朱坤伦
贵州贵安腾隆钢瓶制造有限公司，贵州安顺 561000
摘要：在当前的人工水压试验钢瓶检测中，存在记录易出错、人工需求大、检测效率低的问题，本文介绍了一套满足多工位液化石油气钢瓶水压试验流水线系统，该系统基于Windows操作系统以及.NET软件，实现了系统操作的自动化控制以及空位状态实时检测要求，可取代人工操作的不足，值得进一步推广。
关键词：多工位；自动化；液化石油气钢瓶；水压试验
前言：我国是世界上最大的钢瓶生产国与使用国之一，全国市场对钢瓶的需求量快速增加，因此如何保证钢瓶的生产质量也成为社会关注的重点。随着现代化信息技术的发展，依托计算机、自动化控制等技术所构建的多工位水压试验流水线能够有效检测钢瓶性能，满足生产质量管理要求。
1.流水线的结构设计
根据《气瓶水压测试验方法》的相关内容，在钢瓶性能检测中的常见方法包括外测法、内测法与耐压试验等，其中耐压试验较为常见，通过测量钢瓶使用的最大压力，评价钢瓶能否在过压状态下保持安全[1]。该方法能够有效检测出钢瓶是否存在质量缺陷等。从使用安全的角度来看，上述方法能够有效检测钢瓶局部缺陷，若在正常的水压状况下未发生爆炸等冲击现象，则满足安全使用要求。
在钢瓶水压试验期间，设计了一套多工位钢瓶水压试验测试的流水线，流水线的主要结构包括水压试验小车、读码进瓶器以及上位机控制单元等，系统的整体结构如图1所示。
1.进瓶线；2.摄像头；3.钢瓶；4.工作台；5.小车；6.出瓶线
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图 1 多工位液化石油气钢瓶水压试验流水线的基本结构
2.硬件设计
2.1传动装置设计
结合钢瓶厂的生产结构来看，考虑到钢瓶厂的生产环境相对复杂，并且对不同设备的适应环境提出了较高要求，所以本文使用了链传动方法。这种传动方法具有理想的负载能力，在水压试验中所需要使用的油、水等基本不会影响监测过程。
在传动装置设计期间，使用连续链条驱动滚筒设计方法，在单一链条驱动的基础上，每只滚筒都有几个齿能够与链条的整体结构接触的一起，满足钢瓶传递的要求。
2.2进瓶线的滚筒设计
在进瓶线的滚筒设计中，滚筒的直径规格可以按照公式（1）进行计算。
公式（1）
在公式（1）中，P代表滚筒的传递功率；n为滚筒传动的转速，单位为m/s；代表滚筒扭转切应力。本次研究中选择45钢，为空管结构。
在按照公式（1）的相关计算要求，确定最终的滚筒设计d结果为27.0mm。
2.3小车设计
小车设计决定了进瓶线的进瓶效率，一个良好的小车对于最终试验结果产生直接影响。本文在小车设计中，以钢瓶外直径320mm为设计基础，每个工位的间距为400mm；其中设置注水杆长度为700mm，钢瓶高度680-720mm，为避免进瓶期间的瓶体与注水杆之间发生碰撞现象，应该在注水杆上增设足够空间，设置框体高度为1700mm，工位上增设70mm方管，保证钢瓶整体结构安全。
方管上设置功能开关，包括行车工位信号开关、钢瓶检测开关以及注水杆开关等。在硬件功能设置中，为确保钢瓶与注水杆属于压紧的状态，在硬件上需要检测注水杆的各个动作；若检测注水杆处于压紧状态，则会接通开关，并反馈电脑信号，最终打开阀门完成水压检测操作[2]。
2.4传感器选型
在硬件设计中，传感器的选型是影响系统最终性能的重要指标，按照我国的相关规定，水压试验的试验用水必须在工作环境中事先敞口静置8小时后方可使用，且工作时温度不能低于5摄氏度，并且相关试验要求都应该识别上述温度范围内的各种数据变化，保证试验结果的正确性。
其中热电阻具有体积小、检测结果灵敏等要求，在测量电阻后能够记录不同状态下的温度数据变化，而本次试验中的环境一般不会超过50℃，所以对感温元件的温度范围无特殊要求，在综合考虑性能、成本等要求后，本文选择PT100为感温元件，在使用时连接24V电源后就可以稳定运行，具有稳定可靠、方便等优点。
