求对高压焊接试验舱快开舱门的开启和闭合进行安全可靠的控制；同时plc的a/d模块能够可靠地采集压力变送器、真空压力变送器、温湿度变送器、电流变送器和电压变送器等的信号。
技术实现要素：
本发明提出了一种基于plc的高压焊接试验舱液气压控制系统，采用基于plc控制技术设计的高压焊接试验舱液气压控制系统，有助于可靠实现高压干式焊接试验舱的的操舱控制和舱内压力控制，对高压焊接试验舱的研制和运行具有重要意义。
本发明所采用的技术方案是。
所述控制系统分为液压控制和气压控制两方面。
所述液压控制部分主要是控制试验舱的开关舱，由一个长行程液压缸驱动筒体输送小车的直线往复运动，由四个短行程液压缸驱动剖分环滑块在端盖内的直线往复运动，气压控制部分主要是在试验舱关闭后，控制试验舱内的充气、排气和压力平衡。这部分控制需要将压力变送器及真空压力变送器采集到的当前压力值送入plc，然后plc根据舱内当前压力值的大小来控制气路的电磁开关阀、电动调节阀和真空泵等执行器的动作。
所述气压控制部分主要是在试验舱关闭后，控制试验舱的充气和排气，这部分控制需要将压力变送器或真空压力变送器采集到的当前压力值送入plc，然后plc根据舱内当前压力值的大小来控制气路的电磁开关阀、电动调节阀以及真空泵等执行器的动作。试验舱压力变送器的测量范围为0~16mpa(16000kpa)，真空压力变送器的测量范围为0~100kpa。
所述下位机控制系统选用西门子s7-200cpu224plc作为控制核心，完成液压操舱系统动作、气体压力的控制和试验数据的采集。plc控制、除主模块外还扩展了一个1个em223数字量模块和2个em235模拟量模块。plc控制系统有29个数字量输入点，用于按钮、行程开关信号的输入；19个数字量输出点，用于控制液压、气压等执行器件接触器的开闭；6路模拟量输入信号用于试验舱压力、温度、焊接电流、焊接电压信号的采集；1路输出信号，用于气体调节阀的控制。
本发明的有益效果是：液压控制系统能根据舱内的气体压力控制液压系统对快开舱门进行开关控制，实现对试验舱的操舱控制、气压控制和焊接参数的测量；plc控制程序能据不同条件下设置的输入开关信号和模拟气体压力信号产生输出信号，准确可靠地完成控制过程，对于高压焊接试验舱的研制和安全运行具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的试验舱液压控制图。
图2是本发明的plc控制系统接线图。
图3是本发明的试顺序控制功能图。
图4是本发明的试验舱关舱过程步与转换梯形图。
图5是本发明的试验舱关舱过程动作梯形图。
图中：1-油箱；2-滤油器；3-油泵；4-溢流阀；5,6-单向阀；7-顺序阀；8,10-三位四通阀；9-筒体输送小车液压缸；11-单向节流阀；12-液控单向阀；13~16-剖分环液压缸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，控制系统分为液压控制和气压控制两方面。液压控制部分主要是控制试验舱的开关舱，由一个长行程液压缸驱动筒体输送小车的直线往复运动，由四个短行程液压缸驱动剖分环滑块在端盖内的直线往复运动，气压控制部分主要是在试验舱关闭后，控制试验舱内的充气、排气和压力平衡。这部分控制需要将压力变送器及真空压力变送器采集到的当前压力值送入plc，然后plc根据舱内当前压力值的大小来控制气路的电磁开关阀、电动调节阀和真空泵等执行器的动作。
控制具体过程为：1)关舱时，按下筒体输送小车液压缸伸出按钮sb3，油泵3启动，筒体输送小车液压缸9伸出，推动筒体小车运动到筒体封闭位，油路被切断。2)筒体封闭到位后，按下剖分环液压缸伸出按钮sbs，四个剖分环滑块液压缸13~16同时伸出，推动滑块移动到工作位置，阀芯回到中位切断油路，同时油泵3停转，保证液压缸不会自行动作。3)当需要打开舱门时，按下试验舱排气按钮sb14，排出舱内气体，使舱内气压降到环境压力，然后按下sb15按钮关闭高压舱排气阀门。4)开舱时，按下剖分环液压缸缩回按钮sb6，油泵开启，四个剖分环滑块液压缸13~16同时缩回到初始位后，切断油路。5)按下筒体输送小车液压缸缩回按钮sb4，筒体输送小车液压缸9缩回，拉动筒体小车开启筒体，筒体回到初始位置时，阀芯回到中位切断油路，同时油泵3停转。6)气压控制部分主要是在试验舱关闭后，控制试验舱的充气和排气，这部分控制需要将压力变送器或真空压力变送器采集到的当前压力值送入plc，然后plc根据舱内当前压力值的大小来控制气路的电磁开关阀、电动调节阀以及真空泵等执行器的动作。试验舱压力变送器的测量范围为0~16mpa(16000kpa)，真空压力变送器的测量范围为0~100kpa。
如图2，下位机控制系统选用西门子s7-200cpu224plc作为控制核心，完成液压操舱系统动作、气体压力的控制和试验数据的采集。plc控制、除主模块外还扩展了一个1个em223数字量模块和2个em235模拟量模块。plc控制系统有29个数字量输入点，用于按钮、行程开关信号的输入；19个数字量输出点，用于控制液压、气压等执行器件接触器的开闭；6路模拟量输入信号用于试验舱压力、温度、焊接电流、焊接电压信号的采集；1路输出信号，用于气体调节阀的控制。
如图3，为试验舱控制顺序控制功能图，从顺序控制功能图可以看出，控制过程可以分为试验舱关舱、数,据采集、试验舱开舱三部分。在试验舱关舱过程中需要完成舱门关闭、舱内抽真空及试验舱充气三个环节。
如图4、图5，分别为试验舱关舱三个环节步与转换过程梯形图和动作梯形图，舱门闭合过程分为两步：筒体输送小车向关舱方向运动到工作位置;筒体到位后，剖分环滑块伸出进人筒体凹槽到工作位置。舱内抽真空分为三步：真空泵前阀门打开；真空泵打开；在达到要求的真空度后关闭真空泵.试验舱充气分为三步：充气阀门开，调节阀开度调为最大;真空泵前阀门关；达到设定压力后调节阀开度减小。
在试验舱开舱过程中需要完成舱内保护气体排出和舱门开启两个过程，舱内保护气体排出分为三步：舱内高压保护气体排出；在舱内气压下降到105kpa后打开真空泵前阀门，真空压力变送器工作；当压力变送器测得舱内压力值为一个大气压时，关闭试验舱排气阀门与真空泵前阀门，舱门开启过程分为两步，分别为筒体输送小车向开舱方向运动回到初始位置；筒体回初始位置后，剖分环滑块从筒体凹槽缩回到初始位。数据采集及压力保持分为三步：数据采集或开舱选择；连接环境气箱的阀门开启，同时试验舱进行舱内压力自动保持；试验结束后将连接环境气箱的阀门关闭，同时返回到m1.0步，可以选择开舱。