液壓元件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張海云

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹利用Parker公司液壓控制元件和流量、壓力、溫度傳感器以及顯示儀表等電儀元件，以及PLC、觸摸屏、變頻器等電控元件，開發(fā)制造齒輪泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)。通過(guò)文章的介紹，希望可以對(duì)相關(guān)工作起到借鑒的意義。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；測(cè)量控制系統(tǒng)

前言

液壓泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)是針對(duì)齒輪泵進(jìn)行跑合測(cè)試和效率測(cè)試的產(chǎn)品出廠實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)流量控制采用Parker SSD 690+系列變頻器控制主電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度以達(dá)到控制液壓系統(tǒng)流量。壓力調(diào)節(jié)采用比例技術(shù)，利用Parker RS 系列比例溢流閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)加載?？蓾M足對(duì)被試泵進(jìn)行不同流量和不同壓力測(cè)試的要求。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有測(cè)量精度高，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。其主要技術(shù)參數(shù)為：（1）系統(tǒng)工作壓力2-35MPa+/-1%FS，電控比例調(diào)壓；（2）最大流量：240l/min；（3）工作介質(zhì)：46抗磨液壓油；（4）過(guò)濾精度：5μm。

1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)組成

本液壓泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)由安裝架、液壓系統(tǒng)和測(cè)量和電控系統(tǒng)組成。

1.1 安裝架。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到設(shè)備的安全性和防噪聲考慮，采用整體封閉結(jié)構(gòu)，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。安裝被試泵的操作臺(tái)面，配備安全防護(hù)罩，其臺(tái)面采用方型鋼做骨架?？紤]到人體工程學(xué)的要求，臺(tái)架高度設(shè)計(jì)800mm。

1.2 液壓系統(tǒng)。主要由兩部分組成：液壓泵站系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)

（1）液壓泵站系統(tǒng)主要由油箱、油溫控制系統(tǒng)、油過(guò)濾系統(tǒng)組成。油箱溫度控制系統(tǒng)采用Parker 油箱控制器SCLTSD-520-10-07控制油箱的加熱和冷卻。（2）油箱油清潔度檢測(cè)采用Parker在線顆粒檢測(cè)裝置IPD122322230，進(jìn)行油液在線檢測(cè)。以便監(jiān)控油清潔度，控制過(guò)濾器濾芯的更換，從而保障試驗(yàn)系統(tǒng)中油液清潔度滿足試驗(yàn)要求。（3）液壓控制系統(tǒng)。本液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩路液壓回路，可以同時(shí)測(cè)試雙聯(lián)泵。液壓控制系統(tǒng)向被試泵提供壓力油，由主泵電機(jī)M1由PARKER SSD690+變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以控制壓力油流量的變化，每一回路流量由PARKER齒輪流量傳感器采集，流量傳感器輸出信號(hào)4-20ma。調(diào)節(jié)每一回路比例溢流閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力由零壓力逐漸上升到所需要的測(cè)試壓力，每一回路壓力由壓力傳感器采集，傳感器輸出信號(hào)4-20ma。

液壓泵性能試驗(yàn)時(shí)，首先使被試泵的負(fù)載為零，在流量顯示儀表上讀出流量值，一般情況下，都是以此時(shí)的流量（即空載流量）作為理論流量qt的。然后再逐漸升高壓力值，讀出調(diào)節(jié)壓力（即工作壓力）后的流量值q。根據(jù)上述操作得到的數(shù)據(jù)即可繪出被測(cè)泵的壓力-流量曲線，根據(jù)容積效率公式在MP277觸摸屏上即可算出各調(diào)定壓力點(diǎn)的容積效率。根據(jù)在扭矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，則可計(jì)算出泵的輸入功率Pi，再計(jì)算出泵的輸出功率Po，則可將液壓泵的總效率計(jì)算出，根據(jù)上述的數(shù)據(jù)即可繪出液壓泵的特性曲線。

1.3 電氣控制原理

本系統(tǒng)電氣的主要參數(shù)為額定電壓為380V/50HZ，三相五線制，額定電流225A，控制電壓為AC220V/DC24V。電氣控制部分實(shí)現(xiàn)主電機(jī)啟動(dòng)、停止、保護(hù)和速度的調(diào)節(jié)，利用比例溢流閥實(shí)現(xiàn)壓力的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)油箱溫度的控制、油液清潔度的控制以及流量、壓力、溫度、扭矩的顯示等功能，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試的參數(shù)設(shè)定。

1.3.1 硬件系統(tǒng)

本系統(tǒng)由電氣柜1、電器柜2和操作面板組成。電器柜1主要安裝電氣系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿υ麟娫唇佑|器、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（SSD 690+變頻器）。電器柜2 主要安裝輔助電機(jī)的啟動(dòng)、停止電路的斷路器、接觸器，PLC S7-200及輔助模擬量模塊，以及開關(guān)電源、扭矩儀等元件。操作面板主要安裝有控制按鈕、波段開關(guān)、指示燈以及觸摸屏MP277。

