精密油液溫度控制在高溫液壓源中的應(yīng)用

羅隨新

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 華縣 714102)

0 前言

高溫油源用于為各種液壓設(shè)備提供溫度可控的液壓源，并對(duì)液壓系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量顯示，從而驗(yàn)證設(shè)備在散熱不利、持續(xù)工作情況下的品質(zhì)。高溫液壓源由液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)3部分組成［1］。高溫液壓源性能優(yōu)劣的關(guān)鍵在于能否有效地控制油液溫度，使其達(dá)到(85±5)℃的高溫試驗(yàn)要求及不大于35℃常溫試驗(yàn)要求［2］。因此，油液溫度控制是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用位式控制、比例型控制及PID調(diào)整3種方式用于溫度的控制［3］。據(jù)高溫液壓源特點(diǎn)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)設(shè)備需要做功，屬于動(dòng)態(tài)的控制過(guò)程。再加上系統(tǒng)壓力調(diào)整范圍大(1～21 MPa)?？梢哉f(shuō)在試驗(yàn)過(guò)程中散熱器、加熱器兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，哪一個(gè)起主導(dǎo)作用的特征并不明顯。比如，試驗(yàn)設(shè)備低壓、間歇運(yùn)行時(shí)加熱器對(duì)油液溫度調(diào)節(jié)力度突出;試驗(yàn)設(shè)備高壓、往復(fù)運(yùn)行時(shí)，散熱器對(duì)油液溫度控制能力明顯。據(jù)調(diào)查，試驗(yàn)設(shè)備大多數(shù)高溫試驗(yàn)項(xiàng)目需要18.5 MPa的系統(tǒng)壓力，并且試驗(yàn)周期長(zhǎng)，往復(fù)頻率高，同時(shí)也存在低壓、小頻度試驗(yàn)項(xiàng)目［4－5］。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)加熱采用位式帶回差控制，散熱采用PID控制，且以散熱為主來(lái)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。

1 油液溫度控制方案及過(guò)程描述

1.1 油液溫度控制方案

高溫液壓源油液溫度控制單元以智能儀表、變頻器為核心控制器件，利用變送器、智能儀表、中間繼電器、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力、油箱溫度、出口溫度的采集、顯示、邏輯判斷、PID調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油液溫度的控制，如圖1所示。

系統(tǒng)壓力及油箱溫度變送器將采集到的信號(hào)送入配套的智能儀表，智能儀表根據(jù)實(shí)際值與預(yù)設(shè)值的對(duì)比，發(fā)出位控信號(hào)，控制中間繼電器動(dòng)作，變頻器程序段位控口接受到邏輯動(dòng)作信號(hào)后，改變自身運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)散熱器風(fēng)機(jī)以預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)油箱溫度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，變頻器切換至模擬量控制模式，此時(shí)散熱器風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率由出口溫度智能表PID單元輸出的模擬量進(jìn)行控制。

圖1 油液溫度控制單元

1.2 油液溫度控制單元組成

油液溫度控制單元由智能儀表、溫度變送器、變頻器、散熱器、加熱器、中間繼電器、執(zhí)行繼電器組成。

(1)系統(tǒng)壓力及油箱溫度測(cè)試為廈門宇電501E型智能儀表并擴(kuò)展位控模塊及潰電模塊;出口溫度測(cè)試為廈門宇電518P型智能儀表并擴(kuò)展位控模塊、潰電模塊及PID調(diào)節(jié)模塊。

(2)溫度采集選用pt100型溫度變送器，安裝于油箱側(cè)部及散熱器出口處。

(3)變頻器選用艾默生EV800系列0.3 kW通用型變頻器，用于調(diào)整散熱器供電頻率。

(4)加熱器采用電熱管式加熱器，安裝于油箱側(cè)部，加熱部分伸入油液內(nèi)，通過(guò)對(duì)油箱內(nèi)油液的直接加熱使其升溫。為避免油液局部加熱帶來(lái)的炭化效應(yīng)，本系統(tǒng)共設(shè)5只電熱管，每只功率僅500 W;為區(qū)分保溫及試驗(yàn)預(yù)熱，我們把5只電熱管分為2組:1號(hào)散熱器組由3只電熱管組成，其加熱功率1.5 kW;2號(hào)散熱器組由2只電熱管組成，其加熱功率1.0 kW。

1.3 油液溫度控制過(guò)程描述

油液溫度控制過(guò)程見圖2。高溫液壓源正常工作后，操作人員選擇試驗(yàn)類型(常溫試驗(yàn)或高溫試驗(yàn))。

圖2 高溫液壓源油液溫度控制流程圖

常溫試驗(yàn)過(guò)程:電磁水閥開啟，水冷卻器工作。變頻器切換至位控模式并以50 Hz的驅(qū)動(dòng)頻率帶動(dòng)散熱器工作。

高溫試驗(yàn)過(guò)程:系統(tǒng)壓力大于15 MPa并且油箱溫度已經(jīng)超過(guò)70℃時(shí)，變頻器切換至位控模式并以15 Hz的驅(qū)動(dòng)頻率帶動(dòng)散熱器工作(實(shí)側(cè)系統(tǒng)壓力大于15 MPa時(shí)，油箱溫度比出口溫度高10℃，油液達(dá)到熱平衡時(shí)間較長(zhǎng)，甚至在試驗(yàn)室環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)出現(xiàn)油溫超調(diào)現(xiàn)象，提前進(jìn)行散熱可縮短熱平衡時(shí)間，避免油溫超限);系統(tǒng)壓力小于15 MPa并且出口溫度小于80℃時(shí)，1號(hào)、2號(hào)加熱器組全部工作;出口溫度大于80℃時(shí)，變頻器切換至模擬量控制模式，由出口溫度智能儀表PID單元輸出的模擬量進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，1號(hào)加熱器組停止加熱;出口溫度大于84℃時(shí)，2號(hào)加熱器組停止加熱;出口溫度小于83℃時(shí)，2號(hào)加熱器組恢復(fù)工作;試驗(yàn)停止時(shí)(系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)到1 MPa以下時(shí))，系統(tǒng)降溫，電磁水閥開啟，水冷卻器工作，變頻器切換至位控模式并以50 Hz的驅(qū)動(dòng)頻率帶動(dòng)散熱器工作。

2 測(cè)試結(jié)果及討論

通過(guò)反復(fù)調(diào)試、老化試驗(yàn)及設(shè)備試運(yùn)行等過(guò)程，經(jīng)檢驗(yàn)高溫液壓油源各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均能滿足技術(shù)要求，并且在油液溫度控制方面成效尤為突出。靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，10 min內(nèi)達(dá)到溫度平衡，油液溫度波動(dòng)±0.2℃，見圖3;動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)，20 min內(nèi)達(dá)到溫度平衡，油液溫度波動(dòng)±0.8℃，見圖4。

3 結(jié)論

以上結(jié)果表明，該高溫液壓油源具有設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、壓力波動(dòng)小、噪音小等特點(diǎn)。采用位式控制與PID調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式控制油液溫度，較好地發(fā)揮了智能儀表及變頻器在高溫液壓油源中的作用。

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