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進(jìn)口電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-德國(guó)萊克LIK品牌
發(fā)布時(shí)間:2023/4/21
電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著非常大的意義。傳統(tǒng)動(dòng)作壽命試驗(yàn)方法耗費(fèi)的時(shí)間與成本較大。本文正是在這樣的背景下，基于PLC（可編程控制器）控制的電磁閥可靠性及耐久性系統(tǒng)的嘗試，同時(shí)對(duì)其試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及軟硬件設(shè)計(jì)等運(yùn)用文字進(jìn)行詳實(shí)描述。通過構(gòu)建此試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)高性能電磁閥的開發(fā)提供高效能測(cè)試研究借鑒。
關(guān)鍵詞：進(jìn)口電磁閥
一、引言
如今，機(jī)電一體化發(fā)展步伐加快，尤其是工業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜及自動(dòng)化需求對(duì)設(shè)備性能提出更高的要求。作為流體控制系統(tǒng)的主要元件，電磁閥的動(dòng)作時(shí)間、壽命等指標(biāo)是系統(tǒng)工作性能得以發(fā)揮的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。因此，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)電磁閥產(chǎn)品指標(biāo)的及時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)定十分必要。在各項(xiàng)電磁閥試驗(yàn)中，評(píng)估工作可靠性的主要試驗(yàn)方法是動(dòng)作壽命試驗(yàn)。在可編程控制器的基礎(chǔ)上，力求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度高、可靠性能好和操作簡(jiǎn)易的試驗(yàn)系統(tǒng)。
二、關(guān)于試驗(yàn)系統(tǒng)流路的設(shè)計(jì)
首先試驗(yàn)環(huán)境方面，要求北側(cè)電磁閥入口時(shí)氣壓控制在0―0.8MPa范圍內(nèi)，因此空氣壓縮機(jī)配儲(chǔ)氣瓶的使用，使得可以壓縮空氣至氣瓶中并保持在1MPa。
在氣瓶的出口處，我們可以看到依次有壓力表，過濾器及自帶壓力表（即調(diào)壓閥）。試驗(yàn)中調(diào)壓閥是調(diào)節(jié)氣瓶出口壓力的主要使用部分。也就是說調(diào)壓閥可以保證被測(cè)電磁閥入口處氣壓始終保持在符合測(cè)試要求的范圍內(nèi)。然后在額定驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的作用下，可以借助PLC控制使得被測(cè)閥逐個(gè)開始開關(guān)試驗(yàn)并持續(xù)循環(huán)，以達(dá)到規(guī)定動(dòng)作次數(shù)為止，完成動(dòng)作實(shí)驗(yàn)壽命的試驗(yàn)工作。
在該系統(tǒng)的試驗(yàn)條件下，我們需要滿足實(shí)驗(yàn)壓力要求的靜音無(wú)油空氣壓縮機(jī)，該機(jī)器應(yīng)具備高輸出壓力、高效率及自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力變化或運(yùn)行功能的條件[2]。包括與被測(cè)閥在內(nèi)的管路連接，都將快換接頭與工程塑料軟管插接相配合的方式作為首選。該方式不僅可以完全符合耐壓性能要求，而且在安裝拆卸等方面都十分方便。在保證流體清潔度方面，在管路入口處加裝精密空氣干燥凈化過濾器，這樣也避免了對(duì)被測(cè)閥造成直接或間接影響。而控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)的起停及被測(cè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)，則通過PLC控制實(shí)現(xiàn)。不過為了方便能夠在監(jiān)控環(huán)境下操作，一般通過上下機(jī)位控制方式來實(shí)現(xiàn)PLC與一體計(jì)算機(jī)的連接。
三、關(guān)于PLC的硬件設(shè)計(jì)
