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進口電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)設計-德國萊克LIK品牌
發(fā)布時間:2023/4/21
電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)設計研究對工業(yè)生產(chǎn)有著非常大的意義。傳統(tǒng)動作壽命試驗方法耗費的時間與成本較大。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，同時對其試驗系統(tǒng)結構、原理及軟硬件設計等運用文字進行詳實描述。通過構建此試驗系統(tǒng)，對高性能電磁閥的開發(fā)提供高效能測試研究借鑒。
關鍵詞：進口電磁閥
一、引言
如今，機電一體化發(fā)展步伐加快，尤其是工業(yè)生產(chǎn)的復雜及自動化需求對設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、壽命等指標是系統(tǒng)工作性能得以發(fā)揮的關鍵點[1]。因此，通過實驗對電磁閥產(chǎn)品指標的及時、準確測定十分必要。在各項電磁閥試驗中，評估工作可靠性的主要試驗方法是動作壽命試驗。在可編程控制器的基礎上，力求設計并實現(xiàn)自動化程度高、可靠性能好和操作簡易的試驗系統(tǒng)。
二、關于試驗系統(tǒng)流路的設計
首先試驗環(huán)境方面，要求北側電磁閥入口時氣壓控制在0―0.8MPa范圍內，因此空氣壓縮機配儲氣瓶的使用，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（即調壓閥）。試驗中調壓閥是調節(jié)氣瓶出口壓力的主要使用部分。也就是說調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。然后在額定驅動電信號的作用下，可以借助PLC控制使得被測閥逐個開始開關試驗并持續(xù)循環(huán)，以達到規(guī)定動作次數(shù)為止，完成動作實驗壽命的試驗工作。
在該系統(tǒng)的試驗條件下，我們需要滿足實驗壓力要求的靜音無油空氣壓縮機，該機器應具備高輸出壓力、高效率及自動調節(jié)壓力變化或運行功能的條件[2]。包括與被測閥在內的管路連接，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。而控制空氣壓縮機電機的起停及被測電磁閥的驅動，則通過PLC控制實現(xiàn)。不過為了方便能夠在監(jiān)控環(huán)境下操作，一般通過上下機位控制方式來實現(xiàn)PLC與一體計算機的連接。
三、關于PLC的硬件設計
（一）PLC的選型。PLC輸入信號中，一般地由空氣壓縮機電機起停控制信號、過載保護信號及被測電磁閥的起停控制信號來組成。同時，因為編程可以幫助單按鈕進行起停控制及串聯(lián)輸入保護信號，所以在保證經(jīng)濟性的前提下，PLC的開關量輸入點數(shù)均在3個以上。而其他控制對象還有1個空氣壓縮機電機、5個被測閥及6個以上的可確定PLC開關量。PLC輸出部件工作壽命保證的基礎上，被測電磁閥才可以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定驅動。在這方面可靠性高、反應速度快及無動作限制的應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。通過對試驗系統(tǒng)要求的分析，設計出PLC輸入及輸出驅動電路。輸入系統(tǒng)由空氣壓縮機電機起停控制按鈕SB1、被測電磁起停控制按鈕SB2及一路保護信號輸入組成。輸出驅動的6個SSR（固態(tài)繼電器）中，SSR控制空氣壓縮機電機為1個，SSR控制被測電磁閥為5個。而SSR對負載的間接控制，也很好地保護了PLC，實現(xiàn)了對試驗系統(tǒng)的可靠性提高。
在PLC的控制程序中，單按鈕控制功能，可以實現(xiàn)對空氣壓縮機電機和被測電磁閥單的按鈕起停控制[3]。也就是說，奇數(shù)次時，通過空氣壓縮機電機起停控制按鈕來使電機氣動并保持工作；偶數(shù)次時，還是電機起停控制按鈕利用PLC輸出使得電機停止。在被測電磁閥上，道理是一樣的。
在對空氣壓縮機電機進行控制時需要的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載的范疇內，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)，借此實現(xiàn)對泄放回路的保護。空氣壓縮機電機電路中，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方面發(fā)揮作用。
除此之外，SSR的使用、保護措施的多重設置、PLC本身的高穩(wěn)定性，使得試驗系統(tǒng)的安全可靠性能得以提高。
四、關于PLC軟件的設計
遵照試驗系統(tǒng)控制要求以及運行特點，一些技巧的使用，（如順序控制設計的編程方法、單按鈕控制及計數(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成。其中，初始化子程序主要應用在關斷時間值、電磁閥實驗動作次數(shù)值等初始化操作及初始值的設置上；主程序主要用來控制空氣壓縮機電機和電磁閥。
當奇數(shù)次啟動電機控制按鈕時，在沒有過載保護功能的前提下，電機工作開始；如果其工作過程無過載保護或者電磁閥動作次數(shù)不達設定值，則電動機工作及被測電磁閥動作均恢復停止狀態(tài)。
五、關于上位機的設計
系統(tǒng)在歐姆龍PLC按鍵功能設置及修改液晶顯示屏功能上，借助PLC內部程序集參數(shù)，來大道控制試驗系統(tǒng)的目的。不過期操作過程較為繁復，需要專業(yè)人員才能適合使用。在試驗系統(tǒng)操作人員的監(jiān)控下，適應現(xiàn)實條件，系統(tǒng)通過上下位機控制方式來連接PLC及PC機。同時利用MCGS軟件進行組態(tài)，完成上機位程序以實現(xiàn)監(jiān)控的實時化。另外，上位機里的信息自動記錄功能（類似于電磁閥試驗動作次數(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界面使得該試驗系統(tǒng)不僅操作便捷，而且擁有極高的自動化及可靠性程度。
六、結束語
