LabVIEW软件在电液比例阀测试系统中的应用研究

彭 婧，孙希科，李胜利，李若冰

（廊坊燕京职业技术学院机电工程系 河北 廊坊 065200）

1 引言

近年来，随着工业自动化技术的发展，电液比例技术的应用日益广泛。跟普通阀和伺服阀相比，比例阀具有性价比高、耐污染、工作可靠、灵活性和快速性等优点。目前，多数比例阀的频宽达到5 Hz～25 Hz，滞环在1%～7%；高性能的比例阀频宽可以达到30 Hz～40 Hz，静态指标等都接近伺服阀的数值[1]。国家标准GB8104-87《流量控制阀试验方法》、GB8105-87《压力控制阀试验方法》、GB8106-87《方向控制阀试验方法》中比例阀的试验项目在以前的液压试验台上无法完成[2]。因此，设计完成一种电液比例控制阀综合性能试验台具有重要意义。

由于计算机和通信技术的发展，测试技术和计算机更好地结合，计算机辅助测试技术取得了进步。液压CAT（Computer Aided Test）发展跟随计算机和网络的步伐，虚拟仪器取得了更广泛的应用，与数据采集、测控、信息传递和通信相结合，使软件化的仪器得到了普及[3]。

2 电液比例阀液压试验系统

液压系统采用模块化设计方法，原理见图1。采用双泵供油的方式主供油模块选择高压柱塞泵，先导供油采用低压叶片泵，这样能减少动力消耗，回路效率高。加载模块采用溢流阀和4个单向阀组成桥式回路模拟负载，溢流阀模拟负载具有压力调节稳定的优点，更准确地模拟各种负载。

图1 比例阀测试系统液压原理图

3 电液比例阀测试产品及各项指标

3.1 测试产品范围

（1）比例方向阀：A.4WRA-2X系列：电磁比例换向阀；B.4WRE-2X系列；电磁比例换向阀（带电反馈）。

（2）比例压力阀：A.DBET-5X系列：直动式比例溢流阀；B.(Z)DBE6-1X系列：先导式比例溢流阀；C.3DREP6-2X系列：直动式比例减压阀。

（3）比例流量阀：A.2FRE6-20系列：二通比例调速阀；B.2FRE1016-40系列：二通比例调速阀。

3.2 各种阀具体测试试验内容

（1）比例溢流阀测试内容：A：耐压试验；B：压力偏移和压力振摆试验；C：稳态压力控制特性（压力-电信号）试验；D：稳态负载（等压力）特性（压力-流量）试验；E：输入电信号阶跃响应特性试验；F：负载流量阶跃响应特性试验。

（2）比例减压阀的测试内容：A：耐压试验；B：压力偏移和压力振摆试验；C：稳态压力控制特性（压力-电信号）试验；D：稳态负载（等压力）特性（压力-流量）试验；E：输入电信号阶跃响应特性试验；F：负载流量阶跃响应特性试验[4]。

（3）比例方向阀的测试内容：A：耐压试验；B：稳态流量控制特性（流量-电信号）试验；C：内泄漏量试验；D：输入电信号阶跃响应特性试验；E：输出流量-阀压降特性试验。

（4）比例调速阀测试内容：A：耐压试验；B：稳态流量控制特性；C：稳态负载特性；D：内泄漏量试验；E：输入电信号阶跃响应特性试验；F：负载压力阶跃响应特性试验。

4 测试系统软件设计

试验台测控系统由工控机、物理量采集、信号调理、PLC控制器、触摸屏和键盘等部件组成。软件是虚拟仪器（Virtual Instument;VI）的核心，虚拟仪器硬件确立以后，它的功能主要是通过软件实现的，软件在虚拟仪器中具有重要的地位。软件通过CAN盒、控制器驱动阀的通断，电流、压力等信号经过传感器转化为模拟量信号，再利用数据采集A/D通道输入计算机。

比例阀试验系统测控软件的设计一般遵循以下原则[5]：（1）以测试和控制一体化当作设计核心；（2）人－机界面始终保持一致且便于使用；（3）输入、输出数值尽可能贴近实际，有较好的容错能力；（4）应有实时工况的监控和实时数据处理功能；（5）为远程测控预留必备的网络端口。

4.1 LabVIEW编写程序界面

电磁阀驱动软件应用Delphi编写，通过按钮控制测试阀的通电/断电，有效地避开机械操作带来的电流振荡和延迟，提高测试的准确性[6]。显示界面用LabVIEW软件编写，LabVIEW是目前应用较广的图形化软件，基于G语言的虚拟仪器开发工具，平台编写程序便捷，控件多样，程序以图框形式显示清晰[7]。软件系统应用LabVIEW8.0作为测试系统的平台，前面板窗口和程序框图窗口上另外提供了工具选板、控件选板和函数选板，试验台显示界面见图2。

图2 试验台显示界面图

按照“数据采集-分析-表达”的步骤进行软件系统设计，测试程序中，稳态特性、阶跃响应特性、稳态负载特性、频率响应特性等各测试指标都进行了模块化，做成Sub VI，能够被Main VI调用。

打开程序时，LabVIEW软件只打开前面板，所有的开关置于初始状态。执行信号采集命令开始采集压力、流量、转速等模拟量信号，反应到软件中即给定f(x)函数，设置正转或者反转，电机启动，指示灯会变亮。

4.2 比例流量阀阶跃特性

本文以比例流量阀为例，测试阶跃响应特性。阀口完全关闭时，给定被试阀一阶跃信号，最终压力从起跳点到稳定值的90%所用时间，即响应时间。测试中设置压力为7 MPa，电流信号是0～0.8 A。为使结果可靠，一次测试连续进行6次测量数值，取平均记录结果。经过多次测试，被试元件阶跃响应时间为35 ms左右。与样本数据相比，结果见图3。

图3 阶跃特性曲线

4.3 流量阀压降试验

给流量阀给定一个额定电流，阀口完全打开。然后在低流量阶段启动主泵，通过转速进而调节流量，当流量超过60 L/min，开始改变转速。实现整个系统总流量的逐步增多，在此过程中记录不同流量下的比例阀的压力变化数据，见图4。

图4 流量-压降特性曲线

5 结语

通过对大量试验结果分析可知，该测试系统完全满足试验要求，且具有重复精度高、可靠性高、稳定性好等优点。实践证明，系统实用性强，基本满足3类比例阀的性能试验。计算机辅助测试（CAT）技术为比例阀性能测试提供了广阔的发展前景，虚拟仪器为当前测试领域的方向，LabVIEW软件是功能强大的开发平台，使得液压测试技术发展更迅速。