3.系统设计
3.1系统的开发环境
根据当前计算机系统环境下，为了能够实现多工位液化石油气钢瓶水压试验流水线检测的要求，在系统设计上需要确定上位机操作系统的基本要求，选择windows操作系统，其优势就是兼容性好，并且开发者的配置环境方便，满足普通流水线的处理要求，且经济实惠、技术成熟等优点。
同时选择.NET逻辑控制与监控界面开发，能够与windows操作系统的功能要求，可提高程序的处理效果。
3.2程序开关量点位设计
在系统设计中，选择开关量输入输出与模拟量输入的处理方法，因此为了能够实现这一目标，选择数据采集卡直接进行系统连线，再将设备信号端与DIO接口连接之后就可以满足处理要求[3]。
而考虑到整个系统的开关量众多，在系统设计中要注意避免出现点位错误操作的问题，可以将每个工位单独分离出来，确保每个工位不会出现错误操作的情况。设计中每8个为一组，例如在设置工位1的压紧 汽缸正向点位号，在输入信号后，以五个为一个循环，基本内容包括：工位1占用→工位1压紧缸顶出→工位1压紧缸复出→工位1启动→工位1复位。
按照上述基本处理要求，其系统优势为：能够充分分开每个工位数据，并且在调用期间需要对系统处理过程进行合并，实现了循环运算的重复实现，所以有助于降低编程难度。
3.3控制程序的模拟量输入设计
在该系统中，通过研华工控机提供的模拟量输入通道，可以使设备的模拟信号量在经过变送器处理后转变为0-5V的标准信号，降低各类数据处理难度。以AIO模拟量口为例，在系统设计中可按照图2的系统结构完成模拟量采集。
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图 2 模拟量接线结构
在按照图2的结构形成程序后，通过添加Driver.h以及相应的控制软件就可以完成系统功能调用。
除此之外，除了要确定信号处理范围后还需要确定采样频率，本系统中所使用的研华数据采集卡能够提供不同频率的数据采集范围，并且采集频率较高，确保各类水压数据是真实可靠的。
3.4界面设计
在监控界面设计中，将系统参数栏设置在主界面的左上方与右上方，确保工作人员在操作系统时只需要稍微移动视角就能快速识别系统的运行状态。
同时根据我国水压试验的相关规章制度，在钢瓶水压检测中需要详细记录存入环境以及水温等信息，并对系统检测的各种结果进行识别，这些数据都可以在系统参数栏中直接读取。
在工位状态栏设计中，将状态栏设置在界面的左侧，其主要功能就是记录工位的状态数据；而在工位无钢瓶进行试验的情况下，系统的框架上会在“等待”的框栏上显示“√”，使工作人员快速了解检测系统的状态。
在工位的水压试验开始之后，工位的相应步骤上都会转变为“√”状态，例如在注水时，系统的“注水”过程会转变为“√”，整个过程能够反馈真实的试验。
在系统设计中，工位状态栏很好的显示出了当前工位的状态变化，让工人一目了然可以观测每个工位的状况，方便对系统运行状态的管控。
结束语：本文基于Windows系统设计了一套多工位液化石油气钢瓶水压试验流水线，该系统能够对试验过程进行有效检测，满足试验过程安全管理要求。该方法依靠自动化技术，能够对钢瓶的运送、注水等环节进行管控，降低出现质量缺陷的风险。因此该系统具有先进性，适应未来检测需求，值得进一步推广。
参考文献：
[1]李保绪,吉楠,高超,等.液化石油气钢瓶残余应力测试分析[J].化工机械,2020,47(03):306-310.
[2]李科.一起液化石油气钢瓶水爆试验异常的分析[J].装备维修技术,2019(04):119+103.
[3]黄烨翔,史伟民,向忠.多工位液化石油气钢瓶水压试验流水线研究[J].机电工程,2018,35(04):437-441.