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進(jìn)口電磁閥動作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-德國萊克LIK品牌
發(fā)布時間:2023/4/21
電磁閥動作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究對工業(yè)生產(chǎn)有著非常大的意義。傳統(tǒng)動作壽命試驗(yàn)方法耗費(fèi)的時間與成本較大。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，同時對其試驗(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)，對高性能電磁閥的開發(fā)提供高效能測試研究借鑒。
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)雜及自動化需求對設(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，電磁閥的動作時間、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)對電磁閥產(chǎn)品指標(biāo)的及時、準(zhǔn)確測定十分必要。在各項(xiàng)電磁閥試驗(yàn)中，評估工作可靠性的主要試驗(yàn)方法是動作壽命試驗(yàn)。在可編程控制器的基礎(chǔ)上，力求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動化程度高、可靠性能好和操作簡易的試驗(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)電磁閥入口時氣壓控制在0―0.8MPa范圍內(nèi)，因此空氣壓縮機(jī)配儲氣瓶的使用，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)壓閥可以保證被測電磁閥入口處氣壓始終保持在符合測試要求的范圍內(nèi)。然后在額定驅(qū)動電信號的作用下，可以借助PLC控制使得被測閥逐個開始開關(guān)試驗(yàn)并持續(xù)循環(huán)，以達(dá)到規(guī)定動作次數(shù)為止，完成動作實(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、高效率及自動調(diào)節(jié)壓力變化或運(yùn)行功能的條件[2]。包括與被測閥在內(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，這樣也避免了對被測閥造成直接或間接影響。而控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)的起停及被測電磁閥的驅(qū)動，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輸入信號中，一般地由空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制信號、過載保護(hù)信號及被測電磁閥的起停控制信號來組成。同時，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，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個以上。而其他控制對象還有1個空氣壓縮機(jī)電機(jī)、5個被測閥及6個以上的可確定PLC開關(guān)量。PLC輸出部件工作壽命保證的基礎(chǔ)上，被測電磁閥才可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定驅(qū)動。在這方面可靠性高、反應(yīng)速度快及無動作限制的應(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、被測電磁起停控制按鈕SB2及一路保護(hù)信號輸入組成。輸出驅(qū)動的6個SSR（固態(tài)繼電器）中，SSR控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)為1個，SSR控制被測電磁閥為5個。而SSR對負(fù)載的間接控制，也很好地保護(hù)了PLC，實(shí)現(xiàn)了對試驗(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)對空氣壓縮機(jī)電機(jī)和被測電磁閥單的按鈕起停控制[3]。也就是說，奇數(shù)次時，通過空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制按鈕來使電機(jī)氣動并保持工作；偶數(shù)次時，還是電機(jī)起停控制按鈕利用PLC輸出使得電機(jī)停止。在被測電磁閥上，道理是一樣的。
在對空氣壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行控制時需要的SSR容量較大，對被測電磁閥控制時需要的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)，并且每個被測電磁閥線圈端口均有單個二極管的反并聯(lián)，借此實(shí)現(xiàn)對泄放回路的保護(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)斷時間值、電磁閥實(shí)驗(yàn)動作次數(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)次啟動電機(jī)控制按鈕時，在沒有過載保護(hù)功能的前提下，電機(jī)工作開始；如果其工作過程無過載保護(hù)或者電磁閥動作次數(shù)不達(dá)設(shè)定值，則電動機(jī)工作及被測電磁閥動作均恢復(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)時化。另外，上位機(jī)里的信息自動記錄功能（類似于電磁閥試驗(yàn)動作次數(shù)的自動保存記錄集報警信息的自動記錄等）更加合理，便捷。如此上下級控制方式利用人機(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化及可靠性程度。
六、結(jié)束語
本系統(tǒng)的形成，尤其是耐久動作試驗(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，操作簡單方便且自動化程度較高，無需人員值守，實(shí)現(xiàn)了與其設(shè)計(jì)目的。這也為今后電磁閥測試平臺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)雜及自動化需求對設(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，電磁閥的動作時間、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)對電磁閥產(chǎn)品指標(biāo)的及時、準(zhǔn)確測定十分必要。在各項(xiàng)電磁閥試驗(yàn)中，評估工作可靠性的主要試驗(yàn)方法是動作壽命試驗(yàn)。在可編程控制器的基礎(chǔ)上，力求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動化程度高、可靠性能好和操作簡易的試驗(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)電磁閥入口時氣壓控制在0―0.8MPa范圍內(nèi)，因此空氣壓縮機(jī)配儲氣瓶的使用，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)壓閥可以保證被測電磁閥入口處氣壓始終保持在符合測試要求的范圍內(nèi)。然后在額定驅(qū)動電信號的作用下，可以借助PLC控制使得被測閥逐個開始開關(guān)試驗(yàn)并持續(xù)循環(huán)，以達(dá)到規(guī)定動作次數(shù)為止，完成動作實(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、高效率及自動調(diào)節(jié)壓力變化或運(yùn)行功能的條件[2]。包括與被測閥在內(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，這樣也避免了對被測閥造成直接或間接影響。而控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)的起停及被測電磁閥的驅(qū)動，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輸入信號中，一般地由空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制信號、過載保護(hù)信號及被測電磁閥的起停控制信號來組成。同時，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，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個以上。而其他控制對象還有1個空氣壓縮機(jī)電機(jī)、5個被測閥及6個以上的可確定PLC開關(guān)量。PLC輸出部件工作壽命保證的基礎(chǔ)上，被測電磁閥才可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定驅(qū)動。在這方面可靠性高、反應(yīng)速度快及無動作限制的應(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、被測電磁起停控制按鈕SB2及一路保護(hù)信號輸入組成。輸出驅(qū)動的6個SSR（固態(tài)繼電器）中，SSR控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)為1個，SSR控制被測電磁閥為5個。而SSR對負(fù)載的間接控制，也很好地保護(hù)了PLC，實(shí)現(xiàn)了對試驗(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)對空氣壓縮機(jī)電機(jī)和被測電磁閥單的按鈕起停控制[3]。也就是說，奇數(shù)次時，通過空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制按鈕來使電機(jī)氣動并保持工作；偶數(shù)次時，還是電機(jī)起停控制按鈕利用PLC輸出使得電機(jī)停止。在被測電磁閥上，道理是一樣的。
在對空氣壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)行控制時需要的SSR容量較大，對被測電磁閥控制時需要的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)，并且每個被測電磁閥線圈端口均有單個二極管的反并聯(lián)，借此實(shí)現(xiàn)對泄放回路的保護(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)斷時間值、電磁閥實(shí)驗(yàn)動作次數(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)次啟動電機(jī)控制按鈕時，在沒有過載保護(hù)功能的前提下，電機(jī)工作開始；如果其工作過程無過載保護(hù)或者電磁閥動作次數(shù)不達(dá)設(shè)定值，則電動機(jī)工作及被測電磁閥動作均恢復(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)時化。另外，上位機(jī)里的信息自動記錄功能（類似于電磁閥試驗(yàn)動作次數(shù)的自動保存記錄集報警信息的自動記錄等）更加合理，便捷。如此上下級控制方式利用人機(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化及可靠性程度。
六、結(jié)束語
本系統(tǒng)的形成，尤其是耐久動作試驗(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，操作簡單方便且自動化程度較高，無需人員值守，實(shí)現(xiàn)了與其設(shè)計(jì)目的。這也為今后電磁閥測試平臺的綜合性及高性能研究奠定一定基礎(chǔ)。
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