（一）PLC的選型。PLC輸入信號(hào)中，一般地由空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制信號(hào)、過載保護(hù)信號(hào)及被測(cè)電磁閥的起停控制信號(hào)來組成。同時(shí)，因?yàn)榫幊炭梢詭椭鷨伟粹o進(jìn)行起停控制及串聯(lián)輸入保護(hù)信號(hào)，所以在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，PLC的開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)均在3個(gè)以上。而其他控制對(duì)象還有1個(gè)空氣壓縮機(jī)電機(jī)、5個(gè)被測(cè)閥及6個(gè)以上的可確定PLC開關(guān)量。PLC輸出部件工作壽命保證的基礎(chǔ)上，被測(cè)電磁閥才可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。在這方面可靠性高、反應(yīng)速度快及無(wú)動(dòng)作限制的應(yīng)用類型是晶體管輸出型。在綜合各種系統(tǒng)要求及性價(jià)比因素后，歐姆龍PLC產(chǎn)品ZEN系列中的10C1DT-D-V2及擴(kuò)展I/O單元較為適合系統(tǒng)要求。（二）輸入接線與輸出接線。通過對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)要求的分析，設(shè)計(jì)出PLC輸入及輸出驅(qū)動(dòng)電路。輸入系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制按鈕SB1、被測(cè)電磁起停控制按鈕SB2及一路保護(hù)信號(hào)輸入組成。輸出驅(qū)動(dòng)的6個(gè)SSR（固態(tài)繼電器）中，SSR控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)為1個(gè)，SSR控制被測(cè)電磁閥為5個(gè)。而SSR對(duì)負(fù)載的間接控制，也很好地保護(hù)了PLC，實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性提高。
在PLC的控制程序中，單按鈕控制功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓縮機(jī)電機(jī)和被測(cè)電磁閥單的按鈕起停控制[3]。也就是說，奇數(shù)次時(shí)，通過空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制按鈕來使電機(jī)氣動(dòng)并保持工作；偶數(shù)次時(shí)，還是電機(jī)起停控制按鈕利用PLC輸出使得電機(jī)停止。在被測(cè)電磁閥上，道理是一樣的。
在對(duì)空氣壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)需要的SSR容量較大，對(duì)被測(cè)電磁閥控制時(shí)需要的SSR容量較小。在不同的電壓電流等參數(shù)下，SSR的選擇尤為重要。電磁閥線圈在感性負(fù)載的范疇內(nèi)，并且每個(gè)被測(cè)電磁閥線圈端口均有單個(gè)二極管的反并聯(lián)，借此實(shí)現(xiàn)對(duì)泄放回路的保護(hù)。空氣壓縮機(jī)電機(jī)電路中，F(xiàn)U（快速熔斷器）、FR（熱繼電器）的連串，分別在短路和過載保護(hù)方面發(fā)揮作用。
除此之外，SSR的使用、保護(hù)措施的多重設(shè)置、PLC本身的高穩(wěn)定性，使得試驗(yàn)系統(tǒng)的安全可靠性能得以提高。
四、關(guān)于PLC軟件的設(shè)計(jì)
遵照試驗(yàn)系統(tǒng)控制要求以及運(yùn)行特點(diǎn)，一些技巧的使用，（如順序控制設(shè)計(jì)的編程方法、單按鈕控制及計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)等）使得PLC的程序編寫更為便捷。PLC系統(tǒng)程序有初始化子程序與主程序兩部分構(gòu)成。其中，初始化子程序主要應(yīng)用在關(guān)斷時(shí)間值、電磁閥實(shí)驗(yàn)動(dòng)作次數(shù)值等初始化操作及初始值的設(shè)置上；主程序主要用來控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)和電磁閥。
當(dāng)奇數(shù)次啟動(dòng)電機(jī)控制按鈕時(shí)，在沒有過載保護(hù)功能的前提下，電機(jī)工作開始；如果其工作過程無(wú)過載保護(hù)或者電磁閥動(dòng)作次數(shù)不達(dá)設(shè)定值，則電動(dòng)機(jī)工作及被測(cè)電磁閥動(dòng)作均恢復(fù)停止?fàn)顟B(tài)。
五、關(guān)于上位機(jī)的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在歐姆龍PLC按鍵功能設(shè)置及修改液晶顯示屏功能上，借助PLC內(nèi)部程序集參數(shù)，來大道控制試驗(yàn)系統(tǒng)的目的。不過期操作過程較為繁復(fù)，需要專業(yè)人員才能適合使用。在試驗(yàn)系統(tǒng)操作人員的監(jiān)控下，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)條件，系統(tǒng)通過上下位機(jī)控制方式來連接PLC及PC機(jī)。同時(shí)利用MCGS軟件進(jìn)行組態(tài)，完成上機(jī)位程序以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的實(shí)時(shí)化。另外，上位機(jī)里的信息自動(dòng)記錄功能（類似于電磁閥試驗(yàn)動(dòng)作次數(shù)的自動(dòng)保存記錄集報(bào)警信息的自動(dòng)記錄等）更加合理，便捷。如此上下級(jí)控制方式利用人機(jī)界面使得該試驗(yàn)系統(tǒng)不僅操作便捷，而且擁有極高的自動(dòng)化及可靠性程度。