1.3.2 電氣控制框架

本系統(tǒng)的核心部件采用西門子PLC S7-200（1個(gè)）+3個(gè)擴(kuò)展模塊EM235。PLC S7-200負(fù)責(zé)電機(jī)的啟動(dòng)、停止，電磁閥的通斷，以及油箱溫度的控制等開關(guān)量的控制。EM235輸入點(diǎn)作為模擬量的信號(hào)采集，輸出點(diǎn)作為模擬量的輸出，控制變頻器和比例溢流閥。

作為操作部件的MP277通過(guò)RS232串口通訊與S7-200 PORT 0連接。負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，采集數(shù)據(jù)的記錄和分析以及相關(guān)元件的操作。

1.3.3 系統(tǒng)按鈕操作和HMI MP277操作說(shuō)明

操作面板按鈕包括：設(shè)備啟動(dòng)按鈕、設(shè)備停止按鈕、手動(dòng)/自動(dòng)波段開關(guān)、自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)按鈕、自動(dòng)運(yùn)行復(fù)位按鈕。MP277顯示設(shè)備PLC采集的開關(guān)量和模擬量的狀態(tài)以及在手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)下，各個(gè)電機(jī)和閥等元件的操作，和試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。

（1）按鈕的說(shuō)明

1>設(shè)備啟動(dòng)按鈕、設(shè)備停止按鈕分別是設(shè)備動(dòng)力電源的加載、卸載。

2>手動(dòng)＼自動(dòng)波段開關(guān)是用于選擇利用MP277手動(dòng)操作還是按照MP277設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試。

3>自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)按鈕、自動(dòng)運(yùn)行復(fù)位按鈕分別是自動(dòng)運(yùn)行的啟動(dòng)、復(fù)位按鈕。

（2）MP277主要界面說(shuō)明

觸摸屏人機(jī)界面包含以下部分：a.概述（開機(jī)初始界面），顯示油箱溫度、油液清潔度以及動(dòng)力源和循環(huán)電機(jī)的狀態(tài)；b.手動(dòng)界面，手動(dòng)控制各個(gè)電機(jī)的啟停和手動(dòng)設(shè)定主電機(jī)轉(zhuǎn)速和比例溢流閥壓力；c.自動(dòng)界面，包括儀表顯示和曲線顯示兩種。界面實(shí)時(shí)顯示主電機(jī)轉(zhuǎn)速、回路壓力和流量的顯示以及顯示加載和卸荷測(cè)試的時(shí)間顯示；d.參數(shù)設(shè)定，設(shè)定自動(dòng)測(cè)試時(shí)主電機(jī)轉(zhuǎn)速、加載壓力、加載時(shí)間的設(shè)定；e.報(bào)警記錄，記錄設(shè)備故障信息；f.產(chǎn)品報(bào)告，記錄測(cè)試結(jié)果。

1.3.4 PLC控制程序

系統(tǒng)程序分為主程序、運(yùn)行條件（初始化）子程序、模擬輸入/輸出子程序、報(bào)警管理、手動(dòng)、自動(dòng)。

主程序主要用來(lái)初始化一些變量和調(diào)用各子程序。模擬量輸入/輸出子程序負(fù)責(zé)壓力、流量、溫度、扭矩等的模擬量輸入信號(hào)的處理以及控制主電機(jī)的轉(zhuǎn)速、比例溢流閥壓力設(shè)定的模擬量輸出；手動(dòng)子程序負(fù)責(zé)設(shè)備手動(dòng)開關(guān)量的輸入、輸出；自動(dòng)子程序負(fù)責(zé)自動(dòng)狀態(tài)下按照測(cè)試參數(shù)運(yùn)行設(shè)備的控制過(guò)程。

2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作流程

2.1 手動(dòng)操作過(guò)程：（1）啟動(dòng)設(shè)備，運(yùn)行動(dòng)力單元，檢測(cè)油溫、油液清潔度滿足測(cè)試條件；（2）連接被試泵；（3）選擇手動(dòng)方式，在MP277 手動(dòng)模式下，啟動(dòng)相應(yīng)電機(jī)，設(shè)定主電機(jī)轉(zhuǎn)速和各回路壓力值；（4）進(jìn)行各單步操作，記錄各顯示儀表數(shù)據(jù)。

2.2 自動(dòng)操作過(guò)程：（1）啟動(dòng)設(shè)備，運(yùn)行動(dòng)力單元，檢測(cè)油溫、油液清潔度滿足測(cè)試條件；（2）連接被試泵；（3）在MP277屏幕參數(shù)設(shè)定畫面，設(shè)定測(cè)試參數(shù)；（4）選擇自動(dòng)方式；（5）啟動(dòng)自動(dòng)循環(huán)；（6）記錄測(cè)試結(jié)果，分析測(cè)試數(shù)據(jù)；（7）結(jié)束測(cè)試循環(huán)。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用西門子PLC S7-200及輔助模塊、HMI設(shè)備MP277以及PARKER SSD系列變頻器、PARKER液壓元件設(shè)計(jì)制造試驗(yàn)臺(tái)，提高了產(chǎn)品的測(cè)試精度。自動(dòng)測(cè)試減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)試效率，具有很好的可操作性。

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