變頻器在機油泵測試系統中的應用

楊維劍，王梅英

（四川理工學院 計算機學院，四川 自貢 643000）

0 前言

在摩托車行業中，其核心部件——機油泵的性能好壞，直接關系到摩托車發動機的性能，如供油量、起動出油時間等。在工業生產中如何快速、準確、有效地對機油泵進行全方位的性能測試，成為工業生產檢測中的一大難點。本文利用計算機技術針對西門子公司生產的變頻器MM420（型號6SE-6420-2UD21-5AA1）進行快速、有效的控制，對機油泵進行全方位綜合性能測試控制系統的設計與實現進行了較為詳細的論述。

1 測試原理

機油泵的性能有密封性、起動出油時間、供油量、清潔度、連速運轉性能、轉速特性、壓力特性、限壓閥工作特性、粘度特性等多項性能指標。若對各項指標進行單獨測試，在生產現場中，既不經濟也不現實，故我們設計了如圖1所示的方法加以測試。在圖1中我們模擬了發動機的工作環境：改變測試油的種類和油溫，通過變頻器改變電機運轉速度，通過調節閥改變測試油的壓力等來模擬機油泵工作的現場。同時，在圖1中我們還對多項性能進行測試：通過扭矩—轉速傳感器測量其扭矩和轉速，通過壓力傳感器測試其進、出壓力，通過流量傳感器測量其進、出油量等。

圖1 測試原理圖

2 機油泵測試系統的組成

機油泵測試系統由操作臺和控制柜兩部分組成。操作臺由動力系統、油箱、加載裝置、溫度控制系統、壓力測試系統、流量測試系統、專用工裝等組成；機油泵測試系統控制柜由PC機主機、顯示器、打印機、壓力液晶顯示表、溫度顯示表、電源指示表等組成。

2.1 動力系統組成

動力系統由電機、同步帶輪、同步帶、變頻器組成，電機為專用變頻電機，功率0.75kw，響應頻率5～100Hz，對應轉速200～4 500rpm，電機頻率由變頻器提供，實現無級調速，轉速可任意設置。變頻器為西門子公司生產，型號6SE-6420-2UD21-5AA1，輸出功率1.5kw，可驅動1.5kw專用變頻電機。電機通過同步帶及帶輪傳遞動力，電機帶輪為77齒，主軸帶輪齒數45齒。同步帶中心距調整可通過調整電機底部墊圈高度實現。

2.2 油箱組成

油箱為15L容積不銹鋼圓桶，由三只專用螺釘懸掛在測試平臺背面。油箱底部安裝1.5 kw加熱管、溫度傳感器、回油閥各1只。油箱內置400目過濾裝置，進油管插入裝置內，避免雜質通過管道及油泵進入流量計，發生流量計堵塞現象。

2.3 加載裝置組件

加載裝置由集成塊、壓力表及專用芯軸組成，集成塊通過2-GB6170 M6×40內六角螺釘固定在工作臺板面，芯軸扁方在垂直位置時，油道通口面積最大，壓力接近0Mpa，旋轉芯軸（正反方向均可）改變油道通口面積可調整壓力達到規定數值。在集成塊下面使用GB/T 74×10開槽凹端緊定螺釘固定芯軸。