六、結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)的形成，尤其是耐久動(dòng)作試驗(yàn)不斷進(jìn)行，更加證明了其良好的工作整體性能。試驗(yàn)效果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單方便且自動(dòng)化程度較高，無(wú)需人員值守，實(shí)現(xiàn)了與其設(shè)計(jì)目的。這也為今后電磁閥測(cè)試平臺(tái)的綜合性及高性能研究奠定一定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：進(jìn)口電磁閥
一、引言
如今，機(jī)電一體化發(fā)展步伐加快，尤其是工業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜及自動(dòng)化需求對(duì)設(shè)備性能提出更高的要求。作為流體控制系統(tǒng)的主要元件，電磁閥的動(dòng)作時(shí)間、壽命等指標(biāo)是系統(tǒng)工作性能得以發(fā)揮的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。因此，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)電磁閥產(chǎn)品指標(biāo)的及時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)定十分必要。在各項(xiàng)電磁閥試驗(yàn)中，評(píng)估工作可靠性的主要試驗(yàn)方法是動(dòng)作壽命試驗(yàn)。在可編程控制器的基礎(chǔ)上，力求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度高、可靠性能好和操作簡(jiǎn)易的試驗(yàn)系統(tǒng)。
二、關(guān)于試驗(yàn)系統(tǒng)流路的設(shè)計(jì)
首先試驗(yàn)環(huán)境方面，要求北側(cè)電磁閥入口時(shí)氣壓控制在0―0.8MPa范圍內(nèi)，因此空氣壓縮機(jī)配儲(chǔ)氣瓶的使用，使得可以壓縮空氣至氣瓶中并保持在1MPa。
在氣瓶的出口處，我們可以看到依次有壓力表，過濾器及自帶壓力表（即調(diào)壓閥）。試驗(yàn)中調(diào)壓閥是調(diào)節(jié)氣瓶出口壓力的主要使用部分。也就是說調(diào)壓閥可以保證被測(cè)電磁閥入口處氣壓始終保持在符合測(cè)試要求的范圍內(nèi)。然后在額定驅(qū)動(dòng)電信號(hào)的作用下，可以借助PLC控制使得被測(cè)閥逐個(gè)開始開關(guān)試驗(yàn)并持續(xù)循環(huán)，以達(dá)到規(guī)定動(dòng)作次數(shù)為止，完成動(dòng)作實(shí)驗(yàn)壽命的試驗(yàn)工作。
在該系統(tǒng)的試驗(yàn)條件下，我們需要滿足實(shí)驗(yàn)壓力要求的靜音無(wú)油空氣壓縮機(jī)，該機(jī)器應(yīng)具備高輸出壓力、高效率及自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力變化或運(yùn)行功能的條件[2]。包括與被測(cè)閥在內(nèi)的管路連接，都將快換接頭與工程塑料軟管插接相配合的方式作為首選。該方式不僅可以完全符合耐壓性能要求，而且在安裝拆卸等方面都十分方便。在保證流體清潔度方面，在管路入口處加裝精密空氣干燥凈化過濾器，這樣也避免了對(duì)被測(cè)閥造成直接或間接影響。而控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)的起停及被測(cè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)，則通過PLC控制實(shí)現(xiàn)。不過為了方便能夠在監(jiān)控環(huán)境下操作，一般通過上下機(jī)位控制方式來實(shí)現(xiàn)PLC與一體計(jì)算機(jī)的連接。
三、關(guān)于PLC的硬件設(shè)計(jì)
（一）PLC的選型。PLC輸入信號(hào)中，一般地由空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制信號(hào)、過載保護(hù)信號(hào)及被測(cè)電磁閥的起停控制信號(hào)來組成。同時(shí)，因?yàn)榫幊炭梢詭椭鷨伟粹o進(jìn)行起停控制及串聯(lián)輸入保護(hù)信號(hào)，所以在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，PLC的開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)均在3個(gè)以上。而其他控制對(duì)象還有1個(gè)空氣壓縮機(jī)電機(jī)、5個(gè)被測(cè)閥及6個(gè)以上的可確定PLC開關(guān)量。PLC輸出部件工作壽命保證的基礎(chǔ)上，被測(cè)電磁閥才可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。在這方面可靠性高、反應(yīng)速度快及無(wú)動(dòng)作限制的應(yīng)用類型是晶體管輸出型。在綜合各種系統(tǒng)要求及性價(jià)比因素后，歐姆龍PLC產(chǎn)品ZEN系列中的10C1DT-D-V2及擴(kuò)展I/O單元較為適合系統(tǒng)要求。（二）輸入接線與輸出接線。