液压阀试验台控制系统的研制.pdf

第 l 期 总第 1 8 2 期 2 0 1 4年 O 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHAN1 CAL ENGl NE ER1 NG ＆ AUTOMATI ON No．1 F e b ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 1 0 1 6 8 0 2 液压 阀试验 台控制 系统 的研制 曲 晓 华 晋 中学院 机械学院 ，山西 晋 中0 3 0 6 0 0 摘要 介绍 了液压 阀试验 台控 制系统 的工作原理及 测试系统的构 建方式。通过 使用 工控机和数据 采集 卡实现 测试 数据 呆集、测试 系统控制 的 自动化，大大提高 了液压阀的测试效率和测试精度 。通过使 用触摸 屏 ，提高 了系统的易用性。实际使用表明，该系统精度高、可靠性好 ，完全满足设 计要 求。 关键 词液压 阀；试验 台；触摸屏 ；工控机 ；控制 系统 中图分类号 TP 2 7 3 TH1 3 7 ． 5 2 文献标识码 A 0 引言 液压阀在出厂之前应进行 出厂试验， 经检验合格 后方可获得产品合格证 。传统的液压阀检测通常使用 手动加载、 人工记录的方法 ， 检测精度低， 效率低下， 无 法满足生产厂家 日益提高的测试要求。针对这一实际 情况 ， 本文设计了液压阀试验台。 1 电控 系统设计 控制系统主回路 如图 1所示。本 系统所选 P L C Ll L 2 L 3 N 为西 门子 公 司 S 7 2 0 0系 列 中的 C P U2 2 6 ， 该 机 型 具有 l 6路数字量输入、 2 4路数字量输 出， 可以满足本系统 的基本控制需求 ； 为了采集传感器数据 ， 还选择 了该系 列中的 E M2 3 5模拟量混合模块 ， 该模块具有 4个模拟 量输入和 1 个模拟量输 出， 分别可以接 4个传感器和 1个用于驱动 比例 电磁铁 的比例放大板， 该模块具有 l 2位精度， 可以满足系统的测试和控制精度要求 。 图 l 控 制 系统 主 回 路 P I C主控单元 C P U2 2 6的电气原理 图如图 2所 模拟量扩展模块 E M2 3 5的电气原理图如图 3所 示 。各电机 的启停控制及各电磁阀的动作控制通过外 示 ， 该模块可实现最高 l k Hz的采样频率。为确保在 部按钮及旋钮输入到 P L C中， 由于所控对象均为感性 电磁干扰严重的环境下也能准确进行数据采样 ， 选择 负载， 因此输出点均与中间继电器相连， 由中间继电器 4 mA～2 0 mA信号作为输人， 同时以 0 V～l 0 V信号 实现 P I C输出与电磁 阀、 加热器及接触器之间的电气 作为比例放大板的输入 ， 驱动 比例电磁铁工作 。本系 隔离 ， 保证系统的可靠运行 。 统选用博士力士乐公司的 F E S E 一 1 型电液 比例节流阀 收 稿 日期 2 0 1 3 0 5 3 1 ；修 回日期 2 O 1 3 0 8 1 5 作者简介 曲晓华 1 9 6 9 一 ，女 ，山陌太原人 ，讲师 ，硕 } ，研究方 向C AD／ CAM，机电一体化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 l期 曲晓华 液压 阀试验 台控制 系统的研制 - l 6 9 控制液压 回路的流量与压力 ， 该 阀具有位置感应传感 器， 可以实现闭环控制 ， 从而有效确保 了压力 、 流量 的 控制精度 。 1 ’ 主 主 泵 电 电 机 机 状 1 状 2 。 态 主 态 主 主指 泵 显 泵 电 示 电 示 电 机灯 机 灯 机 蓄 态 显 不 灯 冷 却 器 电 机 冷状 辅 却态 助 器显 泵 电示 电 机灯 机 3 L 一 毒 毒 s L- - 耋 3L S I M E N S 0 1 0 1 0l 0l 0 i 0 1 01 0 l 0 l 0 0 l 0 l 01 0l 0l 0 0 oS F l L Q 0 ． 0 Q 0 ． 1 ∞ 2 Q 0 ． 3 2 1 ． Q O ． 4∞． 6Q 0 ． 6 Q 0 , 7 Q 1 ． 0 乱 Q 1 ． 1 Q 1 ． 2 q 1 ． 3 OR U N 0S T O P 6E S 7 21 6 -1 B D 21 - O XB O C P U2 2 6 囤 固 1M I 0 IO ．1 Ia 2 I 3 I n 4 In 5 I n 6 I 7 I i． 0 I I ．1 I 1． 2 II ．3 II ．4 2M I I．5 I I． 