注意事項：測試結束，應使芯軸扁方處于垂直位置，避免油壓突變影響管道密封。

2.4 溫度控制系統組成

油箱油溫采用溫度傳感器采集及PID控制器控制，對加熱管電源的通斷實現加溫和自然冷卻。溫度控制范圍：室溫～120℃，在室溫至85℃范圍內精度±2℃。

溫度傳感器型號：STT-T；

控制器型號：P90910003020；

油溫設置需通過鍵盤輸入設定。

2.5 流量測試系統組成

流量測試系統使用德國KEM公司原裝齒輪流量計測試流量，其特性如下：

連接尺寸：G1/4″（內螺紋）；

材質：外殼——不銹鋼，齒輪——不銹鋼，密封——氟橡膠，軸承——鎢碳合金；

信號輸出：脈沖；

脈沖當量：0.0005386 L；供電電壓：7～29 VDC；

為提高測試精度，測試時可用校準方式確認機油型號更換后的脈沖當量。

2.6 壓力測試系統

回油壓力使用CY-DB1304壓力傳感器測試，傳感器由液晶顯示表及壓力變送器組成。采用美國AD公司專用模塊集成芯片提供其信號輸出。相關參數如下：

輸出信號：1.0～5 VDC；

量程：0～2.5 Mpa；

輸入電壓：24 VDC；

環境溫度：室溫～+120℃；

精度：0.2%FS；

啟動時間：預熱10分鐘。

2.7 專用工裝組成

各型油泵配備專用泵油工裝，油管采用亞大尼龍壓力管，規格為外徑12，壁厚1.0，可承受最高溫度120℃，壓力1 MPa。工裝面板有產品標識。

3 系統硬件設計

在PC機中，我們通過PCI總線擴展槽擴展一個接口板，其邏輯原理由圖2所示。在該板中主要完成了對扭矩-轉速傳感器、壓力傳感器測試、流量傳感器、溫度傳感器等多種信號進行采樣、放大等設計。在圖2中，對于輸入信號為脈沖信號的傳感器（如此次選擇的扭矩-轉速傳感器、流量傳感器），通過隔離、整形電路后直接送入計數器8253的輸入端；對于輸入信號為模擬信號的傳感器（如壓力傳感器、溫度傳感器等），輸入后經過調理電路處理后，送入ad7492進行AD轉換，它們通過PCI橋接芯片PLX9052直接送到批PCI總線，供CPU采樣。

圖2 硬件結構框圖

同時，利用PC機的RS232串行口通過接口轉換成MAX485控制變頻器，通過變頻器控制電機運轉速度。另一方面，通過RS232串行口轉換成MAX485控制PID調節器，通過PID調節器控制油箱的溫度，其控制結構由圖3所示。

圖3 控制結構圖

4 系統軟件設計

4.1 硬件配置

在硬件選型方面，根據系統對傳感器的采樣、計算、曲線繪制、測試報告打印等功能要求，我們選取PC機配置如下：

CPU：PIII以上；

硬盤：40 G（建議80 G）；

內存：128 M（建議256 M）；

顯示器：17＂純平（最佳效果分辨率為1024×768）；

4.2 軟件工作平臺

該系統軟件可以穩定地運行在WINXP等系統平臺上，快速有效地實現了對傳感器的采樣、計算、曲線繪制、測試報告打印等功能。

4.3 驅動程序與控制程序設計

在軟件設計中，驅動程序和控制程序設計最為關鍵。由于我們自己設計了一塊PCI接口板，其驅動程序是它工作的必備條件，因此我們利用WinDriver，為其設計了相應的驅動程序。另一方面，要實現整個系統控制，我們必須根據采集的數據通過RS232控制變頻器和PID調節器，實現整個系統的速度、溫度的閉環控制。同時，根據系統要求以及MM420變頻器的特點，我們通過對變頻器的控制，實現了對普通電機的無級調速。

4.4 主體軟件設計

該系統具有直觀、靈活、方便、簡單等操作特性。為此，系統設計了七項主要的功能模塊，包括：運行測試功能模塊、文件管理功能模塊，曲線繪制功能模塊，數據查詢功能模塊，數據分析功能模塊，測試報告打印功能模塊以及系統管理功能模塊。

運行測試功能模塊為主要模塊，系統的絕大部分工作都由它完成。如數據采樣、數據轉換、數據計算、參數設定、電機控制等。

利用曲線繪制功能和數據分析功能，可以全面、準確地掌握機油泵的各項性能指標及綜合性能指標，從而為生產提供可靠的參考數據。

利用測試報告打印功能，可以快速、方便、準確地出具書面測試報告。

文件管理功能模塊，提供了對各種型號、各種規格的機油泵進行系統地管理。而系統管理功能模塊為用戶提供了對計算機及整個系統的管理功能。

5 經濟效益分析

該系統的效益主要體現在系統建成后所取得的社會效益和經濟效益兩個方面。系統的建成將提高工作人員的工作質量和效率，有助于提高工廠生產的自動化和智能化水平，使企業的產品質量水平提升到一個新的高度，經濟效益將日益明顯，可以大大地節省人力、物力和財力，在摩托車行業中具有廣泛的應用前景。

6 結論

該機油泵測試系統利用Microsoft Visual C++6.0開發平臺，自2005年1月建成后，在五羊—本田摩托（廣州）有限公司、自貢市川力實業有限公司、重慶望江鈴木有限公司先后運行至今，經過了長期的使用，其性能穩定可靠、功能齊全、操作方便，得到了同行的好評。

［1］木林森，高峰霞等.Visual C++5.0使用與開發［M］.北京：清華大學出版社，1998.

［2］陳國呈.頻調速技術［M］.北京：機械工業出版社，1998.

［3］譚浩強.微機原理與接口技術［M］.北京：清華大學出版社，2002.

［4］MICROMASTER 420通用型變頻器參考手冊［Z］.西門子公司，2002.