液压泵检测控制与分析系统的设计

2.太重集团榆次液压工业有限公司，山西晋中030600）摘要：液压泵型式试验测试过程繁琐、检测数据量大、性能分析困难，因此，设计了基于PLC和组态软件以及 MATLAB的检测控制分析系统。通过实践证明，该系统自动化程度高、检测精度高、测试效率高、操作方便，提高了企业

的智能制造水平。关键词：液压泵；PLC；组态软件；MATLAB中图分类号：TH137Design of Test Control and Analysis System of Hydraulic PumpXU Shanzhi1 , YAN Mei2, QIAO Lingxiao1(1. Department of Electrical Engineering and Automation, Shanxi Institute of Energy,

Jinzhong Shanxi 030600, China ； 2. Taiyuan Heavy Machinery Group Yuci Hydraulic

Industry Co., Ltd., Jinzhong Shanxi 030600, China)Abstract: The type test of hydraulic pump is complicated, the data is large and the performance analysis is difficult. Therefore, the detection and control analysis system based on Programmable Logical Controller ( PLC) , configuration software and MATLAB is

designed. It has been proved by practice that the system has high degree of automation, high detection accuracy, high test efficiency

and convenient operation, which has improved the intelligent manufacturing level of enterprises.Keywords: Hydraulic pump ； PLC ； Configuration softwareMATLABMATLAB对检测数据进行处理，设计了适合普通测试

0前言液压泵是液压系统中的动力元件，将电动机的机 械能转换成液体的压力能，其性能的优劣直接影响到

员使用的应用程序。1液压系统考虑到企业三联液压齿轮泵的性能指标和型式试 验的项目及方法，将被试泵放置在液压系统回路的主 动力单元中，由变频器与变频电机实现被试泵的无级

整个系统的可靠性。因此液压泵在研发试制时，都必 须进行型式试验，即跟据新产品的性能标准，验证其

能否全部达到设计要求。近年来，随着自动控制技术

的发展，特别是中国制造2025的提出，我国液压泵 试验台也朝着自动化、智能化的方向快速发展。目

调速，并且将被试泵输出的压力油分为跑合试验回路 和型式试验回路。前，以单片机、PLC为下位机，以VB、VC + +、 LabVIEW、组态软件为上位机的结构模式成为了液压

跑合试验回路由对油液清洁度要求不高的普通电 磁溢流阀和电磁换向阀构成。主要是检查被试泵能否

泵检测控制系统的主要研究和应用方向\"7。但是普 遍存在测试工作繁重、强度大，需要测试人员多，试

正常工作，同时也对泵体进行进一步清洗，为型式试 验做准备。具体是在额定转速下，A、B、C3个泵输

验数据处理困难等问题⑴句。出压力同时从空载开始逐级加载，分级跑合，并且保 证在额定压力下运行一定时间。型式试验回路由比例溢流阀控制压力，同时在回 路中设置压力、流量、温度传感器，根据型式试验方 法的要求采集数据。试验项目主要包括排量验证试

因此，本文作者设计了基于PLC和组态软件以 及MATLAB的检测控制与分析系统。该系统有效地

简化了试验员的操作步骤，提高了检测效率，同时避 免了人为误差，保障了试验数据的可靠性。并且借助收稿日期：2018-08-13作者简介（通信作者）：徐善智（1985—），男，硕士，工程师，长期从事自动控制技术的教学和科研工作。E-mail：

xushanzhi@ 163. com。第21期徐善智等：液压泵检测控制与分析系统的设计• 127 •验、自吸试验、噪声试验、低温试验、高温试验、低 关量输入输出模块和模拟量输入输出模块。变频电机 速试验、超速试验、满载试验、超载试验、冲击试