6 0 l 0 l 0 1 0 1 0 l 0 1 0 1 0 l 0 1 0 0 l 0 1 0 l 0 1 0 1 0 0 茸 薪 茸 3 L - 譬 霎 3L 图 2 C P U2 2 6的电气原理图 温度 l 压力 2 压 力 3 压 力 传感器 传感 器 传感 器 传感 器 0 1 0 1 0 l 0 1 0 1 0 l 0 l 0 J 0 1 0 l 0 1 0 I R A A A R B B B R e C C R D D D 一 园 235- 0KD2 0-OXA 0 眦 。 s 园 u l u n v n T n T w 研 ， C O N F I G U R A T I O N S 0 l 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 l 0 l 0 l 0 1 0 I Q 1 0 I 电报 比例 变量泵放大板 图 3 E M2 3 5电气 原理图 使用工控机作为上位机 ， 实现数据存储 、 信号处 理、 曲线生成 、 打印制表等功能。工控机系统的原理 图 如图 4所示。传感器数据 采集 由研华 P C I 一 1 7 1 0多功 能数据采集卡实现 ， 该卡具有 1 6个单端模 拟量输入 口， 精度为 l 2位 ， 可以采集温度 、 压力、 流量 、 电机转矩 和电机转速信号。通过该卡上 的数字 I ／ O通道 ， 可 以 确定控制 台面板 上控制按钮 的工 作状态。选用 研华 P CI l 7 2 0型四通道隔离模拟量输 出卡对 系统温度 、 压 力 、 流量、 转速等参量进行调节， 该卡具有控制稳定 、 精 度高 的优 点 。 为确保系统的测试精度 ， 在考虑传感器量程、 线性 度 、 回滞特性 、 抗干扰能力 、 灵敏度、 温度漂移等因素的 前提下对传感器进行选型， 如表 1 所示。 显示 打 印 器 图 4工控机 系统 原理 图 表 l 传 感器选 型表 被测量 传感器型号 传感器参数 量程 ， 精度 油箱温度 温度变送器 E TS 4 1 4 4 2 5℃～1 2 0℃， 0 ． 8 ％F S 系统压力 压力变送器 HAD 4 1 4 4 4 0 MP a 差压式 ， 0 ． 5 F S 主 回路流量 椭圆齿轮流量计 L C - 5 0 2 5 m ／ h ，0 ． 2 F S 转速 转速扭矩仪 z J 2 0 0 0 1 0 r ／ mi n 2 0 0 0 r ／ rai n 。 1 ％F S 扭矩 转速扭矩仪 Z J 2 0 0 0 一 1 0 Nm～2 0 0 0 Nm， 1 F S 噪声值 数字噪声计 TE S - 1 3 4 3 2 5 d B～1 3 0 d B， 士1 ． 0 d B 2程序 设计 上位机程序由 VB开发， 人机界面 由触 摸屏程序 实现。该界面可以实现多通道采样数据的曲线生成与 存储， 还可以调取存储器中的历史数据， 操作十分方便。 上位机通过串口通讯与 P L C交互数据 ， 完成数据 库操作 ， 用户可以随时调取实时及历史 曲线 ， 通讯程序 如 F W i t h M S Co m m1 ．C o mmP o r t 5 使用 C OM2 ．S e t t i n g s一 ” 9 6 0 0 ， N， 8 ， 1 ” 设置通信 口参数 ．I n B u f f e r S i z e i 0 0 0 设置 MS C o mml 接 收缓 冲区为 4 O字节 ．Ou t B u f f e r S i z e一 1 设置 MS C o mml 发送缓 冲区为 2字节 ．I n p u t Mo d e e o ml n p u t Mo d e B i n a r y 设置接收数据模式为二 ．I n p u t L e n 4 设置 I n p u t一次从接 收缓 冲读取字节数为 1 ．S Th r e s h o l d一 1 设 置 Ou t p u t一次从 发送缓 冲读取字节数为 1 ．1 n B u f r C o u n t一 0 清除接收缓冲区 ．Ou t B u f f e r C o u n t 0 清除发送缓 冲区 ．R Th r e s h o l d一 1 设置接收一个字节产生 On C o mm事件 I f ． P o r t Op e n F a l s e Th e n 判断通信 口是否打开 ．P o r t Op e n Tr u e 打开通信 口 I f E r r Th e n 错 误处理 Ms g B o x” 串 口通信 无效” Ex i t S u b En d I f En d I f En d W i t h 3 结论 该试验台控制系统已投入运行 ， 实际使用情况 良 好 ， 可以满足用户高效、 高精度的测量需求。本设计 中 P L C与触摸屏、 工控机配置得 当， 提高了系统的操作 性和可靠性， 该设计思路值得在同类设计 中推广 。 