基于PLC的高壓往復泵試驗臺研究

孟昭興　焦玉寒　王小等

摘 要：為了解決傳統(tǒng)泵檢測的弊端，在滿足用戶求的前提下，遵循水泵測試的國家標準，研究基于PLC和MCGS的高壓往復泵試驗臺測試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：基于PLC和MCGS；高壓往復泵；測試系統(tǒng)

高壓往復泵是高壓水射流設備的主機，對系統(tǒng)的可靠性有很大影響[1]。而高壓往復泵的性能測試是檢驗產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。由于高壓往復泵性能測試具有控制變量多、參數(shù)多的特性，傳統(tǒng)測試系統(tǒng)由于測量儀器簡單連接、無抗干擾措施導致測試精度低，系統(tǒng)響應慢，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析，需要運用現(xiàn)代的測試技術(shù)進行改造和完善[2]。

隨著生產(chǎn)檢測自動化水平的提高，高壓泵測試技術(shù)發(fā)展方向朝著測量儀器的自動控制、測量范圍寬、智能方便的網(wǎng)絡控制和數(shù)據(jù)共享的方向改進[3]?；?PLC 控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)了一套功能完善、性能穩(wěn)定和操作方便的可對高壓往復泵性能參數(shù)進行測試計算機采集與分析系統(tǒng)，來實現(xiàn)信號采集、傳輸與分析處理一體化和系統(tǒng)網(wǎng)絡化。

1 總體方案設計

依據(jù)國家標準GB7784-875《機動往復泵試驗方法》，通過上位測試軟件對測試系統(tǒng)采集的高壓往復泵的出廠性能進行檢測，采集高壓泵進出水流量、進出口壓力、電動機轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等參數(shù)進行數(shù)據(jù)分析處理得到反映高壓泵使用性能實驗曲線。整個測試系統(tǒng)能夠完成實驗過程中參數(shù)的采集、存儲、試驗報表生成和試驗曲線繪制等功能[4-6]。

按照機動往復泵試驗方法的要求，高壓往復泵試驗臺的搭建主要包括硬件與軟件兩個方面。試驗臺硬件方面主要包括試驗臺的總體布局設計，壓力變送器、流量計、聲級儀、測振儀、功率儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、測溫儀的選型。測試系統(tǒng)需要編制的軟件主要實現(xiàn)測試系統(tǒng)控制程序、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與處理、實驗結(jié)果輸出與打印等功能。

2 硬件系統(tǒng)的設計

高壓往復泵綜合性能測試系統(tǒng)由多傳感器集成的自動測試系統(tǒng)。硬件設備主要包括：壓力變送器、流量計、聲級儀、測振儀、功率儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、測溫儀、數(shù)據(jù)采集模塊、工控機及顯示器。單臺超高壓往復泵試驗臺硬件系統(tǒng)如圖1所示。

高壓往復泵負載運轉(zhuǎn)試驗過程中，按照額定排出壓力分四個壓力等級進行試驗來確定流量、功率、泵效率、泵速與壓差的關(guān)系。通過上位機控制壓力的輸入。采用計算機控制軟件通過PID調(diào)節(jié)試驗壓力，實現(xiàn)對試驗過程中實時壓力和流量的平穩(wěn)控制。通過傳感器、功率儀、工業(yè)噪聲檢測儀、轉(zhuǎn)速表等工業(yè)儀表測量泵的壓力、流量、轉(zhuǎn)速、功率、溫度、噪聲等性能參數(shù)。

變頻控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由變頻器、工控機、PLC、電機等組成。在測試系統(tǒng)中，電動機通過西門子MM440變頻器驅(qū)動，并采集電流、電壓、功率等參數(shù)傳送到S7-300 PLC中。MM440 由 PROFIBUS模塊實現(xiàn)CB通訊，并通過RS485串口與西門子 S7-300PLC建立通訊。綜合考慮實際生產(chǎn)需求，根據(jù)所需測試高壓泵的額定功率分布范圍，在控制成本的同時，提高測試效率，高壓往復泵試驗臺設定為四套相對獨立的測試管路，且共用一個循環(huán)水箱，水箱設定容量為50m3。四套相對獨立的測試系統(tǒng)通過獨立的SIMATIC 300PLC采集數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)與上位機建立通訊。以太網(wǎng)通訊組態(tài)如圖2所示。

3 軟件設計

系統(tǒng)采用STEP7 BasisV5.3編程，以MCGS6.2 組態(tài)軟件為平臺開發(fā)試驗臺測試軟件系統(tǒng)。如圖3所示。主要包括：測試準入界面設計、監(jiān)控界面設計、數(shù)據(jù)采集、分析與管理、自動加載及測試過程的控制等。裝有組態(tài)軟件MCGS的PC機通過建立以太網(wǎng)與S7-300 PLC 連接進行通訊。同步進行四臺往復泵的監(jiān)控，實時監(jiān)控輸入壓力、輸出壓力、壓差、泵速、輸入功率、輸出功率、潤滑油溫和介質(zhì)溫度，進行數(shù)據(jù)處理，得到超高壓往復泵的實時性能曲線進行打印報表輸出。

4 結(jié)論

基于 PLC 控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)了一套功能完善、性能穩(wěn)定和操作方便的可對高壓往復泵性能參數(shù)進行測試計算機采集與分析系統(tǒng)。實現(xiàn)了高壓泵性能參數(shù)的自動測試、采集、分析和處理。與傳統(tǒng)的測試方法相比，該測試系統(tǒng)采用多傳感器同步采集、自動加載系統(tǒng)等提高了測試過程的自動化程度測試效率和精度，使企業(yè)能夠自主進行型式檢驗，抽樣檢驗和出廠檢驗，提高出廠產(chǎn)品的質(zhì)量水平，并且可以共享硬件資源降低成本，擴展測試系統(tǒng)和提高測試效率和精度。

參考文獻：

[1]薛勝雄.高壓水射流技術(shù)工程[M].合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2006：15-18.

[2]楊森.機動往復泵綜合性能自動測試系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J].科技信息，2011，21：34-35.

[3]陳清華，關(guān)維娟，李松.往復泵性能參數(shù)計算機采集與分析系統(tǒng)的設計[J].工礦自動化，2005，01：30-32.

[4]中國國家標準GB/T7784-2006《機動往復泵實驗方法》[S].

[5]馮平法，徐道春，陸冠玉，周西杰，李雪偉.乳化液泵綜合性能自動測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].器儀表學報，2007，12：2218-2221.

[6]萬汶靈.基于PLC的螺桿泵試驗臺測試系統(tǒng)研究[D].蘭州理工大學，2012.

作者簡介：孟昭興（1990-），男，山東聊城人，研究方向：機電一體化技術(shù)。