变频器在机油泵测试系统中的应用

杨维剑，王梅英

（四川理工学院 计算机学院，四川 自贡 643000）

0 前言

在摩托车行业中，其核心部件——机油泵的性能好坏，直接关系到摩托车发动机的性能，如供油量、起动出油时间等。在工业生产中如何快速、准确、有效地对机油泵进行全方位的性能测试，成为工业生产检测中的一大难点。本文利用计算机技术针对西门子公司生产的变频器MM420（型号6SE-6420-2UD21-5AA1）进行快速、有效的控制，对机油泵进行全方位综合性能测试控制系统的设计与实现进行了较为详细的论述。

1 测试原理

机油泵的性能有密封性、起动出油时间、供油量、清洁度、连速运转性能、转速特性、压力特性、限压阀工作特性、粘度特性等多项性能指标。若对各项指标进行单独测试，在生产现场中，既不经济也不现实，故我们设计了如图1所示的方法加以测试。在图1中我们模拟了发动机的工作环境：改变测试油的种类和油温，通过变频器改变电机运转速度，通过调节阀改变测试油的压力等来模拟机油泵工作的现场。同时，在图1中我们还对多项性能进行测试：通过扭矩—转速传感器测量其扭矩和转速，通过压力传感器测试其进、出压力，通过流量传感器测量其进、出油量等。

图1 测试原理图

2 机油泵测试系统的组成

机油泵测试系统由操作台和控制柜两部分组成。操作台由动力系统、油箱、加载装置、温度控制系统、压力测试系统、流量测试系统、专用工装等组成；机油泵测试系统控制柜由PC机主机、显示器、打印机、压力液晶显示表、温度显示表、电源指示表等组成。

2.1 动力系统组成

动力系统由电机、同步带轮、同步带、变频器组成，电机为专用变频电机，功率0.75kw，响应频率5～100Hz，对应转速200～4 500rpm，电机频率由变频器提供，实现无级调速，转速可任意设置。变频器为西门子公司生产，型号6SE-6420-2UD21-5AA1，输出功率1.5kw，可驱动1.5kw专用变频电机。电机通过同步带及带轮传递动力，电机带轮为77齿，主轴带轮齿数45齿。同步带中心距调整可通过调整电机底部垫圈高度实现。

2.2 油箱组成

油箱为15L容积不锈钢圆桶，由三只专用螺钉悬挂在测试平台背面。油箱底部安装1.5 kw加热管、温度传感器、回油阀各1只。油箱内置400目过滤装置，进油管插入装置内，避免杂质通过管道及油泵进入流量计，发生流量计堵塞现象。

2.3 加载装置组件

加载装置由集成块、压力表及专用芯轴组成，集成块通过2-GB6170 M6×40内六角螺钉固定在工作台板面，芯轴扁方在垂直位置时，油道通口面积最大，压力接近0Mpa，旋转芯轴（正反方向均可）改变油道通口面积可调整压力达到规定数值。在集成块下面使用GB/T 74×10开槽凹端紧定螺钉固定芯轴。

