液压元件自动测试系统设计

张海云

摘 要：文章简要介绍利用Parker公司液压控制元件和流量、压力、温度传感器以及显示仪表等电仪元件，以及PLC、触摸屏、变频器等电控元件，开发制造齿轮泵实验台。通过文章的介绍，希望可以对相关工作起到借鉴的意义。

关键词：液压系统；测量控制系统

前言

液压泵实验台是针对齿轮泵进行跑合测试和效率测试的产品出厂实验台。该实验台流量控制采用Parker SSD 690+系列变频器控制主电机旋转方向和旋转速度以达到控制液压系统流量。压力调节采用比例技术，利用Parker RS 系列比例溢流阀实现系统加载。可满足对被试泵进行不同流量和不同压力测试的要求。通过实际应用，该实验台具有测量精度高，自动化程度高等特点。其主要技术参数为：（1）系统工作压力2-35MPa+/-1%FS，电控比例调压；（2）最大流量：240l/min；（3）工作介质：46抗磨液压油；（4）过滤精度：5μm。

1 实验台的系统组成

本液压泵实验台由安装架、液压系统和测量和电控系统组成。

1.1 安装架。结构设计考虑到设备的安全性和防噪声考虑，采用整体封闭结构，设备结构紧凑。安装被试泵的操作台面，配备安全防护罩，其台面采用方型钢做骨架。考虑到人体工程学的要求，台架高度设计800mm。

1.2 液压系统。主要由两部分组成：液压泵站系统和液压控制系统

（1）液压泵站系统主要由油箱、油温控制系统、油过滤系统组成。油箱温度控制系统采用Parker 油箱控制器SCLTSD-520-10-07控制油箱的加热和冷却。（2）油箱油清洁度检测采用Parker在线颗粒检测装置IPD122322230，进行油液在线检测。以便监控油清洁度，控制过滤器滤芯的更换，从而保障试验系统中油液清洁度满足试验要求。（3）液压控制系统。本液压系统设计有两路液压回路，可以同时测试双联泵。液压控制系统向被试泵提供压力油，由主泵电机M1由PARKER SSD690+变频器调节转速以控制压力油流量的变化，每一回路流量由PARKER齿轮流量传感器采集，流量传感器输出信号4-20ma。调节每一回路比例溢流阀实现系统压力由零压力逐渐上升到所需要的测试压力，每一回路压力由压力传感器采集，传感器输出信号4-20ma。

液压泵性能试验时，首先使被试泵的负载为零，在流量显示仪表上读出流量值，一般情况下，都是以此时的流量（即空载流量）作为理论流量qt的。然后再逐渐升高压力值，读出调节压力（即工作压力）后的流量值q。根据上述操作得到的数据即可绘出被测泵的压力-流量曲线，根据容积效率公式在MP277触摸屏上即可算出各调定压力点的容积效率。根据在扭矩转速传感器测得的转矩及转速，则可计算出泵的输入功率Pi，再计算出泵的输出功率Po，则可将液压泵的总效率计算出，根据上述的数据即可绘出液压泵的特性曲线。

1.3 电气控制原理

本系统电气的主要参数为额定电压为380V/50HZ，三相五线制，额定电流225A，控制电压为AC220V/DC24V。电气控制部分实现主电机启动、停止、保护和速度的调节，利用比例溢流阀实现压力的调节，实现油箱温度的控制、油液清洁度的控制以及流量、压力、温度、扭矩的显示等功能，以及实验测试的参数设定。

1.3.1 硬件系统

本系统由电气柜1、电器柜2和操作面板组成。电器柜1主要安装电气系统的主要动力元件主电源接触器、主电机驱动器（SSD 690+变频器）。电器柜2 主要安装辅助电机的启动、停止电路的断路器、接触器，PLC S7-200及辅助模拟量模块，以及开关电源、扭矩仪等元件。操作面板主要安装有控制按钮、波段开关、指示灯以及触摸屏MP277。

1.3.2 电气控制框架

本系统的核心部件采用西门子PLC S7-200（1个）+3个扩展模块EM235。PLC S7-200负责电机的启动、停止，电磁阀的通断，以及油箱温度的控制等开关量的控制。EM235输入点作为模拟量的信号采集，输出点作为模拟量的输出，控制变频器和比例溢流阀。

作为操作部件的MP277通过RS232串口通讯与S7-200 PORT 0連接。负责实验参数的设置，采集数据的记录和分析以及相关元件的操作。

1.3.3 系统按钮操作和HMI MP277操作说明

操作面板按钮包括：设备启动按钮、设备停止按钮、手动/自动波段开关、自动运行启动按钮、自动运行复位按钮。MP277显示设备PLC采集的开关量和模拟量的状态以及在手动/自动状态下，各个电机和阀等元件的操作，和试验参数的设定和试验数据的记录。

（1）按钮的说明

1>设备启动按钮、设备停止按钮分别是设备动力电源的加载、卸载。

2>手动＼自动波段开关是用于选择利用MP277手动操作还是按照MP277设定试验参数自动测试。

3>自动运行启动按钮、自动运行复位按钮分别是自动运行的启动、复位按钮。

（2）MP277主要界面说明

触摸屏人机界面包含以下部分：a.概述（开机初始界面），显示油箱温度、油液清洁度以及动力源和循环电机的状态；b.手动界面，手动控制各个电机的启停和手动设定主电机转速和比例溢流阀压力；c.自动界面，包括仪表显示和曲线显示两种。界面实时显示主电机转速、回路压力和流量的显示以及显示加载和卸荷测试的时间显示；d.参数设定，设定自动测试时主电机转速、加载压力、加载时间的设定；e.报警记录，记录设备故障信息；f.产品报告，记录测试结果。

1.3.4 PLC控制程序

系统程序分为主程序、运行条件（初始化）子程序、模拟输入/输出子程序、报警管理、手动、自动。

主程序主要用来初始化一些变量和调用各子程序。模拟量输入/输出子程序负责压力、流量、温度、扭矩等的模拟量输入信号的处理以及控制主电机的转速、比例溢流阀压力设定的模拟量输出；手动子程序负责设备手动开关量的输入、输出；自动子程序负责自动状态下按照测试参数运行设备的控制过程。

2 实验台操作流程

2.1 手动操作过程：（1）启动设备，运行动力单元，检测油温、油液清洁度满足测试条件；（2）连接被试泵；（3）选择手动方式，在MP277 手动模式下，启动相应电机，设定主电机转速和各回路压力值；（4）进行各单步操作，记录各显示仪表数据。

2.2 自动操作过程：（1）启动设备，运行动力单元，检测油温、油液清洁度满足测试条件；（2）连接被试泵；（3）在MP277屏幕参数设定画面，设定测试参数；（4）选择自动方式；（5）启动自动循环；（6）记录测试结果，分析测试数据；（7）结束测试循环。

3 结束语

采用西门子PLC S7-200及辅助模块、HMI设备MP277以及PARKER SSD系列变频器、PARKER液压元件设计制造试验台，提高了产品的测试精度。自动测试减轻了操作人员的劳动强度，提高了测试效率，具有很好的可操作性。

参考文献

[1]深入浅出西门子人机界面[Z].

[2]深入浅出西门子S7-200[Z].

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

[4]PARKER传感器样本[Z].