新型磁翻板液位计在液压马达试验测试系统中的应用
发布时间：2019-08-08 发布作者：
摘 要 液压马达试验单元系统主要用于液压马达的性能测试。液压马达试验单元可以实现自动调节转速以及模拟负载自动加载功能试验（空载、负载、换向），并遥控液压泵站应急停车。液压马达试验单元的控制装置采用磁翻板液位计快速地采集数据、处理数据、记录数据、控制系统运行；触摸屏显示替换以前的仪表显示，提高试验测试单元性能。
０引言
液压马达主要用于船舶机械、工程机械、建筑机械、煤矿机械、矿山机械、冶金机械、石化机械、港口机械、车辆机械等。对其性能要求比较高，以保证设备的正常高性能运行。因此，液压马达试验测试系统对液压马达进行性能测试具有极为重要的作用。目前，对液压马达测试采用计算机控制系统进行测试，运营维护成本较高。本文介绍了用
磁翻板液位计在液压马达试验测试系统中的应用，以保证设备的正常高性能运行，降低成本，提高易维护性。
１液压马达试验测试单元原理
液压马达试验测试单元，由截止阀、比例节流阀、溢流阀、压力表、压力传感器、流量计、电液阀、扭矩仪等组成，工作原理如图１所示。整个系统由外部油源提供动力，外部油源压力要大于测试系统试验压力以保证系统稳定的运行和测试。系统测试单元可以通过比例节流阀（７．１），然后通过控制系统自动控制调节油源供油流量来达到液压马达的转速自动调节。通过测试液压马达（１１）扭矩和转速，控制电液阀（４．１）来实现液压马达正反转功能。在液压马达泄漏口上装有流量计来测试液压马达内泄漏量。
２液压马达加载部分原理
液压马达试验测试系统加载部分，由截止阀、油泵、油箱、回收油箱、液位计、温度计、溢流阀、加载马达、单相阀、压力表、压力传感器、比例溢流阀等组成，其工作原理如图２所示。
加载系统由油泵提供动力，用双桥管路方法实现液压马达正反吸油。控制系统自动调节回油路比例溢流阀
（５）开度大小来实现自动调节加载压力，系统加了溢流阀来实现加载系统超压保护。
３控制测试方案确定
３．１液压马达试验测试系统测试单元控制
本文以测试液压马达性能为研究点，测试供油流量、系统压力、内泄漏流量以及被测试马达的转速、扭矩，如图３所示。
为了能稳定地测试被试马达的性能，其外部提供的油源压力和流量要满足试验测试系统试验压力和流量，外部供油系统要求性能稳定，对测试系统的压力、流量、马达转速、马达扭矩力同时也要进行监测和异常报警。通过液压马达流量计检测油源供油流量，通过扭矩仪检测液压马达的转速，将其转速值变送后与其设定值比较得到偏差值。将偏差值送入变送器，通过ＰＩＤ控制自动调节比例节流阀的开度，来控制油源供油流量和液压马达转速值，以减小偏差。
３．２液压马达试验测试系统加载控制
为了模拟液压马达加载、空载的实际情况，通过油泵供油，使用桥管路实现正反转；通过比例溢流阀来控制加载压力，从而实现加载、空载模拟试验。液压马达试验测试加载控制如图４所示。
通过压力传感器检测到加载压力，将其压力值变送后与其设定值比较得到偏差值，再将偏差值送入控制器通过ＰＩＤ控制自动调节比例溢流阀的开度，来控制加载压力，以减小偏差。液压马达试验测试系统加载马达需要油泵供油，系统测试时要保证加载马达有充分油源供给。
４基于控制要求的磁翻板液位计设计
４．１ 磁翻板液位计设计原则
（１）较大限度地满足被控设备的控制要求；
（２）在满足控制要求的前提下，力求简单、经济可靠、操作方便、维护性强；
（３）考虑今后的潜在需求改造，应适当留有进一步扩展的余地。
４．２可编程逻辑控制器（磁翻板液位计）的硬件设计
本控制系统选用德国西门子Ｓ７－２００系列。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ（磁翻板液位计）是德国西门子公司推出的性价比较高的磁翻板液位计系统。其中，Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ由于其系统的优良特性，近年来被广泛应用于小型实验系统、工装机械、通用机械等方面；在控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业等诸多领域也被广泛使用。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ提供了多种性能的ＣＰＵ和丰富且带有许多功能的Ｉ／Ｏ扩展模块、高速计数模块，高速数据处理能力，具有高电磁兼容性和抗冲击性，使其具有很高的工业环境适应性。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，可以满足本控制系统的要求［１］。
硬件设计包括ＣＰＵ选型、磁翻板液位计容量估算、Ｉ／Ｏ模块的选择，结合控制要求对磁翻板液位计进行设计。
（１）ＣＰＵ选型。ＣＰＵ选择ＣＰＵ ＳＴ４０，型号为６ＥＳ７２８８－１ＳＴ４０－０ＡＡ０，其主要参数如表１所示。
（２）磁翻板液位计容量估算。磁翻板液位计容量估算主要包括Ｉ／Ｏ点数，模拟量点数，用户容量。为了方便使用，一般应留有２５％～３０％的裕度。
（３）开关量信号（Ｉ／Ｏ），主要分为开关量输入信号、开关量输出信号。开关量输入、输出信号主要用于检测来自控制系统（接触器信号、断路器信号、变频器开关信号等）的电平信号或现场（按钮、行程开关、温控开关、压力开关、压差开关等）的电平信号。
（４）模拟量信号，主要分为模拟量输入信号、模拟量输出信号。模拟量输入信号主要用于检测来自现场仪表（压力传感器、温度传感器等）的模拟量信号。
（５）高速计数器，主要用于检测现场流量计、扭矩仪等的脉冲信号。
（６）控制器主要用于信号采集、处理，ＰＩＤ控制，数据计算处理、存储。
４．３可编程逻辑控制器（磁翻板液位计）的软件设计
软件设计采用ＳＴＥＰ ７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮ ＳＭＡＲＴ软件编写［２］，软件中有主程序、子程序、时间中断、ＰＩＤ控制［３］等功能块，采用时间中断１ｍｓ为周期来处理数据速度和ＰＩＤ自动控制系统。
软件编写采用功能块化，主要有主程序、数据采集、数据输出、数据计算、数据记录、数据显示、逻辑控制、ＰＩＤ控制、高速计数控制等功能块，方便工程师编写和调用程序。
５人机界面监控
人机界面采用西门子ＳＭＡＲＴ １０００ＩＥ触摸屏。人机界面为用户提供了数据采集、数据监控、报警显示和记录、历史数据查看、参数画面、趋势图等功能［４］。
（１）数据采集及监控。控制液压马达测试系统电机启动／停止操作及运行状态；采集数据后应用程序对数据进行处理，以动态画面和数据报表等形式表达。
（２）历史数据处理。为用户提供了历史数据的查看和分析功能。
（３）历史报警记录。用户在任何时候都可以查看历史故障报警信息。
６结语
基于磁翻板液位计和人机界面在液压马达试验测试系统的应用已日益成熟，满足试验要求，并在测试系统中取得了良好的效果。人机界面操作方便、简单，控制可靠、稳定性高，提高了测试系统的测试精度和自动化水平。
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