论文部分内容阅读
[摘 要]本文以PLC为控制核心，对三缸泵性能试验系统进行了研究。采用梯形图程序设计语言，以工控PC为上位机，通过PLC实现对三缸泵性能试验的信号采集和实时监控。该系统能够实现对三缸泵试验过程的实时控制和安全保护，能够实时显示三缸泵的各种性能曲线。现场测试结果表明，该系统性能稳定，满足测试要求。
[关键词]自动控制技术；三缸泵实时流速测试；可编程序控制器（PLC）；实时控制
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0312-02
0 引言
在三缸泵生产过程中，对三缸泵相关性能的测试是非常重要的一个技术环节，可以通过对所测试验参数的分析，评判所生产的三缸泵是否满足相关的技术要求，并可以判断内部是否存在设计缺陷。因此，如何提高三缸泵具体性能参数的测试精度，以及如何更有效地控制整个测试过程，引起了三缸泵生产企业的关注。
目前，国内大多数三缸泵生产企业所采用的三缸泵流速测试系统仍然停留在早期的仪器与仪表测试阶段，存在测量精度差、人为因素干扰大及实时控制能力差等缺陷。但是这类测试系统仍有一些不足之处，例如在现场测试的抗干扰性和测试过程控制的实时性方面相对较为薄弱。为此，在原有设计系统的基础上，依据标准JB/T9782《植保机械 通用试验方法》中的容积泵性能试验方法，笔者提出了一套改进方案，将工业控制领域中运用相对普遍的PLC 引进了三缸泵试验测试控制系统，既充分利用了PLC 自身的优点（处理速度快、可靠性高和抗干扰能力强等），又利用了工控机良好的数据分析和处理能力。
1 三缸泵测试控制系统的总体设计方案
根据标准JB/T9782检测方法及检测过程自动化，要求：
* 自动调整系统的运行状态：通过控制接触器控制电机；通过控制电磁阀控制测量的开始与结束。
* 参数的自动调节：根据测量统计修正模型以及实时获得的状态参数，进行有效的补偿，确保测量精度的稳定性，保证整个测试过程的精度和读数的分辨力。
* 系统安全：安全系统的任务主要是针对三缸泵在流速测试运行过程中发生的严重漏电现象，以及由于某些异常或是人为因素而引起的电机反转，致使三缸泵出现倒吸的严重故障，能适时地产生保护性动作，避免整个测试系统的崩溃。能响应三缸泵流速测试过程中出现的各种故障。
三缸泵性能试验系统的结构如图 1所示。它包含了自动控制系统应具备的各项功能，由总体控制逻辑把它们有机组织在一起，各项功能相互独立又相互联系，共同完成三缸泵性能试验的自动控制，其上位机的操作界面结构如图 2所示。
2 三缸泵流速测试控制系统硬件设计
2.1 测量控制单元设计
测量控制单元属于过程控制级，直接与三缸泵电机及各类测量传感器、各种空气开关和中间继电器相连，来完成性能试验过程的控制与监测。系统的测量控制单元包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出、上位机通信等。
根据系统的控制规模，本装置选用三菱的FX2N-48MT，配上2个A/D模块FX2N- 4AD和一个D/A模块FX2N-4DA，以及一个PID控制模块FX2N-2LC。其中FX2N-48MT作为主PLC有三个重要功能：
（1）控制开关量；
（2）负责和上位机PC的通信；
（3）负责接收FX2N-4AD模块的数据和发送FX2N-4DA的数据。
FX2N-4AD则负责各个模拟量数据的采集，FX2N-4DA负责将FX2N-48MT的控制数据转化成实际的控制模拟量，PID模块FX2N-2LC负责三缸泵出口压力的稳压。
PLC将采集的数据发送给上位机PC，进行数据的处理，并实时显示相关曲线。
2.2 PLC 与三缸泵测试系统之间的信号
PLC输入信号：1） 电机的信号为转速、转矩。2） 管道部分的信号为三缸泵进出口压力、三缸泵油温、计量罐的质量等。
PLC输出信号：PLC 测控单元的控制信号为电机启停及变频器的调节、各动作阀的调整等。
2.3 三缸泵流量测试控制系统主要电路的设计
