液壓元件自動測試系統設計

張海云

摘 要：文章簡要介紹利用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，開發制造齒輪泵實驗臺。通過文章的介紹，希望可以對相關工作起到借鑒的意義。

關鍵詞：液壓系統；測量控制系統

前言

液壓泵實驗臺是針對齒輪泵進行跑合測試和效率測試的產品出廠實驗臺。該實驗臺流量控制采用Parker SSD 690+系列變頻器控制主電機旋轉方向和旋轉速度以達到控制液壓系統流量。壓力調節采用比例技術，利用Parker RS 系列比例溢流閥實現系統加載。可滿足對被試泵進行不同流量和不同壓力測試的要求。通過實際應用，該實驗臺具有測量精度高，自動化程度高等特點。其主要技術參數為：（1）系統工作壓力2-35MPa+/-1%FS，電控比例調壓；（2）最大流量：240l/min；（3）工作介質：46抗磨液壓油；（4）過濾精度：5μm。

1 實驗臺的系統組成

本液壓泵實驗臺由安裝架、液壓系統和測量和電控系統組成。

1.1 安裝架。結構設計考慮到設備的安全性和防噪聲考慮，采用整體封閉結構，設備結構緊湊。安裝被試泵的操作臺面，配備安全防護罩，其臺面采用方型鋼做骨架。考慮到人體工程學的要求，臺架高度設計800mm。

1.2 液壓系統。主要由兩部分組成：液壓泵站系統和液壓控制系統

（1）液壓泵站系統主要由油箱、油溫控制系統、油過濾系統組成。油箱溫度控制系統采用Parker 油箱控制器SCLTSD-520-10-07控制油箱的加熱和冷卻。（2）油箱油清潔度檢測采用Parker在線顆粒檢測裝置IPD122322230，進行油液在線檢測。以便監控油清潔度，控制過濾器濾芯的更換，從而保障試驗系統中油液清潔度滿足試驗要求。（3）液壓控制系統。本液壓系統設計有兩路液壓回路，可以同時測試雙聯泵。液壓控制系統向被試泵提供壓力油，由主泵電機M1由PARKER SSD690+變頻器調節轉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4-20ma。調節每一回路比例溢流閥實現系統壓力由零壓力逐漸上升到所需要的測試壓力，每一回路壓力由壓力傳感器采集，傳感器輸出信號4-20ma。

液壓泵性能試驗時，首先使被試泵的負載為零，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，讀出調節壓力（即工作壓力）后的流量值q。根據上述操作得到的數據即可繪出被測泵的壓力-流量曲線，根據容積效率公式在MP277觸摸屏上即可算出各調定壓力點的容積效率。根據在扭矩轉速傳感器測得的轉矩及轉速，則可計算出泵的輸入功率Pi，再計算出泵的輸出功率Po，則可將液壓泵的總效率計算出，根據上述的數據即可繪出液壓泵的特性曲線。

1.3 電氣控制原理

本系統電氣的主要參數為額定電壓為380V/50HZ，三相五線制，額定電流225A，控制電壓為AC220V/DC24V。電氣控制部分實現主電機啟動、停止、保護和速度的調節，利用比例溢流閥實現壓力的調節，實現油箱溫度的控制、油液清潔度的控制以及流量、壓力、溫度、扭矩的顯示等功能，以及實驗測試的參數設定。

1.3.1 硬件系統

本系統由電氣柜1、電器柜2和操作面板組成。電器柜1主要安裝電氣系統的主要動力元件主電源接觸器、主電機驅動器（SSD 690+變頻器）。電器柜2 主要安裝輔助電機的啟動、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、指示燈以及觸摸屏MP277。

1.3.2 電氣控制框架

本系統的核心部件采用西門子PLC S7-200（1個）+3個擴展模塊EM235。PLC S7-200負責電機的啟動、停止，電磁閥的通斷，以及油箱溫度的控制等開關量的控制。EM235輸入點作為模擬量的信號采集，輸出點作為模擬量的輸出，控制變頻器和比例溢流閥。

作為操作部件的MP277通過RS232串口通訊與S7-200 PORT 0連接。負責實驗參數的設置，采集數據的記錄和分析以及相關元件的操作。

1.3.3 系統按鈕操作和HMI MP277操作說明

操作面板按鈕包括：設備啟動按鈕、設備停止按鈕、手動/自動波段開關、自動運行啟動按鈕、自動運行復位按鈕。MP277顯示設備PLC采集的開關量和模擬量的狀態以及在手動/自動狀態下，各個電機和閥等元件的操作，和試驗參數的設定和試驗數據的記錄。

（1）按鈕的說明

1>設備啟動按鈕、設備停止按鈕分別是設備動力電源的加載、卸載。

2>手動＼自動波段開關是用于選擇利用MP277手動操作還是按照MP277設定試驗參數自動測試。

3>自動運行啟動按鈕、自動運行復位按鈕分別是自動運行的啟動、復位按鈕。

（2）MP277主要界面說明

觸摸屏人機界面包含以下部分：a.概述（開機初始界面），顯示油箱溫度、油液清潔度以及動力源和循環電機的狀態；b.手動界面，手動控制各個電機的啟停和手動設定主電機轉速和比例溢流閥壓力；c.自動界面，包括儀表顯示和曲線顯示兩種。界面實時顯示主電機轉速、回路壓力和流量的顯示以及顯示加載和卸荷測試的時間顯示；d.參數設定，設定自動測試時主電機轉速、加載壓力、加載時間的設定；e.報警記錄，記錄設備故障信息；f.產品報告，記錄測試結果。

1.3.4 PLC控制程序

系統程序分為主程序、運行條件（初始化）子程序、模擬輸入/輸出子程序、報警管理、手動、自動。

主程序主要用來初始化一些變量和調用各子程序。模擬量輸入/輸出子程序負責壓力、流量、溫度、扭矩等的模擬量輸入信號的處理以及控制主電機的轉速、比例溢流閥壓力設定的模擬量輸出；手動子程序負責設備手動開關量的輸入、輸出；自動子程序負責自動狀態下按照測試參數運行設備的控制過程。

2 實驗臺操作流程

2.1 手動操作過程：（1）啟動設備，運行動力單元，檢測油溫、油液清潔度滿足測試條件；（2）連接被試泵；（3）選擇手動方式，在MP277 手動模式下，啟動相應電機，設定主電機轉速和各回路壓力值；（4）進行各單步操作，記錄各顯示儀表數據。

2.2 自動操作過程：（1）啟動設備，運行動力單元，檢測油溫、油液清潔度滿足測試條件；（2）連接被試泵；（3）在MP277屏幕參數設定畫面，設定測試參數；（4）選擇自動方式；（5）啟動自動循環；（6）記錄測試結果，分析測試數據；（7）結束測試循環。

3 結束語

采用西門子PLC S7-200及輔助模塊、HMI設備MP277以及PARKER SSD系列變頻器、PARKER液壓元件設計制造試驗臺，提高了產品的測試精度。自動測試減輕了操作人員的勞動強度，提高了測試效率，具有很好的可操作性。

參考文獻

[1]深入淺出西門子人機界面[Z].

[2]深入淺出西門子S7-200[Z].

[3]PARKER SSD 690+MANUAL[Z].

[4]PARKER傳感器樣本[Z].