集成多功能液压元件及关键性能测试系统设计

集成多功能液压元件及关键性能测试系统设计

陆启浩

广东科达液压技术有限公司 528000

摘要：目前，液压元件生产制造技术多被其他发达国家所掌握，而且这些发达国家采用阶梯封锁等方式限制对发展中国家的技术输出。所以先进技术的引进受到了限制，而一些较为成熟，或几近淘汰的技术则高价输出。而我国作为发展中国家，自然也受到了这种限制，但近些年我国液压系统产业的发展需求及元件设计技术的不断提高，先进液压系统及液压元件的生产技术也到达了更高的层次，但目前液压元件的研究仍然需要解决一些问题，比如压力提高问题、效率提高问题、制造成本问题等。以全局优化的方向分析，设计的创新是实现集成化和品质化的关键条件，因此液压系统及控制技术也成为了当下研究的重点。本文主要围绕集成多功能液压元件展开论述，探讨了液压元件关键性能测试系统的设计。

关键词：多功能；液压；系统设计

一、测试系统结构设计

由于实验系统中的测控I/O点较多，并且分布具有明显的分化性特征，如果把所有的信号都根据传统方式集中并接入到PLC系统中，那么接线难度势必会进一步提高，同时系统整体的功能性与可维护性都难以保障。所以选择具有PROFIBUS-DP接口的PLC主机模块来建立单主站分布式控制系统，将主机的CPU作为主站，ET200设备为输入及输出模块，建立与现场设备连接的从站系统。利用 总线来实现主从站的连接，确保PLC与I/O点的连接稳定性，以便于测试系统的设计与维护，提高系统的抗干扰能力。PROFIBUS能够更加便利地实现集中式或分布式的控制系统，在不同应用场景下一般有三种兼容部分，也就是 三种，其中PROFIBUS-PA属于一种过程自动化解决方案，能够将自动化系统与过程控制系统及设备进行连接，进一步控制成本投入以及提高系统稳定性；PROFIBUS-FMS用作一级通信任务，是令牌结构实时多主网络，可以实现控制器及设备之间的信息交互；PROFIBUS-DP则是一种数据传输方式，用作系统和I/O间的通信，应用相对更加普遍。

二、主从站硬件选型

（一）输入输出模块

在PLC输入输出模块选择方面，需要保证和系统实际情况相符合，在模块选择方面需要先了解I/O点数信息，从而决定PLC控制规模。按照控制系统需求来确定I/O点数期间，也要对设备的改动及故障等情况进行全面考虑，通常需要提高备用量，从而保证能够灵活增加控制功能。还需要考虑内部继电器与寄存器数量信息，达到资源节约的效果，而控制目标在不同的控制方法下，点数也会存在区别。结合I/O信号的类型来看，具有定位功能模块、输入输出模块、计数器功能模块等，针对模拟量输入模块也需要分析输入信号的类型与信号隔离等要求。同时负载不同，PLC输入输出形式也会存在区别，所以需要结合具体要求来选择对应模块。

（二）电源选择

选择电源期间，需要结合电源对系统运行可能带来的不同影响，比如24V电源同时支持开关信号、PLC、继电器的供电，那么很容易会产生信号干扰等问题，也不利于系统的稳定运作。所以系统中不同站的PLC共占及开关信号等都需要独立供电，并根据这些结构的供电需求选择合理的电源。PLC中不同模块以及 对应的PS 307电源，系统采用的传感器一般会对电源具有一定要求，需要保证电压在24V且供电较为稳定，因此选择性能较为优异的 电源。开关信号针对电源并没有特殊要求，因此普通电源就能够满足其要求，还可以减少成本投入。但需要注意的是，电源功率需要能达到系统要求，最好具有余量。