三缸泵测试过程控制系统的主要电路包括主控电路、测量电路、电动阀控制电路和三缸泵电机控制电路。
3 三缸泵流量测试控制系统软件设计
3.1 设计构想
测试前，初始化系统的状态变量。进行测试时，先按下三缸泵开关按钮，水流稳定后，按手/自选择模式按钮，手/自动模式应能自锁。任意时刻按急停按钮均能安全的停止系统。
手动模式：按下开始按钮，测试开始，电磁阀工作将水流引到计量罐。一定时间后按停止按钮停止，控制电磁阀引水至蓄水池，再按下三缸泵开关按钮，停止泵水。然后按放水按钮放水，当水放完后自动停止。
自动模式：先设定工作时间，再按下开始按钮，测试开始，电磁阀工作将水流引到计量罐，到设定时间后自动控制电磁阀引水至蓄水池，延时数秒后停止三缸泵泵水。
上述过程，压力、温度、流量等测量参数能实时记录并保存在PC中。PC程序对记录的数据进行处理，输出相关数据和图形，并能打印到纸质介质。
3.2 梯形图编程
4 检测试验
将一台三缸泵进行现场测试，测出流量Q、功率N、总效率η随压力p的变化关系，并绘制出Q-p、N-p、η-p。结果表明该系统具有如下优点：
（1）性能稳定，满足测试要求。由于采用计算机自动控制，将整个测试过程的不确定性降低到最低，如测试时间的控制，人为无法做到精确性及重复性。
（2）劳动强度降低。整个测试过程，只需在三缸泵的安装及拆卸需人工操作，其余过程均能自动完成，相比传统的测试过程，极大的降低的人员的劳动强度。
（3）检测时间缩短。大部分的数据采集都是并行进行，因此整个测试过程（除去预热过程）只需2-3分钟，而传统的人工测试则需30分钟，甚至是1小时以上。
浙江省质量技术监督系统科研项目（编号：20120267）
参考文献
[1] 三菱FX2N系列微型可编程控制器使用手册.
[2] JB/T 9782-1999 《植保机械 通用试验方法》.
[3] 郑梦海.泵测试实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2011.
作者简介
徐建勇（1979-），男，工程师，主要从事机械产品质量检测、检测设备研发，E-mail：[email protected]。
[关键词]自动控制技术；三缸泵实时流速测试；可编程序控制器（PLC）；实时控制
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0312-02
0 引言
在三缸泵生产过程中，对三缸泵相关性能的测试是非常重要的一个技术环节，可以通过对所测试验参数的分析，评判所生产的三缸泵是否满足相关的技术要求，并可以判断内部是否存在设计缺陷。因此，如何提高三缸泵具体性能参数的测试精度，以及如何更有效地控制整个测试过程，引起了三缸泵生产企业的关注。
目前，国内大多数三缸泵生产企业所采用的三缸泵流速测试系统仍然停留在早期的仪器与仪表测试阶段，存在测量精度差、人为因素干扰大及实时控制能力差等缺陷。但是这类测试系统仍有一些不足之处，例如在现场测试的抗干扰性和测试过程控制的实时性方面相对较为薄弱。为此，在原有设计系统的基础上，依据标准JB/T9782《植保机械 通用试验方法》中的容积泵性能试验方法，笔者提出了一套改进方案，将工业控制领域中运用相对普遍的PLC 引进了三缸泵试验测试控制系统，既充分利用了PLC 自身的优点（处理速度快、可靠性高和抗干扰能力强等），又利用了工控机良好的数据分析和处理能力。
1 三缸泵测试控制系统的总体设计方案
根据标准JB/T9782检测方法及检测过程自动化，要求：
* 自动调整系统的运行状态：通过控制接触器控制电机；通过控制电磁阀控制测量的开始与结束。
* 参数的自动调节：根据测量统计修正模型以及实时获得的状态参数，进行有效的补偿，确保测量精度的稳定性，保证整个测试过程的精度和读数的分辨力。
* 系统安全：安全系统的任务主要是针对三缸泵在流速测试运行过程中发生的严重漏电现象，以及由于某些异常或是人为因素而引起的电机反转，致使三缸泵出现倒吸的严重故障，能适时地产生保护性动作，避免整个测试系统的崩溃。能响应三缸泵流速测试过程中出现的各种故障。
