基于LabWindows与PLC控制的作动筒盐雾试验装置的设计.pdf

2 0 1 5年 2月 第 4 3卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Fe b ． 2 0 1 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 3 8 基于 L a b Wi n d o w s 与 P L C控制的作动筒盐雾试验装置的设计 罗庚 合 ，王瑜 西安航空学院机械工程学院，陕西西安 7 1 0 0 7 7 摘要介绍飞机起落架作动筒在盐雾及湿热环境下的性能测试与实验要求。结合实验装置的液压系统原理，上位机用 L a b Wi n d o w s ／ C V I 软件对作动筒测试参数进行设定、监控、存储和记录，下位机采用西门子 P L C对盐雾试验装置进行控制。 实验结果表明该装置可以根据不同的盐雾及湿热环境，对飞机起落架等部件使用的作动筒进行快速测试 ，判断其性能是 否满足要求；该装置对压力、流量、温度等参数控制精度较高，比传统使用的继电器仪表等测试方法 自动化程度更高，并 具有良好的人机交互界面与通信功能，装置稳定、安全可靠，达到了性能测试要求。 关键词 盐雾试验装置 ；作动筒 ；L a b Wi n d o w s ；P L C控制 中图分类号 T H1 3 7 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 4 1 2 2 4 De s i g n o f Ac t u a t i ng Cy l i nd e r S a l t S pr a y Te s t i n g De v i c e Ba s e d o n La b W i n do ws ／CVI a nd PLC Co nt r o l LU0 Ge n g h e． W ANG Yu S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，Xi ’ a n Ae r o n a u t i c a l Un i v e r s i t y，Xi ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 7 7，C h i n a Ab s t r a c t T h e p e r f o r ma n c e t e s t a n d e x p e r i me n t a l r e q u i r e me n t s a b o u t a i r c r a f t a l i g h t i n g g e a r a c t u a t i n g c y l i n d e r i n s a h s p r a y a n d h o t a n d h u mi d e n v i r o n me n t w e r e p r e s e n t e d ． T h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e e x p e r i me n t a l d e v i c e wa s d e s i g n e d ． T h e h o s t c o mp u t e r s o f t wa r e w a s d e v e l o pe d b y La b W i nd o ws ／CVI o n t e s t p a r a me t e r s s e t t i n g s，mo n i t o ring，a n d s t o r a g e a n d r e c o r d．