０引言

液壓馬達(dá)主要用于船舶機(jī)械、工程機(jī)械、建筑機(jī)械、煤礦機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、石化機(jī)械、港口機(jī)械、車輛機(jī)械等。對(duì)其性能要求比較高，以保證設(shè)備的正常高性能運(yùn)行。因此，液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行性能測(cè)試具有極為重要的作用。目前，對(duì)液壓馬達(dá)測(cè)試采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較高。本文介紹了用磁翻板液位計(jì)在液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用，以保證設(shè)備的正常高性能運(yùn)行，降低成本，提高易維護(hù)性。

１液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試單元原理

液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試單元，由截止閥、比例節(jié)流閥、溢流閥、壓力表、壓力傳感器、流量計(jì)、電液閥、扭矩儀等組成，工作原理如圖１所示。整個(gè)系統(tǒng)由外部油源提供動(dòng)力，外部油源壓力要大于測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)壓力以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行和測(cè)試。系統(tǒng)測(cè)試單元可以通過比例節(jié)流閥（７．１），然后通過控制系統(tǒng)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)油源供油流量來達(dá)到液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過測(cè)試液壓馬達(dá)（１１）扭矩和轉(zhuǎn)速，控制電液閥（４．１）來實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)功能。在液壓馬達(dá)泄漏口上裝有流量計(jì)來測(cè)試液壓馬達(dá)內(nèi)泄漏量。

２液壓馬達(dá)加載部分原理

液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)加載部分，由截止閥、油泵、油箱、回收油箱、液位計(jì)、溫度計(jì)、溢流閥、加載馬達(dá)、單相閥、壓力表、壓力傳感器、比例溢流閥等組成，其工作原理如圖２所示。

加載系統(tǒng)由油泵提供動(dòng)力，用雙橋管路方法實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)正反吸油。控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)回油路比例溢流閥

（５）開度大小來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)加載壓力，系統(tǒng)加了溢流閥來實(shí)現(xiàn)加載系統(tǒng)超壓保護(hù)。

３控制測(cè)試方案確定

３．１液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試單元控制

本文以測(cè)試液壓馬達(dá)性能為研究點(diǎn)，測(cè)試供油流量、系統(tǒng)壓力、內(nèi)泄漏流量以及被測(cè)試馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、扭矩，如圖３所示。

為了能穩(wěn)定地測(cè)試被試馬達(dá)的性能，其外部提供的油源壓力和流量要滿足試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)壓力和流量，外部供油系統(tǒng)要求性能穩(wěn)定，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的壓力、流量、馬達(dá)轉(zhuǎn)速、馬達(dá)扭矩力同時(shí)也要進(jìn)行監(jiān)測(cè)和異常報(bào)警。通過液壓馬達(dá)流量計(jì)檢測(cè)油源供油流量，通過扭矩儀檢測(cè)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，將其轉(zhuǎn)速值變送后與其設(shè)定值比較得到偏差值。將偏差值送入變送器，通過ＰＩＤ控制自動(dòng)調(diào)節(jié)比例節(jié)流閥的開度，來控制油源供油流量和液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速值，以減小偏差。

３．２液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)加載控制

為了模擬液壓馬達(dá)加載、空載的實(shí)際情況，通過油泵供油，使用橋管路實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；通過比例溢流閥來控制加載壓力，從而實(shí)現(xiàn)加載、空載模擬試驗(yàn)。液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試加載控制如圖４所示。

通過壓力傳感器檢測(cè)到加載壓力，將其壓力值變送后與其設(shè)定值比較得到偏差值，再將偏差值送入控制器通過ＰＩＤ控制自動(dòng)調(diào)節(jié)比例溢流閥的開度，來控制加載壓力，以減小偏差。液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)加載馬達(dá)需要油泵供油，系統(tǒng)測(cè)試時(shí)要保證加載馬達(dá)有充分油源供給。

４基于控制要求的磁翻板液位計(jì)設(shè)計(jì)

４．１　磁翻板液位計(jì)設(shè)計(jì)原則

（１）較大限度地滿足被控設(shè)備的控制要求；

（２）在滿足控制要求的前提下，力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可靠、操作方便、維護(hù)性強(qiáng)；

