泵站自動間歇式供液運行系統的設計

印 明 苑士澤 謝 賽

（北京天地瑪珂電液控制系統有限公司，北京 101300）

柱塞往復高壓泵通常由機械卸荷閥控制壓強變化[1]。通過調節卸荷閥調壓螺栓設定壓強閾值，系統壓強達到閾值時開啟卸荷閥，此時為空載狀態，電機空載運行不停機。系統壓強小于閾值時關閉卸荷閥，此時為負載狀態，電機負載運行持續提高供液壓強。通常，泵站基本都是按照持續運行工況進行設計的。但是，功率大的泵站運行過程中會更加耗電，且會產生更大的噪聲和熱量，而這些高消耗、高噪及高熱都是使用者不想要的[2]。為了盡可能消除這些不利因素，本文以筆者公司設計的泵站自動間歇式供液運行系統為例進行研究和實踐，既滿足了閥類檢驗的供液需求，又能極大地減少電能消耗，且可避免產生不必要的噪聲和熱量。本文將按照技術要求分析，總體設計方案，并對電控設計方案和實際運行情況進行詳細說明。

1 技術要求分析

設計的泵站自動間歇式供液運行系統主要為自產的小流量電磁換向閥提供高壓液，主要的相關參數如表1 所示[3]。

表1 服務對象參數

針對服務對象，該系統需滿足如下技術要求[4-7]：

（1）泵站公稱壓強大于45 MPa；

（2）流量大于10 L·min-1；

（3)壓強控制方面，要求配備電磁卸荷，保證泵壓在4 ～40 MPa 穩定調節，而調壓精度控制為±1 MPa；

（4）配有安全閥可實現過壓保護，有壓力表或數顯壓力表可實時顯示泵壓；

（5）箱式設計，距設備1 m 處測量，噪聲應小于75 dB；

（6）配備20 L 容量、40 MPa 壓強的蓄能器，提供壓強存儲延長啟動間隔；

（7）液箱容積大于20 L，配有液位傳感器；

（8）配有溫度傳感器，實現溫度監控；

（9）配有壓力傳感器，實時監控壓力變化；

（10）配有檢驗液回收過濾裝置，保障系統自動運行時檢驗液回路閉環。

2 總體技術方案

2.1 泵站自動間歇式供液運行系統液壓原理

供液運行系統液壓原理，如圖1 所示。檢驗液由泵站水箱1 存儲，并由溫度傳感器2 和泵箱液位傳感器3 監控水箱溫度和液位。若溫度高于60 ℃或液位低于保險液位，則由程序控制強制停止高壓泵啟動。檢驗液經過截止閥4 供給柱塞5 往復高壓泵。啟動高壓泵后，經過機械卸荷閥6 進行壓強限制。電磁卸荷閥7 由程序控制開啟和關閉，達到自動調壓的目的。一般機械卸荷閥調壓高于使用壓強并低于公稱壓強。高壓液經過進液單向閥8 后為蓄能器9 充液，由壓力傳感器10 實時監控液源壓力，同時為檢驗工位提供高壓液源進行檢驗工作。檢驗過程中，檢驗回路產生的回液及拆裝工件產生的檢驗廢液經過一級過濾器11 流向過濾水箱13 存儲起來。過濾水箱13 由濾箱液位傳感器12 進行液位實時監控。當液位為高液位時，啟動過濾水泵14，經過二級過濾器15 并通過回液單向閥16回收于泵站水箱1。當濾箱液位傳感器12 監控到低液位時，由程序強制關閉過濾水泵14，以防止水泵空轉。整個液壓系統可實現全自動控制，廢液過濾回收裝置也可更好地節約能源，并減少后續補液換液等維護工作。

2.2 泵站運行工藝流程

泵站循環流程如圖2 所示，高壓泵的啟動和停止可由人工主動干預，運行后可通過程序實現自動啟停運行。開機時，由人工開啟泵循環按鈕，先開啟電磁卸荷閥，3 s 延時后啟動泵站，實現高壓泵空載運行。空載運行10 s 后，關閉電磁卸荷閥，高壓泵增壓供液運行，實時監控系統壓強。當系統壓強達到32 MPa時，開啟電磁卸荷閥，泵站空載運行不再增壓，此后實時監控系統壓強。因檢驗工位工作時要消耗系統壓強，當監控壓強在15 s 內低于28 MPa 時，說明檢驗工位處于工作高峰，此時需要及時補充壓強。例如，此時可將電磁卸荷閥關閉，高壓泵處于增壓運行狀態為系統補充壓強[8]。當系統壓強達到32 MPa 時，開啟電磁卸荷閥，高壓泵空載運行。當15 s 后系統壓強還大于28 MPa 時，說明檢驗工位不處于工作高峰或處于空閑狀態，此時需要關閉高壓泵以減少不必要的能源消耗，同時在高壓泵停機后延時1 s 關閉電磁卸荷閥。實時監測系統壓強，系統壓強若大于28 MPa 時，始終保持電磁卸荷閥關閉狀態，而高壓泵也保持停機狀態。當系統壓強小于28 MPa 時，開啟電磁卸荷閥，同時判斷泵站液壓水位是否為安全位。若缺水，則關閉電磁卸荷閥不允許高壓泵啟動。若水位安全，則延時3 s 后啟動高壓泵，再延時3 s 后關閉電磁卸荷閥運行供液循環流程。當工作結束后，需要人工手動關閉泵站循環按鈕，此時程序開啟電磁卸荷閥，延時1 s后關閉高壓泵，延時3 s 后關閉電磁卸荷閥完成泵站關機。如上所述，高壓泵啟動后一直在動態變化中自動運行，同時可滿足所有情況的全自動運行，可在運行高峰時及時補壓，也可在運行空閑時停機減排，實現智能化運行。

3 電控設計方案

電控系統以西門子S7-1200 PLC 為主控制器，以Profinet 總線為介質組態，進而實現機器人、氣缸、電機、視覺、傳感器和觸摸屏等信息的通信和控制。泵站控制部分主要是硬件結構。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 接 收 過濾水箱水位傳感器的模擬量信號和泵站水箱缺水開關的開關量信號，通過緩啟動控制泵站電機，通過交流接觸器控制過濾水箱電機。經過對泵站控制部分主要控制流程的分析，得出如表2 所示的5 種水位情況，實現如圖2 所示的循環控制工藝流程，編寫PLC 程序控制泵站和過濾水箱自動運行，實現了泵站缺水自動從過濾水站補水及缺水報警或停止啟動等保護功能。

表2 水位情況分析

4 實際運行情況

通過對泵站自動間歇式供液運行系統的技術要求分析，設計總體方案、電控方案等，并通過實踐現場運用證明，設計的泵站自動間歇式供液運行系統已實現自動運行、循環補水、實時監控、缺水停泵以及異常報警等功能。泵站自動間歇式供液運行系統的設計，可為檢驗工作全自動化供液系統提供實際案例和完整的技術及工藝流程，填補了泵站自動循環運行的技術空白。