變頻器在機油泵測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊維劍，王梅英

（四川理工學(xué)院 計算機學(xué)院，四川 自貢 643000）

0 前言

在摩托車行業(yè)中，其核心部件——機油泵的性能好壞，直接關(guān)系到摩托車發(fā)動機的性能，如供油量、起動出油時間等。在工業(yè)生產(chǎn)中如何快速、準確、有效地對機油泵進行全方位的性能測試，成為工業(yè)生產(chǎn)檢測中的一大難點。本文利用計算機技術(shù)針對西門子公司生產(chǎn)的變頻器MM420（型號6SE-6420-2UD21-5AA1）進行快速、有效的控制，對機油泵進行全方位綜合性能測試控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行了較為詳細的論述。

1 測試原理

機油泵的性能有密封性、起動出油時間、供油量、清潔度、連速運轉(zhuǎn)性能、轉(zhuǎn)速特性、壓力特性、限壓閥工作特性、粘度特性等多項性能指標。若對各項指標進行單獨測試，在生產(chǎn)現(xiàn)場中，既不經(jīng)濟也不現(xiàn)實，故我們設(shè)計了如圖1所示的方法加以測試。在圖1中我們模擬了發(fā)動機的工作環(huán)境：改變測試油的種類和油溫，通過變頻器改變電機運轉(zhuǎn)速度，通過調(diào)節(jié)閥改變測試油的壓力等來模擬機油泵工作的現(xiàn)場。同時，在圖1中我們還對多項性能進行測試：通過扭矩—轉(zhuǎn)速傳感器測量其扭矩和轉(zhuǎn)速，通過壓力傳感器測試其進、出壓力，通過流量傳感器測量其進、出油量等。

圖1 測試原理圖

2 機油泵測試系統(tǒng)的組成

機油泵測試系統(tǒng)由操作臺和控制柜兩部分組成。操作臺由動力系統(tǒng)、油箱、加載裝置、溫度控制系統(tǒng)、壓力測試系統(tǒng)、流量測試系統(tǒng)、專用工裝等組成；機油泵測試系統(tǒng)控制柜由PC機主機、顯示器、打印機、壓力液晶顯示表、溫度顯示表、電源指示表等組成。

2.1 動力系統(tǒng)組成

動力系統(tǒng)由電機、同步帶輪、同步帶、變頻器組成，電機為專用變頻電機，功率0.75kw，響應(yīng)頻率5～100Hz，對應(yīng)轉(zhuǎn)速200～4 500rpm，電機頻率由變頻器提供，實現(xiàn)無級調(diào)速，轉(zhuǎn)速可任意設(shè)置。變頻器為西門子公司生產(chǎn)，型號6SE-6420-2UD21-5AA1，輸出功率1.5kw，可驅(qū)動1.5kw專用變頻電機。電機通過同步帶及帶輪傳遞動力，電機帶輪為77齒，主軸帶輪齒數(shù)45齒。同步帶中心距調(diào)整可通過調(diào)整電機底部墊圈高度實現(xiàn)。

2.2 油箱組成

油箱為15L容積不銹鋼圓桶，由三只專用螺釘懸掛在測試平臺背面。油箱底部安裝1.5 kw加熱管、溫度傳感器、回油閥各1只。油箱內(nèi)置400目過濾裝置，進油管插入裝置內(nèi)，避免雜質(zhì)通過管道及油泵進入流量計，發(fā)生流量計堵塞現(xiàn)象。

2.3 加載裝置組件

加載裝置由集成塊、壓力表及專用芯軸組成，集成塊通過2-GB6170 M6×40內(nèi)六角螺釘固定在工作臺板面，芯軸扁方在垂直位置時，油道通口面積最大，壓力接近0Mpa，旋轉(zhuǎn)芯軸（正反方向均可）改變油道通口面積可調(diào)整壓力達到規(guī)定數(shù)值。在集成塊下面使用GB/T 74×10開槽凹端緊定螺釘固定芯軸。

注意事項：測試結(jié)束，應(yīng)使芯軸扁方處于垂直位置，避免油壓突變影響管道密封。

2.4 溫度控制系統(tǒng)組成

油箱油溫采用溫度傳感器采集及PID控制器控制，對加熱管電源的通斷實現(xiàn)加溫和自然冷卻。溫度控制范圍：室溫～120℃，在室溫至85℃范圍內(nèi)精度±2℃。

溫度傳感器型號：STT-T；

控制器型號：P90910003020；

油溫設(shè)置需通過鍵盤輸入設(shè)定。

2.5 流量測試系統(tǒng)組成

流量測試系統(tǒng)使用德國KEM公司原裝齒輪流量計測試流量，其特性如下：

連接尺寸：G1/4″（內(nèi)螺紋）；

材質(zhì)：外殼——不銹鋼，齒輪——不銹鋼，密封——氟橡膠，軸承——鎢碳合金；

信號輸出：脈沖；

脈沖當(dāng)量：0.0005386 L；供電電壓：7～29 VDC；

為提高測試精度，測試時可用校準方式確認機油型號更換后的脈沖當(dāng)量。

2.6 壓力測試系統(tǒng)

回油壓力使用CY-DB1304壓力傳感器測試，傳感器由液晶顯示表及壓力變送器組成。采用美國AD公司專用模塊集成芯片提供其信號輸出。相關(guān)參數(shù)如下：

