精密油液溫度控制在高溫液壓源中的應用

羅隨新

(金堆城鉬業股份有限公司，陜西 華縣 714102)

0 前言

高溫油源用于為各種液壓設備提供溫度可控的液壓源，并對液壓系統的性能參數進行測量顯示，從而驗證設備在散熱不利、持續工作情況下的品質。高溫液壓源由液壓系統、電氣系統和結構3部分組成［1］。高溫液壓源性能優劣的關鍵在于能否有效地控制油液溫度，使其達到(85±5)℃的高溫試驗要求及不大于35℃常溫試驗要求［2］。因此，油液溫度控制是系統設計的重點及難點。根據相關技術調研，目前國內外自動控制領域廣泛應用位式控制、比例型控制及PID調整3種方式用于溫度的控制［3］。據高溫液壓源特點，在整個試驗過程中試驗設備需要做功，屬于動態的控制過程。再加上系統壓力調整范圍大(1～21 MPa)。可以說在試驗過程中散熱器、加熱器兩個執行機構之間，哪一個起主導作用的特征并不明顯。比如，試驗設備低壓、間歇運行時加熱器對油液溫度調節力度突出;試驗設備高壓、往復運行時，散熱器對油液溫度控制能力明顯。據調查，試驗設備大多數高溫試驗項目需要18.5 MPa的系統壓力，并且試驗周期長，往復頻率高，同時也存在低壓、小頻度試驗項目［4－5］。因此，本系統設計加熱采用位式帶回差控制，散熱采用PID控制，且以散熱為主來設計該系統。

1 油液溫度控制方案及過程描述

1.1 油液溫度控制方案

高溫液壓源油液溫度控制單元以智能儀表、變頻器為核心控制器件，利用變送器、智能儀表、中間繼電器、實現系統壓力、油箱溫度、出口溫度的采集、顯示、邏輯判斷、PID調節，進而實現油液溫度的控制，如圖1所示。

系統壓力及油箱溫度變送器將采集到的信號送入配套的智能儀表，智能儀表根據實際值與預設值的對比，發出位控信號，控制中間繼電器動作，變頻器程序段位控口接受到邏輯動作信號后，改變自身運行狀態，進而驅動散熱器風機以預設轉速轉動。當油箱溫度高于預設值時，變頻器切換至模擬量控制模式，此時散熱器風機驅動頻率由出口溫度智能表PID單元輸出的模擬量進行控制。

圖1 油液溫度控制單元

1.2 油液溫度控制單元組成

油液溫度控制單元由智能儀表、溫度變送器、變頻器、散熱器、加熱器、中間繼電器、執行繼電器組成。

(1)系統壓力及油箱溫度測試為廈門宇電501E型智能儀表并擴展位控模塊及潰電模塊;出口溫度測試為廈門宇電518P型智能儀表并擴展位控模塊、潰電模塊及PID調節模塊。

(2)溫度采集選用pt100型溫度變送器，安裝于油箱側部及散熱器出口處。

(3)變頻器選用艾默生EV800系列0.3 kW通用型變頻器，用于調整散熱器供電頻率。

(4)加熱器采用電熱管式加熱器，安裝于油箱側部，加熱部分伸入油液內，通過對油箱內油液的直接加熱使其升溫。為避免油液局部加熱帶來的炭化效應，本系統共設5只電熱管，每只功率僅500 W;為區分保溫及試驗預熱，我們把5只電熱管分為2組:1號散熱器組由3只電熱管組成，其加熱功率1.5 kW;2號散熱器組由2只電熱管組成，其加熱功率1.0 kW。

1.3 油液溫度控制過程描述

油液溫度控制過程見圖2。高溫液壓源正常工作后，操作人員選擇試驗類型(常溫試驗或高溫試驗)。

圖2 高溫液壓源油液溫度控制流程圖

常溫試驗過程:電磁水閥開啟，水冷卻器工作。變頻器切換至位控模式并以50 Hz的驅動頻率帶動散熱器工作。

高溫試驗過程:系統壓力大于15 MPa并且油箱溫度已經超過70℃時，變頻器切換至位控模式并以15 Hz的驅動頻率帶動散熱器工作(實側系統壓力大于15 MPa時，油箱溫度比出口溫度高10℃，油液達到熱平衡時間較長，甚至在試驗室環境溫度過高時出現油溫超調現象，提前進行散熱可縮短熱平衡時間，避免油溫超限);系統壓力小于15 MPa并且出口溫度小于80℃時，1號、2號加熱器組全部工作;出口溫度大于80℃時，變頻器切換至模擬量控制模式，由出口溫度智能儀表PID單元輸出的模擬量進行頻率調節，1號加熱器組停止加熱;出口溫度大于84℃時，2號加熱器組停止加熱;出口溫度小于83℃時，2號加熱器組恢復工作;試驗停止時(系統壓力調節到1 MPa以下時)，系統降溫，電磁水閥開啟，水冷卻器工作，變頻器切換至位控模式并以50 Hz的驅動頻率帶動散熱器工作。

2 測試結果及討論

通過反復調試、老化試驗及設備試運行等過程，經檢驗高溫液壓油源各項參數指標均能滿足技術要求，并且在油液溫度控制方面成效尤為突出。靜態試驗時，10 min內達到溫度平衡，油液溫度波動±0.2℃，見圖3;動態試驗時，20 min內達到溫度平衡，油液溫度波動±0.8℃，見圖4。

3 結論

以上結果表明，該高溫液壓油源具有設計合理、運行穩定、可靠性高、壓力波動小、噪音小等特點。采用位式控制與PID調節相結合的方式控制油液溫度，較好地發揮了智能儀表及變頻器在高溫液壓油源中的作用。

［1］李全虎，仲兆楠.標準油槽的精密溫度控制電路的設計［J］.電氣自動化2002，(5):62－66.

［2］劉忠等，工程機械液壓傳動原理、故障整段與排除［M］.北京:機械工業出版社，2005:58－68.

［3］劉雄偉，張定華，王增強，等.數控加工理論與編程技術［M］.北京:機械工業出版社，2000:38－68.

［4］陳義莊，鄧根清.液壓系統油溫過高的原因及對策［J］.湖南冶金職業技術學報，2006，(6):12 －19.

［5］黃 興.液壓傳動技術發展動態［J］.裝備制造技術.2006，(1):36－39.