LabVIEW軟件在電液比例閥測試系統中的應用研究

彭 婧，孫希科，李勝利，李若冰

（廊坊燕京職業技術學院機電工程系 河北 廊坊 065200）

1 引言

近年來，隨著工業自動化技術的發展，電液比例技術的應用日益廣泛。跟普通閥和伺服閥相比，比例閥具有性價比高、耐污染、工作可靠、靈活性和快速性等優點。目前，多數比例閥的頻寬達到5 Hz～25 Hz，滯環在1%～7%；高性能的比例閥頻寬可以達到30 Hz～40 Hz，靜態指標等都接近伺服閥的數值[1]。國家標準GB8104-87《流量控制閥試驗方法》、GB8105-87《壓力控制閥試驗方法》、GB8106-87《方向控制閥試驗方法》中比例閥的試驗項目在以前的液壓試驗臺上無法完成[2]。因此，設計完成一種電液比例控制閥綜合性能試驗臺具有重要意義。

由于計算機和通信技術的發展，測試技術和計算機更好地結合，計算機輔助測試技術取得了進步。液壓CAT（Computer Aided Test）發展跟隨計算機和網絡的步伐，虛擬儀器取得了更廣泛的應用，與數據采集、測控、信息傳遞和通信相結合，使軟件化的儀器得到了普及[3]。

2 電液比例閥液壓試驗系統

液壓系統采用模塊化設計方法，原理見圖1。采用雙泵供油的方式主供油模塊選擇高壓柱塞泵，先導供油采用低壓葉片泵，這樣能減少動力消耗，回路效率高。加載模塊采用溢流閥和4個單向閥組成橋式回路模擬負載，溢流閥模擬負載具有壓力調節穩定的優點，更準確地模擬各種負載。

圖1 比例閥測試系統液壓原理圖

3 電液比例閥測試產品及各項指標

3.1 測試產品范圍

（1）比例方向閥：A.4WRA-2X系列：電磁比例換向閥；B.4WRE-2X系列；電磁比例換向閥（帶電反饋）。

（2）比例壓力閥：A.DBET-5X系列：直動式比例溢流閥；B.(Z)DBE6-1X系列：先導式比例溢流閥；C.3DREP6-2X系列：直動式比例減壓閥。

（3）比例流量閥：A.2FRE6-20系列：二通比例調速閥；B.2FRE1016-40系列：二通比例調速閥。

3.2 各種閥具體測試試驗內容

（1）比例溢流閥測試內容：A：耐壓試驗；B：壓力偏移和壓力振擺試驗；C：穩態壓力控制特性（壓力-電信號）試驗；D：穩態負載（等壓力）特性（壓力-流量）試驗；E：輸入電信號階躍響應特性試驗；F：負載流量階躍響應特性試驗。

（2）比例減壓閥的測試內容：A：耐壓試驗；B：壓力偏移和壓力振擺試驗；C：穩態壓力控制特性（壓力-電信號）試驗；D：穩態負載（等壓力）特性（壓力-流量）試驗；E：輸入電信號階躍響應特性試驗；F：負載流量階躍響應特性試驗[4]。

（3）比例方向閥的測試內容：A：耐壓試驗；B：穩態流量控制特性（流量-電信號）試驗；C：內泄漏量試驗；D：輸入電信號階躍響應特性試驗；E：輸出流量-閥壓降特性試驗。

（4）比例調速閥測試內容：A：耐壓試驗；B：穩態流量控制特性；C：穩態負載特性；D：內泄漏量試驗；E：輸入電信號階躍響應特性試驗；F：負載壓力階躍響應特性試驗。

4 測試系統軟件設計

試驗臺測控系統由工控機、物理量采集、信號調理、PLC控制器、觸摸屏和鍵盤等部件組成。軟件是虛擬儀器（Virtual Instument;VI）的核心，虛擬儀器硬件確立以后，它的功能主要是通過軟件實現的，軟件在虛擬儀器中具有重要的地位。軟件通過CAN盒、控制器驅動閥的通斷，電流、壓力等信號經過傳感器轉化為模擬量信號，再利用數據采集A/D通道輸入計算機。

比例閥試驗系統測控軟件的設計一般遵循以下原則[5]：（1）以測試和控制一體化當作設計核心；（2）人－機界面始終保持一致且便于使用；（3）輸入、輸出數值盡可能貼近實際，有較好的容錯能力；（4）應有實時工況的監控和實時數據處理功能；（5）為遠程測控預留必備的網絡端口。

4.1 LabVIEW編寫程序界面

電磁閥驅動軟件應用Delphi編寫，通過按鈕控制測試閥的通電/斷電，有效地避開機械操作帶來的電流振蕩和延遲，提高測試的準確性[6]。顯示界面用LabVIEW軟件編寫，LabVIEW是目前應用較廣的圖形化軟件，基于G語言的虛擬儀器開發工具，平臺編寫程序便捷，控件多樣，程序以圖框形式顯示清晰[7]。軟件系統應用LabVIEW8.0作為測試系統的平臺，前面板窗口和程序框圖窗口上另外提供了工具選板、控件選板和函數選板，試驗臺顯示界面見圖2。

圖2 試驗臺顯示界面圖

按照“數據采集-分析-表達”的步驟進行軟件系統設計，測試程序中，穩態特性、階躍響應特性、穩態負載特性、頻率響應特性等各測試指標都進行了模塊化，做成Sub VI，能夠被Main VI調用。

打開程序時，LabVIEW軟件只打開前面板，所有的開關置于初始狀態。執行信號采集命令開始采集壓力、流量、轉速等模擬量信號，反應到軟件中即給定f(x)函數，設置正轉或者反轉，電機啟動，指示燈會變亮。

4.2 比例流量閥階躍特性

本文以比例流量閥為例，測試階躍響應特性。閥口完全關閉時，給定被試閥一階躍信號，最終壓力從起跳點到穩定值的90%所用時間，即響應時間。測試中設置壓力為7 MPa，電流信號是0～0.8 A。為使結果可靠，一次測試連續進行6次測量數值，取平均記錄結果。經過多次測試，被試元件階躍響應時間為35 ms左右。與樣本數據相比，結果見圖3。

圖3 階躍特性曲線

4.3 流量閥壓降試驗

給流量閥給定一個額定電流，閥口完全打開。然后在低流量階段啟動主泵，通過轉速進而調節流量，當流量超過60 L/min，開始改變轉速。實現整個系統總流量的逐步增多，在此過程中記錄不同流量下的比例閥的壓力變化數據，見圖4。

圖4 流量-壓降特性曲線

5 結語

通過對大量試驗結果分析可知，該測試系統完全滿足試驗要求，且具有重復精度高、可靠性高、穩定性好等優點。實踐證明，系統實用性強，基本滿足3類比例閥的性能試驗。計算機輔助測試（CAT）技術為比例閥性能測試提供了廣闊的發展前景，虛擬儀器為當前測試領域的方向，LabVIEW軟件是功能強大的開發平臺，使得液壓測試技術發展更迅速。