PLC的液压脉冲试验机控制系统设计.docVIP

基于PLC的液压脉冲试验机控制系统设计 1 引言?在汽车、飞机和工程机械等设备上的液压传动系统的管路受到不同工况的振动冲击。随着人们对产品可靠性要求的提高，以及各种行业发展的需要，管路的抗冲击和抗挠曲性能将越来越受到重视，因而管路的抗冲击性能成为反映其质量和可靠性的重要指标。随着我国汽车工业的迅速发展，需要液压脉冲设备来进行检测软管在不同环境和工况下的性能。?液压脉冲用于汽车刹车管、燃油管、转向管、冷却水管、散热软管和暖风软管等软管脉冲压力的寿命试验，该试验机能方便、稳定的检测出设备所用的软管是否符合标准的要求。?液压脉冲试验机控制系统是基于plc的二级混合控制系统，下位机采用rockwell automation的slc500作为核心处理器的实时控制器，上位机ipc利用labview软件编写的人机界面具有易于操作，便于维护等特点。通过以太网将上位机和下位机连接，使该脉冲试验机具有很好的实时性，抗干扰性强，更加稳定可靠。?2 试验系统要求?该试验系统要求试验样管在-40～160℃，压力10～30mpa的不同环境条件下进行寿命试验，将新样管通过压力冲击和挠曲试验直至爆破来测试产品是否符合相关标准要求。?液压脉冲试验机是主要通过液压伺服系统来控制压力和脉冲波形。波形误差、压力施加方式、响应时间和精度直接影响试验系统的准确性，相关标准对要求波形的控制绝对误差为2％。由于采集和处理的数据需要实时上传到上位机，这就要求控制系统数据传输速度快、抗干扰能力强，从而保证试验系统具有很好的实时波形曲线。在试验过程中，试验样管会因为变形、膨胀引起管径和液压伺服系统参数的变化，控制系统如何根据这些变量来调节，其硬件和软件设计具有较高的难度。?3 试验方法?脉冲试验机主要有压力冲击和挠曲试验两种方法，两种方法同时进行试验，很好地模拟了不同环境和工况条件下，汽车行驶的实际路面状况。?3.1 压力冲击?液压脉冲试验机压力通过控制脉冲波形来实现。控制波形主要分梯形波、凸字波、正弦波和方波四种。控制系统可以根据试验工艺需要从上位机选择预定的脉冲波形来达到试验的目的，用户可以根据液压伺服系统结构自由选择间隔卸压。对存在间隔卸压的波形，如梯形波和凸字波，在脉冲的波谷的时候开启卸压阀使介质可以在试验样管中流动。波形的具体要求如图1所示。 ?图1 梯形波曲线要求 (1) 梯形波(方波、三角波)。梯形波(方波、三角波)参照德国标准tl82415要求为在t1段升压速率要求在1mpa/s～300mpa/s之间可调；在t2段要求保压时间在0～ns可设，n为大于0的任意值；在t3段要求与t1段基本对称；在t4段要求保压时间在0～ns可设，n为大于0的任意值；pmin控制在0～10%pmax；pmax根据不同的管有不同的要求，目前不会大于60mpa。 ?图2 凸字波形曲线要求 (2) 凸字波。参见图2，凸字波的要求是在t1段升压速率要求在100mpa/s，t1=2s；在t2段要求保压时间在0～ns可设，n为大于0的任意值，一般也设定为2s；在t3段要求与t1段基本对称；在t4段要求保压时间在0～n s可设，n为大于0的任意值，一般也设定为4s；pmin=0；第一个压力台阶=0.35mpa；最高压力=1.05mpa。?(3) 正弦波(半正弦或完整正弦)。正弦波比较难实现，在实际试验中主要是通过plc的专用凸轮指令产生凸轮波形来模拟间隔的正弦半波。完整正弦波是指在封闭状态下做的。频率要求为1s画出一个完整的正弦波，波峰值最大60mpa，波谷值为0。半正弦波按照0.5s画完一个半正弦，其他0.5s为卸压时间来设计，卸压时压力为0。?3.2 挠曲试验?控制系统控制一个伺服油缸y方向的上下振动，利用变频器控制电动机带动试验样管旋转，控制x方向挠曲速度和角度，形成振动和挠曲的二维组合。挠曲试验的频率最大为17hz，最大振幅为±35mm，在最大振动频率时的振幅为±4mm。?4 控制系统硬件设计?控制系统由上位机(ipc)、下位机(plc)和外部电路控制组成，通过以太网将上位机和下位机连接，完成液压伺服系统。环境条件变化由控制，通过rs485与上位机通信，控制系统框图如图3所示。 ?图3 液压脉冲试验机控制系统框图 4.1 压力变送器和ad模块?压力变送器位于增压器出口，量程0～30mpa，输出4-20ma，频响200hz。压力变送器的精度为满量程的0.75％，为了得到更高的满量程精度，液压系统采用了切换两个压力变送器的组合方式。所有的采样频率为500hz，压力采样相对变送器每个周期有3-5个16位数据，使于平滑处理，提高测量精度，以保证±2%的绝对误差要求。?系统采用4路差分输入16位ad模块，输入电流4-20m