Th e Si e me ns PLC wa s u s e d a t t h e s u b p r o c e s s o r s t o c o n t r o l t h e s a l t s p r a y e x p e r i me n t a l d e v i c e ． T h e f i e l d t e s t s h o ws t h a t t h e d e v i c e c o n t r o l p r e c i s i o n t o p r e s s u r e ，fl o w r a t e， a n d t h e p a r a me t e r s s u c h a s t e mp e r a t u r e i s h i g h e r ，a n d i t c a n r e a l i z e t h e s i mu l a t i o n f o r d i f f e r e n t s a l t s p r a y a n d h o t a n d h u mi d e n v i r o n me n t s ． T h e d e v i c e h a s a g o o d h u ma n c o mp u t e r i n t e r a c t i o n a n d c o mmu n i c a t i o n f u n c t i o n wh i c h i s s afe ，r e l i a b l e a n d t h e t e s t r e q u i r e me n t s a r e r e a c h e d． Ke ywo r dsS a l t s p r a y t e s t de v i c e；Ac t ua t o r ；L a b ／W i nd o ws； PLC c o nt r o l 盐雾试验是一种主要利用盐雾试验设备所创造 的人工模拟 盐雾 环境 条 件来 考核 产 品或 金属 材料 耐 腐蚀性能的环境试验。与天然环境相 比，盐雾环境 的氯化物 的浓度 可 以是 一般 天然 环境 盐 雾含 量 的几 倍 或几 十倍 ，使腐 蚀 速度 大大 提 高 ，对 产 品进 行盐 雾试验 ，得 出结果 的时 间也 大 大缩 短 。在 人 工模 拟 盐 雾环境 条件下试验 ，只要 2 4 h ，即可得到在天然暴 露 环境下 对某产品样品试验 1 年时间才能得 到的相 似 结 果。 飞机起落架作动筒 的动作对 飞机 安全 至关重 要 ， 所 以飞机起落 架制 造 厂家 和机 场维 修 部 门要对 飞 机 起落架作 动器 进行 盐雾 环境 下 试验 ，在盐 雾试 验 箱 设定的温度 、湿度 、氯化钠溶液浓度 和 P H值等条 件 下，模拟飞机起落架实 际工作时作 动器动作过程， 对作动器的性能参数进行测试 ，从而测试飞机起落 架作动筒盐雾腐蚀情况，判定起落架作动器性能与 质 量。 根据 客户 技术 条 件 要求 ，设 计 了液 压 系 统 ，主 要根据液压 系统 原 理和 所用 的 液压元 件 对控 制 系统 的要求，采用工控机为上位机 ，用 L a b Wi n d o w s ／ C V I 软件 实现控制 给定 和监 控 ，利用 P L C实时测 量 与控 制，系统根据压力、温度 、位移 、液位传感器检测量 与测试给定值进行比较与测控，满足了装置的实验 要求，测试精度高、工作稳定可靠。 1 飞机起落架作动筒测试要求 1 ． 1 主要 功 能 1 实现油源的手动调压 、启停 和卸荷 ； 2 实现油源的 自动调压 、启停 和卸荷 ； 3 实现作动筒运动参数的设置和运动控制； 4 实 现 在 静 压 试 验 中 自动 进 行 压 力 检 测 与 分析 ； 5 实 现 全 部 状 态 的检 测 ，包 括 压 力 、温 度 、 力 、位移等 ，并可实现故障时的报警与故障处理； 6 实现数 据 的显 示 、存 盘 ，以供 以后 浏览 与 查 阅 ； 7 设有试验件名称 、批号 、序号、试验人等 信 息的输 入 接 口，可实 现 自动将 这些 信 息 与工作 循 环次数 、时间 、载荷数据 、运动数据一起保存 到数 据 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 2 0 作者简介罗庚合 1 9 6 2 一 ，男 ，学士，副教授，主要研究方向为机电一体化技术。