三缸泵性能试验系统的结构如图 1所示。它包含了自动控制系统应具备的各项功能，由总体控制逻辑把它们有机组织在一起，各项功能相互独立又相互联系，共同完成三缸泵性能试验的自动控制，其上位机的操作界面结构如图 2所示。
2 三缸泵流速测试控制系统硬件设计
2.1 测量控制单元设计
测量控制单元属于过程控制级，直接与三缸泵电机及各类测量传感器、各种空气开关和中间继电器相连，来完成性能试验过程的控制与监测。系统的测量控制单元包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出、上位机通信等。
根据系统的控制规模，本装置选用三菱的FX2N-48MT，配上2个A/D模块FX2N- 4AD和一个D/A模块FX2N-4DA，以及一个PID控制模块FX2N-2LC。其中FX2N-48MT作为主PLC有三个重要功能：
（1）控制开关量；
（2）负责和上位机PC的通信；
（3）负责接收FX2N-4AD模块的数据和发送FX2N-4DA的数据。
FX2N-4AD则负责各个模拟量数据的采集，FX2N-4DA负责将FX2N-48MT的控制数据转化成实际的控制模拟量，PID模块FX2N-2LC负责三缸泵出口压力的稳压。
PLC将采集的数据发送给上位机PC，进行数据的处理，并实时显示相关曲线。
2.2 PLC 与三缸泵测试系统之间的信号
PLC输入信号：1） 电机的信号为转速、转矩。2） 管道部分的信号为三缸泵进出口压力、三缸泵油温、计量罐的质量等。
PLC输出信号：PLC 测控单元的控制信号为电机启停及变频器的调节、各动作阀的调整等。
2.3 三缸泵流量测试控制系统主要电路的设计
三缸泵测试过程控制系统的主要电路包括主控电路、测量电路、电动阀控制电路和三缸泵电机控制电路。
3 三缸泵流量测试控制系统软件设计
3.1 设计构想
测试前，初始化系统的状态变量。进行测试时，先按下三缸泵开关按钮，水流稳定后，按手/自选择模式按钮，手/自动模式应能自锁。任意时刻按急停按钮均能安全的停止系统。
手动模式：按下开始按钮，测试开始，电磁阀工作将水流引到计量罐。一定时间后按停止按钮停止，控制电磁阀引水至蓄水池，再按下三缸泵开关按钮，停止泵水。然后按放水按钮放水，当水放完后自动停止。
自动模式：先设定工作时间，再按下开始按钮，测试开始，电磁阀工作将水流引到计量罐，到设定时间后自动控制电磁阀引水至蓄水池，延时数秒后停止三缸泵泵水。
上述过程，压力、温度、流量等测量参数能实时记录并保存在PC中。PC程序对记录的数据进行处理，输出相关数据和图形，并能打印到纸质介质。
3.2 梯形图编程
4 检测试验
将一台三缸泵进行现场测试，测出流量Q、功率N、总效率η随压力p的变化关系，并绘制出Q-p、N-p、η-p。结果表明该系统具有如下优点：
（1）性能稳定，满足测试要求。由于采用计算机自动控制，将整个测试过程的不确定性降低到最低，如测试时间的控制，人为无法做到精确性及重复性。
（2）劳动强度降低。整个测试过程，只需在三缸泵的安装及拆卸需人工操作，其余过程均能自动完成，相比传统的测试过程，极大的降低的人员的劳动强度。
（3）检测时间缩短。大部分的数据采集都是并行进行，因此整个测试过程（除去预热过程）只需2-3分钟，而传统的人工测试则需30分钟，甚至是1小时以上。
浙江省质量技术监督系统科研项目（编号：20120267）
参考文献
[1] 三菱FX2N系列微型可编程控制器使用手册.
[2] JB/T 9782-1999 《植保机械 通用试验方法》.
[3] 郑梦海.泵测试实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2011.
作者简介
徐建勇（1979-），男，工程师，主要从事机械产品质量检测、检测设备研发，E-mail：[email protected]。