注意事项：测试结束，应使芯轴扁方处于垂直位置，避免油压突变影响管道密封。

2.4 温度控制系统组成

油箱油温采用温度传感器采集及PID控制器控制，对加热管电源的通断实现加温和自然冷却。温度控制范围：室温～120℃，在室温至85℃范围内精度±2℃。

温度传感器型号：STT-T；

控制器型号：P90910003020；

油温设置需通过键盘输入设定。

2.5 流量测试系统组成

流量测试系统使用德国KEM公司原装齿轮流量计测试流量，其特性如下：

连接尺寸：G1/4″（内螺纹）；

材质：外壳——不锈钢，齿轮——不锈钢，密封——氟橡胶，轴承——钨碳合金；

信号输出：脉冲；

脉冲当量：0.0005386 L；供电电压：7～29 VDC；

为提高测试精度，测试时可用校准方式确认机油型号更换后的脉冲当量。

2.6 压力测试系统

回油压力使用CY-DB1304压力传感器测试，传感器由液晶显示表及压力变送器组成。采用美国AD公司专用模块集成芯片提供其信号输出。相关参数如下：

输出信号：1.0～5 VDC；

量程：0～2.5 Mpa；

输入电压：24 VDC；

环境温度：室温～+120℃；

精度：0.2%FS；

启动时间：预热10分钟。

2.7 专用工装组成

各型油泵配备专用泵油工装，油管采用亚大尼龙压力管，规格为外径12，壁厚1.0，可承受最高温度120℃，压力1 MPa。工装面板有产品标识。

3 系统硬件设计

在PC机中，我们通过PCI总线扩展槽扩展一个接口板，其逻辑原理由图2所示。在该板中主要完成了对扭矩-转速传感器、压力传感器测试、流量传感器、温度传感器等多种信号进行采样、放大等设计。在图2中，对于输入信号为脉冲信号的传感器（如此次选择的扭矩-转速传感器、流量传感器），通过隔离、整形电路后直接送入计数器8253的输入端；对于输入信号为模拟信号的传感器（如压力传感器、温度传感器等），输入后经过调理电路处理后，送入ad7492进行AD转换，它们通过PCI桥接芯片PLX9052直接送到批PCI总线，供CPU采样。

图2 硬件结构框图

同时，利用PC机的RS232串行口通过接口转换成MAX485控制变频器，通过变频器控制电机运转速度。另一方面，通过RS232串行口转换成MAX485控制PID调节器，通过PID调节器控制油箱的温度，其控制结构由图3所示。

图3 控制结构图

4 系统软件设计

4.1 硬件配置

在硬件选型方面，根据系统对传感器的采样、计算、曲线绘制、测试报告打印等功能要求，我们选取PC机配置如下：

CPU：PIII以上；

硬盘：40 G（建议80 G）；

内存：128 M（建议256 M）；

显示器：17＂纯平（最佳效果分辨率为1024×768）；

4.2 软件工作平台

该系统软件可以稳定地运行在WINXP等系统平台上，快速有效地实现了对传感器的采样、计算、曲线绘制、测试报告打印等功能。

4.3 驱动程序与控制程序设计

在软件设计中，驱动程序和控制程序设计最为关键。由于我们自己设计了一块PCI接口板，其驱动程序是它工作的必备条件，因此我们利用WinDriver，为其设计了相应的驱动程序。另一方面，要实现整个系统控制，我们必须根据采集的数据通过RS232控制变频器和PID调节器，实现整个系统的速度、温度的闭环控制。同时，根据系统要求以及MM420变频器的特点，我们通过对变频器的控制，实现了对普通电机的无级调速。

4.4 主体软件设计

该系统具有直观、灵活、方便、简单等操作特性。为此，系统设计了七项主要的功能模块，包括：运行测试功能模块、文件管理功能模块，曲线绘制功能模块，数据查询功能模块，数据分析功能模块，测试报告打印功能模块以及系统管理功能模块。

运行测试功能模块为主要模块，系统的绝大部分工作都由它完成。如数据采样、数据转换、数据计算、参数设定、电机控制等。

利用曲线绘制功能和数据分析功能，可以全面、准确地掌握机油泵的各项性能指标及综合性能指标，从而为生产提供可靠的参考数据。

利用测试报告打印功能，可以快速、方便、准确地出具书面测试报告。

文件管理功能模块，提供了对各种型号、各种规格的机油泵进行系统地管理。而系统管理功能模块为用户提供了对计算机及整个系统的管理功能。

5 经济效益分析

该系统的效益主要体现在系统建成后所取得的社会效益和经济效益两个方面。系统的建成将提高工作人员的工作质量和效率，有助于提高工厂生产的自动化和智能化水平，使企业的产品质量水平提升到一个新的高度，经济效益将日益明显，可以大大地节省人力、物力和财力，在摩托车行业中具有广泛的应用前景。

6 结论

该机油泵测试系统利用Microsoft Visual C++6.0开发平台，自2005年1月建成后，在五羊—本田摩托（广州）有限公司、自贡市川力实业有限公司、重庆望江铃木有限公司先后运行至今，经过了长期的使用，其性能稳定可靠、功能齐全、操作方便，得到了同行的好评。

［1］木林森，高峰霞等.Visual C++5.0使用与开发［M］.北京：清华大学出版社，1998.

［2］陈国呈.频调速技术［M］.北京：机械工业出版社，1998.

［3］谭浩强.微机原理与接口技术［M］.北京：清华大学出版社，2002.

［4］MICROMASTER 420通用型变频器参考手册［Z］.西门子公司，2002.