E m a i l L u o g e n g h e 1 2 6 ． c o n l 。 第 4期 罗庚合 等基于 L a b Wi n d o W s 与 P L C控制的作动筒盐雾试验装置的设计 。1 2 3 文件 中，试验后 可 回放 、分析数据文件 ， 表并可打印 。 1 ． 2主要 技 术指标 自动生成报 2 ． 2 液压 系统设计 概述 盐雾试验液压系统原理图见 图 2 。 1 供 油压 力 泵 1是 0 ． 5 ～2 1 MP a ；泵 2是 0． 5～2 8 MPa； 2 回油压力 ≤0 ． 1 5 M P a ； 3 供 油流量 ≥1 0 0 L ／ m i n ； 4 介 质温度 工作 液温度范围 2 2 ～ 5 5 C； 5 输出油液污染度等级优于 G J B 4 2 0 B 一 7 ／ A； 6 管路材料采用 1 C r l 8 N i 9 T i 制造 ； 7 输 人电源 三相 3 8 0 V A C ，5 0 H z ； 8 环境噪声 不大于 6 5 d B 。 9 保护功 能 短路保护 、过载保护 、内部过 温 保护等 ； 1 0 试验台初次使用能正常工作 3 5 0 h而不需 要修理 ；平均故 障间隔时间 MT B F ≥1 0 0 0 h ；总使 用 寿命不小 于 1 0 0 0 0 h 。 2工作原 理概 述 2 ． 1 总体 结构框 图 如图 1所示 ，计算机控制系统包括上位机 工 业控制机 和下位机 P L C ，上位机有控制界面， 可以发送给下位机指令及与外部系统通信；下位机 则负责各 自传感器状态监测和实时控制。下位机接 收计算 机 的指令 信 号 、操 作人 员 的设 置 、采集 的数 据 等 ，并 确定 出控制方 式 ，然后输 出控制指令 ，并 将 系统状态 发 送 到上位 机 上实 时 显示 。下 位 机采 集 流 量 、压力 、位移信号 ，通过控制程序计算出输出控制 参数 ，给 到相 应 的 执行 器 ，如伺 服 阀、 比例 溢 流 阀 等。温度则 由温度控制器和 P L C共 同控制。温度控 制器采集传感器输出，通过 内部闭环控制给出控制 信号给水阀，另外通过 4 8 5总线给到 P L C 。上位机与 下位机通 过 R S 4 8 5总线通 信。 盐雾 室厂 面 西 工 作 台 I警 统 I ． ． ． ．． ． ． ． ．． ． ． ． ．．J ． ． ． ． 一 4 8 5 ,线 亘厦 多 温 度 控 制 器 本 地 电气 操 作 系 统 图 1 盐雾试验 系统总体结构图 图2 盐雾试验液压系统原理图 2 ． 2 ． 1 动力源 动力源为固定式高压泵源 ，由两个定量柱塞泵 并联供油，另配有手动泵 ，冷却系统采用低噪声的内 啮合齿 轮泵 。两 个柱 塞 泵 的连 续可 调最 大 压力 分别 为 2 1 和 2 8 M P a ，手动泵 的调压 范围是 0 ～ 3 5 M P a 。 对 于高 压保 压实 验 ，采 用 手 动溢 流 阀 调节 增压 器低压端压力 ，经过增压缸增压后 可输 出 3 0 - 8 0 M P a 范 围内的高压 。 两套油泵电机组的最大流量分别要求为 5 0和 3 0 L ／ m i n ，两组并联 后流量为 8 0 L ／ m i n ，采 用 蓄压器 吸 收压力脉动 ，也可 以提高 瞬时供油 能力 。 油箱设有独立水冷循环系统 ，以保证油箱油温 不超 过 5 5℃ 。 为保证 油 源 输 出油 液 污染 度 优 于 G J B 4 2 0 B 一 7 ／ A 等级 ，在两个油泵的出油 口分别连接有高压滤油器， 在 总回油管路 连接有低压 过滤器 。 2 ． 2 ． 2 工作流程 油箱一 吸油 口球阀一过滤器一油泵一滤油器一 单向阀一 储能器 比例伺服阀进油 口一伺服阀出 油 口一球阀 设观察压力表A 一带单向阀快速接头 一 作动筒 一带单向阀快速接头一球阀 B 一 比例伺服 阀出油口一伺服阀出油口一 回油滤油器一油箱。 伺服阀对作动筒的供油端 口和作动筒对伺服 阀 的回油端 口分别 接 比例 溢 流 阀，然 后合 并通 往 主 回 油路 。