通過對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)要求的分析，設(shè)計(jì)出PLC輸入及輸出驅(qū)動(dòng)電路。輸入系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制按鈕SB1、被測(cè)電磁起停控制按鈕SB2及一路保護(hù)信號(hào)輸入組成。輸出驅(qū)動(dòng)的6個(gè)SSR（固態(tài)繼電器）中，SSR控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)為1個(gè)，SSR控制被測(cè)電磁閥為5個(gè)。而SSR對(duì)負(fù)載的間接控制，也很好地保護(hù)了PLC，實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性提高。
在PLC的控制程序中，單按鈕控制功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓縮機(jī)電機(jī)和被測(cè)電磁閥單的按鈕起停控制[3]。也就是說，奇數(shù)次時(shí)，通過空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制按鈕來使電機(jī)氣動(dòng)并保持工作；偶數(shù)次時(shí)，還是電機(jī)起停控制按鈕利用PLC輸出使得電機(jī)停止。在被測(cè)電磁閥上，道理是一樣的。
在對(duì)空氣壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)需要的SSR容量較大，對(duì)被測(cè)電磁閥控制時(shí)需要的SSR容量較小。在不同的電壓電流等參數(shù)下，SSR的選擇尤為重要。電磁閥線圈在感性負(fù)載的范疇內(nèi)，并且每個(gè)被測(cè)電磁閥線圈端口均有單個(gè)二極管的反并聯(lián)，借此實(shí)現(xiàn)對(duì)泄放回路的保護(hù)。空氣壓縮機(jī)電機(jī)電路中，F(xiàn)U（快速熔斷器）、FR（熱繼電器）的連串，分別在短路和過載保護(hù)方面發(fā)揮作用。
除此之外，SSR的使用、保護(hù)措施的多重設(shè)置、PLC本身的高穩(wěn)定性，使得試驗(yàn)系統(tǒng)的安全可靠性能得以提高。
四、關(guān)于PLC軟件的設(shè)計(jì)
遵照試驗(yàn)系統(tǒng)控制要求以及運(yùn)行特點(diǎn)，一些技巧的使用，（如順序控制設(shè)計(jì)的編程方法、單按鈕控制及計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)等）使得PLC的程序編寫更為便捷。PLC系統(tǒng)程序有初始化子程序與主程序兩部分構(gòu)成。其中，初始化子程序主要應(yīng)用在關(guān)斷時(shí)間值、電磁閥實(shí)驗(yàn)動(dòng)作次數(shù)值等初始化操作及初始值的設(shè)置上；主程序主要用來控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)和電磁閥。
當(dāng)奇數(shù)次啟動(dòng)電機(jī)控制按鈕時(shí)，在沒有過載保護(hù)功能的前提下，電機(jī)工作開始；如果其工作過程無(wú)過載保護(hù)或者電磁閥動(dòng)作次數(shù)不達(dá)設(shè)定值，則電動(dòng)機(jī)工作及被測(cè)電磁閥動(dòng)作均恢復(fù)停止?fàn)顟B(tài)。
五、關(guān)于上位機(jī)的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在歐姆龍PLC按鍵功能設(shè)置及修改液晶顯示屏功能上，借助PLC內(nèi)部程序集參數(shù)，來大道控制試驗(yàn)系統(tǒng)的目的。不過期操作過程較為繁復(fù)，需要專業(yè)人員才能適合使用。在試驗(yàn)系統(tǒng)操作人員的監(jiān)控下，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)條件，系統(tǒng)通過上下位機(jī)控制方式來連接PLC及PC機(jī)。同時(shí)利用MCGS軟件進(jìn)行組態(tài)，完成上機(jī)位程序以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的實(shí)時(shí)化。另外，上位機(jī)里的信息自動(dòng)記錄功能（類似于電磁閥試驗(yàn)動(dòng)作次數(shù)的自動(dòng)保存記錄集報(bào)警信息的自動(dòng)記錄等）更加合理，便捷。如此上下級(jí)控制方式利用人機(jī)界面使得該試驗(yàn)系統(tǒng)不僅操作便捷，而且擁有極高的自動(dòng)化及可靠性程度。
六、結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)的形成，尤其是耐久動(dòng)作試驗(yàn)不斷進(jìn)行，更加證明了其良好的工作整體性能。試驗(yàn)效果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單方便且自動(dòng)化程度較高，無(wú)需人員值守，實(shí)現(xiàn)了與其設(shè)計(jì)目的。這也為今后電磁閥測(cè)試平臺(tái)的綜合性及高性能研究奠定一定基礎(chǔ)。
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