本系統(tǒng)的形成，尤其是耐久動作試驗不斷進行，更加證明了其良好的工作整體性能。試驗效果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，操作簡單方便且自動化程度較高，無需人員值守，實現(xiàn)了與其設計目的。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。
關鍵詞：進口電磁閥
一、引言
如今，機電一體化發(fā)展步伐加快，尤其是工業(yè)生產(chǎn)的復雜及自動化需求對設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、壽命等指標是系統(tǒng)工作性能得以發(fā)揮的關鍵點[1]。因此，通過實驗對電磁閥產(chǎn)品指標的及時、準確測定十分必要。在各項電磁閥試驗中，評估工作可靠性的主要試驗方法是動作壽命試驗。在可編程控制器的基礎上，力求設計并實現(xiàn)自動化程度高、可靠性能好和操作簡易的試驗系統(tǒng)。
二、關于試驗系統(tǒng)流路的設計
首先試驗環(huán)境方面，要求北側電磁閥入口時氣壓控制在0―0.8MPa范圍內，因此空氣壓縮機配儲氣瓶的使用，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（即調壓閥）。試驗中調壓閥是調節(jié)氣瓶出口壓力的主要使用部分。也就是說調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。然后在額定驅動電信號的作用下，可以借助PLC控制使得被測閥逐個開始開關試驗并持續(xù)循環(huán)，以達到規(guī)定動作次數(shù)為止，完成動作實驗壽命的試驗工作。
在該系統(tǒng)的試驗條件下，我們需要滿足實驗壓力要求的靜音無油空氣壓縮機，該機器應具備高輸出壓力、高效率及自動調節(jié)壓力變化或運行功能的條件[2]。包括與被測閥在內的管路連接，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。而控制空氣壓縮機電機的起停及被測電磁閥的驅動，則通過PLC控制實現(xiàn)。不過為了方便能夠在監(jiān)控環(huán)境下操作，一般通過上下機位控制方式來實現(xiàn)PLC與一體計算機的連接。
三、關于PLC的硬件設計
（一）PLC的選型。PLC輸入信號中，一般地由空氣壓縮機電機起停控制信號、過載保護信號及被測電磁閥的起停控制信號來組成。同時，因為編程可以幫助單按鈕進行起停控制及串聯(lián)輸入保護信號，所以在保證經(jīng)濟性的前提下，PLC的開關量輸入點數(shù)均在3個以上。而其他控制對象還有1個空氣壓縮機電機、5個被測閥及6個以上的可確定PLC開關量。PLC輸出部件工作壽命保證的基礎上，被測電磁閥才可以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定驅動。在這方面可靠性高、反應速度快及無動作限制的應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。通過對試驗系統(tǒng)要求的分析，設計出PLC輸入及輸出驅動電路。輸入系統(tǒng)由空氣壓縮機電機起停控制按鈕SB1、被測電磁起停控制按鈕SB2及一路保護信號輸入組成。輸出驅動的6個SSR（固態(tài)繼電器）中，SSR控制空氣壓縮機電機為1個，SSR控制被測電磁閥為5個。而SSR對負載的間接控制，也很好地保護了PLC，實現(xiàn)了對試驗系統(tǒng)的可靠性提高。
在PLC的控制程序中，單按鈕控制功能，可以實現(xiàn)對空氣壓縮機電機和被測電磁閥單的按鈕起停控制[3]。也就是說，奇數(shù)次時，通過空氣壓縮機電機起停控制按鈕來使電機氣動并保持工作；偶數(shù)次時，還是電機起停控制按鈕利用PLC輸出使得電機停止。在被測電磁閥上，道理是一樣的。
在對空氣壓縮機電機進行控制時需要的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載的范疇內，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)，借此實現(xiàn)對泄放回路的保護。空氣壓縮機電機電路中，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方面發(fā)揮作用。
除此之外，SSR的使用、保護措施的多重設置、PLC本身的高穩(wěn)定性，使得試驗系統(tǒng)的安全可靠性能得以提高。
四、關于PLC軟件的設計
遵照試驗系統(tǒng)控制要求以及運行特點，一些技巧的使用，（如順序控制設計的編程方法、單按鈕控制及計數(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成。其中，初始化子程序主要應用在關斷時間值、電磁閥實驗動作次數(shù)值等初始化操作及初始值的設置上；主程序主要用來控制空氣壓縮機電機和電磁閥。
當奇數(shù)次啟動電機控制按鈕時，在沒有過載保護功能的前提下，電機工作開始；如果其工作過程無過載保護或者電磁閥動作次數(shù)不達設定值，則電動機工作及被測電磁閥動作均恢復停止狀態(tài)。
五、關于上位機的設計
系統(tǒng)在歐姆龍PLC按鍵功能設置及修改液晶顯示屏功能上，借助PLC內部程序集參數(shù)，來大道控制試驗系統(tǒng)的目的。不過期操作過程較為繁復，需要專業(yè)人員才能適合使用。在試驗系統(tǒng)操作人員的監(jiān)控下，適應現(xiàn)實條件，系統(tǒng)通過上下位機控制方式來連接PLC及PC機。同時利用MCGS軟件進行組態(tài)，完成上機位程序以實現(xiàn)監(jiān)控的實時化。另外，上位機里的信息自動記錄功能（類似于電磁閥試驗動作次數(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界面使得該試驗系統(tǒng)不僅操作便捷，而且擁有極高的自動化及可靠性程度。
六、結束語
本系統(tǒng)的形成，尤其是耐久動作試驗不斷進行，更加證明了其良好的工作整體性能。試驗效果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，操作簡單方便且自動化程度較高，無需人員值守，實現(xiàn)了與其設計目的。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。
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