基于PLC的液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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在汽車、飛機(jī)和工程機(jī)械等設(shè)備上的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的管路受到不同工況的振動(dòng)沖擊。隨著人們對(duì)產(chǎn)品可靠性要求的提高，以及各種行業(yè)發(fā)展的需要，管路的抗沖擊和抗撓曲性能將越來(lái)越受到重視，因而管路的抗沖擊性能成為反映其質(zhì)量和可靠性的重要指標(biāo)。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，需要液壓脈沖設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)軟管在不同環(huán)境和工況下的性能。
液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)用于汽車剎車管、燃油管、轉(zhuǎn)向管、冷卻水管、散熱軟管和暖風(fēng)軟管等軟管脈沖壓力的壽命試驗(yàn)，該試驗(yàn)機(jī)能方便、穩(wěn)定的檢測(cè)出設(shè)備所用的軟管是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。
液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)是基于plc的二級(jí)混合控制系統(tǒng)，下位機(jī)采用rockwell automation的slc500作為核心處理器的實(shí)時(shí)控制器，上位機(jī)ipc利用labview軟件編寫的人機(jī)界面具有易于操作，便于維護(hù)等特點(diǎn)。通過(guò)以太網(wǎng)將上位機(jī)和下位機(jī)連接，使該脈沖試驗(yàn)機(jī)具有很好的實(shí)時(shí)性，抗干擾性強(qiáng)，更加穩(wěn)定可靠。
2 試驗(yàn)系統(tǒng)要求
該試驗(yàn)系統(tǒng)要求試驗(yàn)樣管在-40～160℃，壓力10～30mpa的不同環(huán)境條件下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，將新樣管通過(guò)壓力沖擊和撓曲試驗(yàn)直至爆破來(lái)測(cè)試產(chǎn)品是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)是主要通過(guò)液壓伺服系統(tǒng)來(lái)控制壓力和脈沖波形。波形誤差、壓力施加方式、響應(yīng)時(shí)間和精度直接影響試驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)要求波形的控制絕對(duì)誤差為2％。由于采集和處理的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)上傳到上位機(jī)，這就要求控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)，從而保證試驗(yàn)系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)波形曲線。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)樣管會(huì)因?yàn)樽冃?、膨脹引起管徑和液壓伺服系統(tǒng)參數(shù)的變化，控制系統(tǒng)如何根據(jù)這些變量來(lái)調(diào)節(jié)，其硬件和軟件設(shè)計(jì)具有較高的難度。
3 試驗(yàn)方法
脈沖試驗(yàn)機(jī)主要有壓力沖擊和撓曲試驗(yàn)兩種方法，兩種方法同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，很好地模擬了不同環(huán)境和工況條件下，汽車行駛的實(shí)際路面狀況。
3.1 壓力沖擊
液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)壓力通過(guò)控制脈沖波形來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂撇ㄐ沃饕痔菪尾?、凸字波、正弦波和方波四種?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)試驗(yàn)工藝需要從上位機(jī)選擇預(yù)定的脈沖波形來(lái)達(dá)到試驗(yàn)的目的，用戶可以根據(jù)液壓伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自由選擇間隔卸壓。對(duì)存在間隔卸壓的波形，如梯形波和凸字波，在脈沖的波谷的時(shí)候開(kāi)啟卸壓閥使介質(zhì)可以在試驗(yàn)樣管中流動(dòng)。波形的具體要求如圖1所示。
圖1 梯形波曲線要求
圖2 凸字波形曲線要求
(3) 正弦波(半正弦或完整正弦)。正弦波比較難實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際試驗(yàn)中主要是通過(guò)plc的專用凸輪指令產(chǎn)生凸輪波形來(lái)模擬間隔的正弦半波。完整正弦波是指在封閉狀態(tài)下做的。頻率要求為1s畫出一個(gè)完整的正弦波，波峰值最大60mpa，波谷值為0。半正弦波按照0.5s畫完一個(gè)半正弦，其他0.5s為卸壓時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)，卸壓時(shí)壓力為0。
3.2 撓曲試驗(yàn)
控制系統(tǒng)控制一個(gè)伺服油缸y方向的上下振動(dòng)，利用變頻器控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)試驗(yàn)樣管旋轉(zhuǎn)，控制x方向撓曲速度和角度，形成振動(dòng)和撓曲的二維組合。撓曲試驗(yàn)的頻率最大為17hz，最大振幅為±35mm，在最大振動(dòng)頻率時(shí)的振幅為±4mm。
4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)由上位機(jī)(ipc)、下位機(jī)(plc)和外部電路控制組成，通過(guò)以太網(wǎng)將上位機(jī)和下位機(jī)連接，完成液壓伺服系統(tǒng)。環(huán)境條件變化由儀表控制，通過(guò)rs485與上位機(jī)通信，控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。
圖3 液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)框圖
評(píng)論