为37 kW,对应的西门子变频器为6440-2AD33-

验、效率试验。7EA1。根据型式试验允许系统误差的要求选择各传

2检测控制系统感器：贺德克高精度压力传感器HDA3844-A-400-

检测控制系统总体上采用PLC加组态软件的形

YOO,精度士0.15%；贺德克温度传感器ETS4144-A-

式。PLC完成数据采集，与工控机共同处理数据，由 Y00,精度±0.8%； KRACHT 流量传感器 VC1F1PS,

上位机软件进行监控。精度±0. 1%,分辨率0.1 L/min;威斯特中航扭矩转 2. 1 硬件设计速传感器CYB-803S系列，精度±0.25%。主要硬件包括触摸显示屏、工控机、PLC、变频 2. 2软件设计器、各类传感器、二次仪表等，如图1所示。软件设计包括PLC程序、组态软件、绘图软件3 触摸A个部分。因为型式试验项目多，并且要测试的数据量

___h工控机二次 操作 显示屏CP5611板卡仪表 面板庞大。所以，整个程序设计的宗旨是要有良好的人机 7F交互，操作简单、方便。2. 2. 1 PLC 程序PLC程序按照模块化的形式编写，将泵站控制、

数据处理、各型式试验项目分别设计为子程序。在主

程序中初始化后，每个扫描周期内，泵站控制和数据 处理子程序都要运行，而其他试验项目子程序则按需

调用。整个程序结构清晰，调试方便，实现了整个试

验过程的一键启动。另外，对于液压泵速度和出口压 力的控制，采用PID闭环调节，保证系统的快速性、

稳定性和可靠性。但在调节参数时要注意，其超调量

图1检测控制系统硬件结构图

不宜太大，以免损坏被测泵。触摸显示屏选用ELO的42 cm ( 19\")产品。工 2. 2. 2 组态软件控机选用研华的IPC610H。PLC采用西门子S7-200组态软件采用的是亚控科技的组态王软件。设计 系列，其中CPU 226有6路高速计数通道，接收流 的人机界面可视性强，能够直观地监测整个液压系统 量、转速、扭矩的高速脉冲信号，同时扩展有多个开的运行状态，如图2所示。•>A泵9 9 9反转扭矩(N • m)O99•>9 9'1 iin???图2液压系统运行监测图・128・机床与液压第47卷试验员在操作时，只需选择泵的型号及试验项 计算后保存在数据库中，并在画面上实时显示，如图

3所示。试验完成后，试验员可根据需要，打印出试

目，并填写被测泵编号，确认后即可方便地完成整个

试验过程。所有的检测数据都存储在数据库中，排 验记录表，供其他部门人员使用。量、容积效率、总效率、功率等数据，经组态王软件标定多数转11用力MP.03 26 49 612 81603 26 49 512 81603 26 49 612 81603 26 49 812 1603.26 49.612.816压力提撮试聆…自毁噪声试擊 低墨试筆

育沒试豊 低建试验満栽试軽冲击试軽效率检査r/ein5005005005005005008758758758758758751250125012S012S01250125016251625162516258数据打印参数设定162520002000200020002OC0200024 624.524 624 824 624 624 624 624 624 724 724 724 724 324 724 824 824 T24.824 a24 824.824 924 924 924 924 9252525\"C转速r/Blri497 2499.2500 4500498 6498 8873 6876874875 2873 68741247 61249 21250 41248 41249 61248 81621.21624 41624162416241625.21996 819981999 21998. 419981998 8幷量脸证測试报表实测于與无虽L/ni吾力肝替炬液压功率b泵N »CT歸鬲b泵c泵0 83.26.39 512 8160 93 16 49 512 8160 93 26 39 612.8160.93 26 39.612 61613.26 39.512.8160 93.26 39 612 8160.93 16 49 512 81613 26 49 612 81613 26 39.612 615.913 16 39.512 8160 93 26 49 512 81613 16 49 512 8163 26 49 612 8163 1淌污20-35匸9 6 p 81613 26 49 512 8163 963.893.823 743 63 467 066 98e 846 486 486 4110 0110 019 949.799 659. 4313. J13 0312 8912 7412 5312.2416 1316 216 0615 7715 7715 554 033.743 463 13 243 L46 8A6.646 556 196 485 9810 0199 59 9 389 2913 0312 0912 6712.17Qf1 461 441 391 321 2S1 082 642 572 472.42 32 213 773 T3 623 53 463 41<824 e4 84 684 564 545 985 95 835.815 71S 69 i2630384564719 526 :36 539 859 54 812 823 932.243 7557.413 425% 254 63.711213040520 10.50 91 31 2 10 30 91 一2 43 23 90 41 22 43 64 85 90.51 63 24.71llXi97.895 79490 68710398 796 991 791 890 e10099 999 197 S96 294 210099 398 297 193.2100100.499 q97.797 796 3逶5F枳效率％鯉库査询Ib泵10092.585.276 480 180 110099. 795 790 494.787.310095 694.890.693 492 710G98 797 I93.293 T10099 997 29596 896 7c泵1009894 .5 L89 \"8573 51009793 690 87 383 6100989692 M91 690 4 \\T10099 3 |99 396 « 93 8 L100 198.7 197 5 M97. 1 I95 5 |12 2415 9615 9615 5515 1915 4815 487.70 645.97 g9 82初始界面|参数标定图3试验测试结果图2. 2.3绘图软件20液压泵的型式试验要求绘制出功率、流量、效率 随转速和压力变化的曲线，以及容积效率和总效率等 效率曲线。通过试验检测得到的数据都是一些离散的