在 并联 泵 的供油 出 口 设观 察压 力表 接带 一圈 一 1 2 4 机床与液压 第 4 3卷 卸荷 的比例溢流阀 ，通往 主回油路 。 增压器卸荷端接手调溢流阀通往 主 回油路 。 冷却系统油路 为 油 箱 一 冷却 系统 齿 轮 泵一 冷 却器一油箱。 2 ． 2 ． 3 操作步骤 启动 电机 ，升 压至 规定 压 力一 开 始试 验 一试 验 完毕，分别或同时调整压力至极小值一卸荷 电磁溢 流阀一分别关闭泵组 。 2 ． 3 电气控制 系统硬 件 电路设 计 2 ． 3 ． 1 总体概述 如 图 3所示 ，上位机运行用户操作界 面 ，进行试 验操作 ，进行试验流程和试验参数 、曲线的设 定 ；提 供手动和 自动 两种 操作 界 面 ；为用 户操 作 提供 指示 信息 ；建立 用户 试验 程序 和参 数 数据 库 ，允 许 用户 对历史试 验程 序 和参 数进 行记 录 、调 用和 编辑 等操 作 ；连接数据采集系统，根据用户要求的采样参数、 采样频率、采样时问等实时记录采集数据；对采集 数据进行滤波 、分 析 、绘制 曲线等后处理 ；对历史试 验数据库进行管理 ，对历史数据进行查询 、统计分 析等操作 ；与 下位 机进 行 通信 ，设 定 下位 机 运行 状 态 ，参数控制 ，设 定控制 量状态 ；为下位机调试提供 显示界面。设定温度控制器通信工作参数和状态。 预 留以太网 口和软件接 口与生产 现场通 信总 线连接 ， 实现系统的远程控制和数据分享 ，以及试验任务。 下位机根据上位机控制指令和设定状态 ，控制 试验系统压力 、流量 和温度 ；监 控各关 键状 态变量 ， 在系统过 载 、控 制参 数超 出设 定 报警 范 围 、电气 系 统故障、液压系统故障时关闭各动力源，给出报警 信号和故障代码；与上位机通信，提供下位机状态 参数 ，完成 调试 工作 。其 中温度 控制 器 根据 上 位机 指令参数进行闭环控制 。 油泵 的起 停有 手 动 和 自动两 种 ，可 以 由下 位 机 发出信号 ，也可以由现场操作面板上的手动操作开 关控制 。 数 据 采 集 系 统 输入 信 号 油源 液位 过滤 器状 态 油 泵工 作 状态 位 移 传感 器 油 源压 力传 感 器 试件入 口压力传感器 试件出13 压力传感器 油源 温度 I 感 器l 送 器 温度 控 制 器 电控 柜 模 拟 量输 入 模 块 8 路 ，多种 信号 P L C 模 拟量 输 出模块 开关量输出 模块 2 4VDC， 2A 开 出模块 2 3 0V AC 4 8 5 通 信 吾 嚣 卜 _ 篓 器 输 出控制 放大 I 比例溢 器I流阀 伺服 阀 卸 荷 电磁 阀1 、2 电动 截 止 阀 8 个 油 源卸 荷 电磁 阀 油泵1 、2 电磁 水 阀 上 位 机 4 8 5 总线 图 3 硬件电路总体框图 2 ． 3 ． 2 控制 系统 此 系统 的上 位机 采 用 台湾研 华 工 控机 ，下位 机 采用西门子 P L C可编程逻辑控制器。所有的传感器 输入和数字输入信号均通过 P L C模块进入 P L C ，与 上位机通信数据通过 R S 4 8 5 模块与上位机进行通信。 下位机 系统 配置 C P U模块 、电源模 块 、I ／ O模 块 、 计数模块 、模 拟量模块 、通信模块 等。上位机带有数 据采集 卡 ，以便 实时监 控状态 ，减轻 通信系统 压力 。 除了远 传控 制柜 ，现场 还有 控 制柜 放置 软启 动 器 和 互锁电路，软启动器为高压电路，互锁电路为低压 控制电路，故两者分为两个控制箱放置 ，控制信号引 入高压 箱控制 软启动器工作 。 油源控制中，远传控制 自动性高、方便，但是有时 需要现场启停，进行人工手动调节。现场调压时，需要 对两个泵进行分别控制，所 以在现场控制面板有两个按 钮控制油源油泵的分别启停。此处面板油泵启停按钮先 接至软启动开关 ，再完成对电机启动停止控制 。 现场 出现 异常 情况 时 需要 在 现场 卸 荷 ，卸 荷 阀 开启按钮控制卸荷阀开启卸荷。当出现紧急情况需 要急停，在现场和远传都能够进行急停 ，不受互锁电