三、PL和PLC间的工业以太网通讯

在试验系统运作过程中，需要找到试验目标型号与项目，利用画面来监测系统运行，实现过程的动态化控制。在选择工控机为上位机， 为下位机时，技术人员可以利用和西门子PLC对应的组态软件WinCC来选择试验，试验全程的监控以及数据处理。利用数据库对实验目标信息的存储与调用，利用报表程序来生成数据报表。S7-300PLC和工控机的通信有以下几种模式： 通信、工业以太网通信、MPI通信。在系统中，液压阀性能试验需要进行动态化的数据采集，1s间需要对多个传感器以及几百各数据进行存入，之后将数据传入到工控机中。数据传输量一般会比较大，所以可以选择BSEND/BRCV功能，这一功能需要将CP模块或PN口作为支持，实现大量数据的同时交换。

四、通用功能程序设计

（一）泵的启停通用功能

液压泵启停通用功能设计只能够，FC120是设计中的关键，主要包括手动或自动两种控制形式。手动控制下，功能中的 端相对的输入信号便是1，操作台电机启停开关起作用。在自动控制下，auto_i端输入信号也是1，可以利用变量信号来决定电机的启停。FC120输出端对应不同泵的输出信号，并且这也是泵启停的判断依据，比如电机有无过载现象或油位信息等，不同泵的启停条件都从系统中对应位置的信号开关决定。

（二）比例溢流阀压力调节通用功能

比例溢流阀压力调节具有自动或手动两种调节方法，根据功能中输入端信号决定，手动调压设计一般有两种方案：1）操作台中增设电位器，并且与PLC接通，信号经过转换直接输出给比例溢流阀控制端。这种形式能够通过手动的方式控制调压速度，不过PLC输入信号属于模拟信号，需要增加AI模块；2）操作台设计三相复位开关，利用数字信号实现调压。不需要增加AI模块，但调压速度则由固定编程来控制，所以手动调压适用性更高一些。

（三）排量调节通用功能

结合系统设计要求，排量调节需要遵从以下几项准则：1）时间准则。以排量零点出发，按照排量控制电机转动时间来控制液压泵输出量。但仅能在空载下应用，所以需要在空载下标定排量控制电机转时和泵的输出流量关系；2）限位准则。其本质是根据液压泵最大输出流量进行控制，属于开关控制，但功率不可以高于限制；3）转速及压力准则。检测转速和压力，从而调节液压泵输出流量，这属于闭环控制，反馈量则是压力值。

FC121是根据时间和流量来控制排量的一种方式，由于调节方式较多，所以FC121的功能性要求也相对较为复杂，需要找到哪一电机需要控制排量，在控制方法的设计上也以手动为主，操作台控制排量电机开关运作。如果设计为自动形式，那么可以实现的功能性，可以根据流量传感器预设值或时间等条件来控制排量。若选择其中一种排量方式时，判断条件信号定位1，在FC121输入端进行参数的调整。FC122则可以凭借转速和压力来控制排量，排量控制利用转速或压力作为基本参数。在两者之间，需要根据限位准则来控制信号，限位信号可以经过排量电机反馈信号逻辑来获取，所以在信号判断作为排量控制功能时，程序运作期间如果感应到限位信号，则可以及时进行电机的关断操作。

结束语：集成多功能液压元件的设计使得液压控制系统的元件综合质量以及性能都得到了进一步提高，而液压元件关键性能测试系统的可靠设计也决定了元件整体质量的测试效果，是工程实践中广泛应用的一种方式手段。如今行业在发展，液压元件的设计与研究也在不断深入，在不久的将来也会研发出更高性能的液压元件，而性能测试系统的设计也成为了一个配套性的系统设计，助推液压元件技术的快速发展。

参考文献：

[1]祖立正, 高可靠性多功能集成式直升机液压控制总成. 河南省,新乡航空工业,2020-04-26.

[2]陆建军.集成多功能液压元件及关键性能测试系统设计[J].科技展望,2015,25(06):93-94.

[3]陈启松, 多功能集成式液压缸. 四川省,泸州众大科技液压件有限公司,2012-10-01.