0(・

186 4 2 0 8 6

点，通过有效的数据处理来获得其他位置的数据，绘

制出符合精度要求的特性曲线，也是一项重要的 工作。.slnd・、&

«l目前的组态软件与各PLC的通信都十分便捷, 并且人机界面功能强大，图库越来越丰富，开放性也

垢田詹

越来越强。但是共同的弱点是绘图能力不强，难以绘 制等效率曲线这样的复杂图形。而MATLAB软件的 数学计算和图像处理功能强大。因此该设计在组态王

2

4

6

8 10 12 输出压力卩2/MPa14

16

编写人机界面的基础上，运用MATLAB绘制液压泵的 特性曲线⑴。通过DDE数据交换技术，MATLAB可读取当前

4 A泵特性曲线（A泵容积效率等效率曲线）组态王中存储的测试数据，并绘制特性曲线。试验 员也可将任意一台已经测试过的液压泵的数据，由

e*X S-B •e'yM垢田倔

数据库导出到EXCEL文件，再通过MATLAB程序

读取该文件中的数据，生成特性曲线。考虑到企业

试验员的文化程度普遍不高，很难运用MATLAB软

件。故将程序封装生成方便一般人员使用的EXE可

执行程序，取得了良好的效果。对该企业的三联液

压齿轮泵进行检测，并根据试验数据绘制的特性曲 线如图4一7所示。从图中可以看出A、B、C3个

泵各自流量、压力、转速以及容积效率之间的关 系。并且在总特性曲线图中还绘制了等机械功率 曲线。输出压力p/MPa图5 B泵特性曲线（B泵容积效率等效率曲线）第21期徐善智等：液压泵检测控制与分析系统的设计• 129 •7 6 = .(5= 111 4・ 」)、&3* 無田2

鏈

6

8 10 12 14

16

18输出压力p/MPa图6 C泵特性曲线（C泵容积效率等效率曲线）■(

.EU1 ・6>020«|塢15田詹10500 26

8 10 12 14 16 18输出压力\"MPa图7总特性曲线（总效率等效率曲线）3总结及展望所设计的液压泵测试系统是将液压技术、自动控 制检测技术、人机交互技术和计算机绘图技术有效运

用的综合性系统，具有自动化程度高、检测精度高、 测试效率高、人机界面友好、整体稳定可靠、操作便 捷、容易上手等特点。整套系统自交付企业使用以

来，不但有效地保障了液压泵的品质，满足了其设计

和生产的要求，而且节省了人工成本，提高了效率, 为企业带来经济效益。智能制造是高端装备制造业发展的必然趋势，其 中重要的是数字车间与工业机器人的应用闯。液压泵 检测技术也应当向着数字化、智能化、网络化的方向

发展。所设计的测试系统已完成了试验台的组网，为

以后实现移动终端监控、工业机器人替代人工装卸液

压泵等工作创造了条件。参考文献：[1] 易建钢，徐萍.电控液压泵的计算机性能检测系统研究

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