輸出信號：1.0～5 VDC；

量程：0～2.5 Mpa；

輸入電壓：24 VDC；

環(huán)境溫度：室溫～+120℃；

精度：0.2%FS；

啟動時間：預(yù)熱10分鐘。

2.7 專用工裝組成

各型油泵配備專用泵油工裝，油管采用亞大尼龍壓力管，規(guī)格為外徑12，壁厚1.0，可承受最高溫度120℃，壓力1 MPa。工裝面板有產(chǎn)品標識。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

在PC機中，我們通過PCI總線擴展槽擴展一個接口板，其邏輯原理由圖2所示。在該板中主要完成了對扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器測試、流量傳感器、溫度傳感器等多種信號進行采樣、放大等設(shè)計。在圖2中，對于輸入信號為脈沖信號的傳感器（如此次選擇的扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器），通過隔離、整形電路后直接送入計數(shù)器8253的輸入端；對于輸入信號為模擬信號的傳感器（如壓力傳感器、溫度傳感器等），輸入后經(jīng)過調(diào)理電路處理后，送入ad7492進行AD轉(zhuǎn)換，它們通過PCI橋接芯片PLX9052直接送到批PCI總線，供CPU采樣。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)框圖

同時，利用PC機的RS232串行口通過接口轉(zhuǎn)換成MAX485控制變頻器，通過變頻器控制電機運轉(zhuǎn)速度。另一方面，通過RS232串行口轉(zhuǎn)換成MAX485控制PID調(diào)節(jié)器，通過PID調(diào)節(jié)器控制油箱的溫度，其控制結(jié)構(gòu)由圖3所示。

圖3 控制結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 硬件配置

在硬件選型方面，根據(jù)系統(tǒng)對傳感器的采樣、計算、曲線繪制、測試報告打印等功能要求，我們選取PC機配置如下：

CPU：PIII以上；

硬盤：40 G（建議80 G）；

內(nèi)存：128 M（建議256 M）；

顯示器：17＂純平（最佳效果分辨率為1024×768）；

4.2 軟件工作平臺

該系統(tǒng)軟件可以穩(wěn)定地運行在WINXP等系統(tǒng)平臺上，快速有效地實現(xiàn)了對傳感器的采樣、計算、曲線繪制、測試報告打印等功能。

4.3 驅(qū)動程序與控制程序設(shè)計

在軟件設(shè)計中，驅(qū)動程序和控制程序設(shè)計最為關(guān)鍵。由于我們自己設(shè)計了一塊PCI接口板，其驅(qū)動程序是它工作的必備條件，因此我們利用WinDriver，為其設(shè)計了相應(yīng)的驅(qū)動程序。另一方面，要實現(xiàn)整個系統(tǒng)控制，我們必須根據(jù)采集的數(shù)據(jù)通過RS232控制變頻器和PID調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的速度、溫度的閉環(huán)控制。同時，根據(jù)系統(tǒng)要求以及MM420變頻器的特點，我們通過對變頻器的控制，實現(xiàn)了對普通電機的無級調(diào)速。

4.4 主體軟件設(shè)計

該系統(tǒng)具有直觀、靈活、方便、簡單等操作特性。為此，系統(tǒng)設(shè)計了七項主要的功能模塊，包括：運行測試功能模塊、文件管理功能模塊，曲線繪制功能模塊，數(shù)據(jù)查詢功能模塊，數(shù)據(jù)分析功能模塊，測試報告打印功能模塊以及系統(tǒng)管理功能模塊。

運行測試功能模塊為主要模塊，系統(tǒng)的絕大部分工作都由它完成。如數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)計算、參數(shù)設(shè)定、電機控制等。

利用曲線繪制功能和數(shù)據(jù)分析功能，可以全面、準確地掌握機油泵的各項性能指標及綜合性能指標，從而為生產(chǎn)提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

利用測試報告打印功能，可以快速、方便、準確地出具書面測試報告。

文件管理功能模塊，提供了對各種型號、各種規(guī)格的機油泵進行系統(tǒng)地管理。而系統(tǒng)管理功能模塊為用戶提供了對計算機及整個系統(tǒng)的管理功能。

5 經(jīng)濟效益分析

該系統(tǒng)的效益主要體現(xiàn)在系統(tǒng)建成后所取得的社會效益和經(jīng)濟效益兩個方面。系統(tǒng)的建成將提高工作人員的工作質(zhì)量和效率，有助于提高工廠生產(chǎn)的自動化和智能化水平，使企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量水平提升到一個新的高度，經(jīng)濟效益將日益明顯，可以大大地節(jié)省人力、物力和財力，在摩托車行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

6 結(jié)論

該機油泵測試系統(tǒng)利用Microsoft Visual C++6.0開發(fā)平臺，自2005年1月建成后，在五羊—本田摩托（廣州）有限公司、自貢市川力實業(yè)有限公司、重慶望江鈴木有限公司先后運行至今，經(jīng)過了長期的使用，其性能穩(wěn)定可靠、功能齊全、操作方便，得到了同行的好評。

［1］木林森，高峰霞等.Visual C++5.0使用與開發(fā)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1998.

［2］陳國呈.頻調(diào)速技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1998.

［3］譚浩強.微機原理與接口技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［4］MICROMASTER 420通用型變頻器參考手冊［Z］.西門子公司，2002.