参考文献和英文摘要转第 1 7 2页 匦 二 一 一一一一一一一一一一 研警 H 0 水 奄 机启动 滤 油泵电机停止 滤油泵电机启动 辅助泵电机停止 辅助泵电机启动 冷却器电机停止 冷却器电机启动 主泵电机停止 主泵电机启动 主泵电机停止 主泵电机启动 主电机停止 主电机启动 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机 械 工 程 与 自 动 化 2 01 4年 第 l期 由图 4 、 图 5可以看 出， 充 、 排气过程中， 均衡风缸 压力 稳 态 误 差均 小 于 5 k P a ， 满 足 铁标 TB ／ T 2 0 5 6 2 0 0 7中误差 为 i 0 k P a 的 要求 。 甜 譬 ＼ 出 t ／ s 图 4 均衡风缸充气的响应曲线 模糊 P I D O． 4 O t ／ s 图 5 均衡风缸排气 的响应 曲线 模糊 P I D 4 结 语 基于两个高速开关 阀， 运用模糊 P I D控制的均衡 风缸压力控制系统， 无论是稳态误差还是充排气时间 上均满足相关标准。该系统不仅响应快速， 而且当压 力即将或刚达到 目标压力时， 几乎 没有 振荡 ， 稳定性 好， 更重要的是电磁阀通过 1次得失电就达到 目标压 力， 从而使电磁阀的寿命 比传统的 P I D控制下的寿命 延长 1 倍甚至更长 ， 大大节约了成本， 增加了系统的可 靠性 。该系统的高速开关 阀的控制指令为网络信号与 电信号， 故可满足无线重联机车各均衡风缸充排气一 致性 的要 求 。 参考文献 [ 1 ] 俊 勇， 仝雷 ， 王海 平． HX D2电力机 车制动 系统 [ J ] ． 机车 电传动 ． 2 0 0 8 5 8 - 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b e d Co nt r o l S y s t e m QU Xi a o - h u a C o l l e g e o f Me c ha n i c a l En g n e e r i n g．Jinz h o n g Un i v e r s i t y。J inz h o n g 0 3 0 6 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t l h e wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e h y d r a u l i c v a l v e t e s t b e d s y s t e m a n d t h e c o n s t r u c t i o n me t h o d o f t h e t e s t s y s t e m a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ． 1 h e e f f i c i e n c y a n d a c c u r a c y o f me s u r e me n t a r e i mp r o v e d g r e a t l y b y u s i n g i n d u s t r i a l I C a n d d a t a a c q u i s i t i o n c a r d t O a c h i e v e t h e a u t o ma t i o n o f t e s t d a t a s a mp l i n g a n d t e s t s y s t e m c o n t r o l l i n g ． Th e u s a b i l i t y o f s y s t e m i s i mp r o v e d b y t o u c h s c r e e n ． Th e a p p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e s y s t e m i s o f f a s t e r r e s p o n s e s p e e d a n d h i g h e r s t a b i l i t y a n d c o n t r o l a c c u r a c y ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c v a l v e ；t e s t b e d；t o u c b s c r e e n；I P C；c o n t r o l s y s t e m ∞ 弱 ∞ O O O O ∞ 篙 ＼ R 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m