（３）考慮今后的潛在需求改造，應(yīng)適當(dāng)留有進(jìn)一步擴(kuò)展的余地。

４．２可編程邏輯控制器（磁翻板液位計(jì)）的硬件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)選用德國西門子Ｓ７－２００系列。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ（磁翻板液位計(jì)）是德國西門子公司推出的性價(jià)比較高的磁翻板液位計(jì)系統(tǒng)。其中，Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ由于其系統(tǒng)的優(yōu)良特性，近年來被廣泛應(yīng)用于小型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、工裝機(jī)械、通用機(jī)械等方面；在控制系統(tǒng)、機(jī)床、樓宇自動(dòng)化、電器制造工業(yè)等諸多領(lǐng)域也被廣泛使用。Ｓ７－２００ＳＭＡＲＴ提供了多種性能的ＣＰＵ和豐富且?guī)в性S多功能的Ｉ／Ｏ擴(kuò)展模塊、高速計(jì)數(shù)模塊，高速數(shù)據(jù)處理能力，具有高電磁兼容性和抗沖擊性，使其具有很高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展，可以滿足本控制系統(tǒng)的要求［１］。

硬件設(shè)計(jì)包括ＣＰＵ選型、磁翻板液位計(jì)容量估算、Ｉ／Ｏ模塊的選擇，結(jié)合控制要求對(duì)磁翻板液位計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（１）ＣＰＵ選型。ＣＰＵ選擇ＣＰＵ　ＳＴ４０，型號(hào)為６ＥＳ７２８８－１ＳＴ４０－０ＡＡ０，其主要參數(shù)如表１所示。

（２）磁翻板液位計(jì)容量估算。磁翻板液位計(jì)容量估算主要包括Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)，模擬量點(diǎn)數(shù)，用戶容量。為了方便使用，一般應(yīng)留有２５％～３０％的裕度。

（３）開關(guān)量信號(hào)（Ｉ／Ｏ），主要分為開關(guān)量輸入信號(hào)、開關(guān)量輸出信號(hào)。開關(guān)量輸入、輸出信號(hào)主要用于檢測(cè)來自控制系統(tǒng)（接觸器信號(hào)、斷路器信號(hào)、變頻器開關(guān)信號(hào)等）的電平信號(hào)或現(xiàn)場(chǎng)（按鈕、行程開關(guān)、溫控開關(guān)、壓力開關(guān)、壓差開關(guān)等）的電平信號(hào)。

（４）模擬量信號(hào)，主要分為模擬量輸入信號(hào)、模擬量輸出信號(hào)。模擬量輸入信號(hào)主要用于檢測(cè)來自現(xiàn)場(chǎng)儀表（壓力傳感器、溫度傳感器等）的模擬量信號(hào)。

（５）高速計(jì)數(shù)器，主要用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)、扭矩儀等的脈沖信號(hào)。

（６）控制器主要用于信號(hào)采集、處理，ＰＩＤ控制，數(shù)據(jù)計(jì)算處理、存儲(chǔ)。

４．３可編程邏輯控制器（磁翻板液位計(jì)）的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用ＳＴＥＰ　７－Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮ　ＳＭＡＲＴ軟件編寫［２］，軟件中有主程序、子程序、時(shí)間中斷、ＰＩＤ控制［３］等功能塊，采用時(shí)間中斷１ｍｓ為周期來處理數(shù)據(jù)速度和ＰＩＤ自動(dòng)控制系統(tǒng)。

軟件編寫采用功能塊化，主要有主程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)顯示、邏輯控制、ＰＩＤ控制、高速計(jì)數(shù)控制等功能塊，方便工程師編寫和調(diào)用程序。

５人機(jī)界面監(jiān)控

人機(jī)界面采用西門子ＳＭＡＲＴ　１０００ＩＥ觸摸屏。人機(jī)界面為用戶提供了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、報(bào)警顯示和記錄、歷史數(shù)據(jù)查看、參數(shù)畫面、趨勢(shì)圖等功能［４］。

（１）數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控。控制液壓馬達(dá)測(cè)試系統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)／停止操作及運(yùn)行狀態(tài)；采集數(shù)據(jù)后應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，以動(dòng)態(tài)畫面和數(shù)據(jù)報(bào)表等形式表達(dá)。

（２）歷史數(shù)據(jù)處理。為用戶提供了歷史數(shù)據(jù)的查看和分析功能。

（３）歷史報(bào)警記錄。用戶在任何時(shí)候都可以查看歷史故障報(bào)警信息。

６結(jié)語

基于磁翻板液位計(jì)和人機(jī)界面在液壓馬達(dá)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用已日益成熟，滿足試驗(yàn)要求，并在測(cè)試系統(tǒng)中取得了良好的效果。人機(jī)界面操作方便、簡(jiǎn)單，控制可靠、穩(wěn)定性高，提高了測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度和自動(dòng)化水平。